الکترونیک و کامپیوتر  

مقدمه

 Wireless چيست؟

Wireless به تکنولوژی ارتباطی اطلاق می شود که در آن از امواج راديويی، مادون قرمز و مايکروويو ، به جای سيم و کابل ، برای انتقال سيگنال و انرژی بين دو دستگاه استفاده می شود.از ميان اين دستگاه ها می توان پيغامگيرها، تلفن های همراه، کامپيوتر های قابل حمل، شبکه های کامپيوتری، دستگاه های مکان ياب، سيستم های ماهواره ای و PDA ها  را نام برد.تکنولوژی Wireless به سرعت در حال پيشرفت است و نقش کليدی را در زندگی ما در سرتاسر دنيا ايفا می کند.

 فوايد تکنولوژی Wireless

 تکنولوژی Wireless به کابر امکان استفاده از دستگاه های متفاوت ، بدون نياز به سيم يا کابل ، در حال حرکت را می دهد.شما می توانيد صنوق پست الکترونيکی خود را بررسی کنيد، بازار بورس را زير نظر بگيريد، اجناس مورد نياز را خريداری کنيد و يا حتی برنامه تلويزيون مورد علاقه خود را تماشا کنيد و یا در نقطه ای دیگر لامپی را روشن کنید.بسياری از زمينه های کاری از جمله مراقبت های پزشکی، اجرا قوانين و سرويس های خدماتی احتياج به تجهيزات Wireless دارند.تجهيزات Wireless به شما کمک می کند تا تمام اطلاعات را به راحتی برای مشتری خود به نمايش در بياوريد.از طرفی می توانيد تمامی کارهای خود را در حال حرکت به سادگی به روز رسانی کنيد و آن را به اطلاع همکاران خود برسانيد.تکنولوژی Wireless در حال گسترش است تا بتواند ضمن کاهش هزينه ها، به شما امکان کار در هنگام حرکت را نيز بدهد.در مقايسه با شبکه های سيمی ، هزينه نگهداری شبکه های Wireless کمتر می باشد.شما می توانيد از شبکه های Wireless برای انتقال اطلاعات و انرژی از روی درياها، کوهها و ... استفاده کنيد و اين در حالی است که برای انجام کار مشابه توسط شبکه های سيمی، کاری مشکل در پيش خواهيد داشت.

 سيستم های Wireless می توانند به چند  دسته اصلی تقسيم شوند :) انتقال اطلاعات – انتقال انرژی )

 انتقال اطلاعات:

 سيستم Wireless ثابت : از امواج راديويی استفاده می کند و خط ديد مستقيم برای برقراری ارتباط لازم دارد. بر خلاف تلفن های همراه و يا ديگر دستگاههای Wireless، اين سيستم ها از آنتن های ثابت استفاده می کنند و به طور کلی می توانند جانشين مناسبی برای شبکه های کابلی باشند و می توانند برای ارتباطات پرسرعت اينترنت و يا تلويزيون مورد استفاده قرار گيرند.امواج راديويی وجود دارند که می توانند اطلاعات بيشتری را انتقال دهند و در نتيجه از هزينه ها می کاهند.

 سيستم Wireless قابل حمل : دستگاهی است که معمولا خارج از خانه، دفتر کار و يا در وسايل نقليه مورد استفاده قرار می گيرند.نمونه های اين سيستم عبارتند از : تلفن های همراه، نوت بوکها، دستگاه های پيغام گير و PDA ها.اين سيتم از مايکروويو و امواج راديويی جهت انتقال اطلاعات استفاده می کند.

 سيستم Wireless مادون قرمز : اين سيستم از امواج مادون قرمز جهت انتقال سيگنالهايی محدود بهره می برد.اين سيستم معمولا در دستگاه های کنترل از راه دور، تشخيص دهنده های حرکت، و دستگاه های بي سيم کامپيوترهای شخصی استفاده می شود.با پيشرفت حاصل در سالهای اخير، اين سيستم ها امکان اتصال کامپيوتر های نوت بوک و کامپيوتر های معمول به هم را نيز می دهند و شما به راحتی می توانيد توسط اين نوع از سيستم های Wireless ، شبکه های داخلی راه اندازی کنيد.

 انتقال انرژی :

انواع روش های انتقال انرژی به صورت وایرلس:

 Induction

انتقال انرژی الکتریکی به وسیله ی کوپل مغناطیسی توسط دو سیم  پیچ . این روش که از اولین دستاورد های این سیستم می باشد به صورت معمول در ساخت ترانسفورماتور ها مورد استفاده قرار می گیرد

:Radio and Microwave

در این روش جهت انتقال انرژی الکتریکی از فرستنده ها و گیرنده های امواج رادیویی استفاده می شود محدوده ی فرکانسی این امواج الکترومغناطیسی از 0 تا15 گیگی هرتز می باشد. با فزایش فرکانس در این سیستم تلفات انتقال این امواج کاهش می یابد. راندمان این سیستم وایرلس بالا می باشد ولی دارای محدودیت های بالایی در مورد انتقال توان جهت مصارف صنعتی می باشد.
:Electrical conduction

در این سیستم انرژی الکتریکی توسط ماهیت میدان های الکترواستاتیکی انتقال می یابد برای مثال می توان لامپ های مهتابی و گازهای التهابی را نام برد که در آنها جریان الکتریکی به صورت وایرلس انتقال پیدا می کند.

:Laser in power beaming

در این روش انرژی الکتریکی ابتدا به پرتو های لیزر تبدیل می شود و پس از انتقال توسط سلول های نوری به انرژی الکتریکی تبدیل می گردد. از ویژگی های این سیستم انتقال انرژی در مسیر های مستقیم امکان پذیر می باشد و در دریافت لیزر و تبدیل آن به انرژی الکتریکی با راندمان به اندازه ی50 تا 40 % انجام می شود. لیزر در جو زمین و برخورد به گاز های موجود دارای تلفات می باشد . توسط این سیستم  انرژی می تواند در فواصل طولانی انتقال داده شود و کاربرد این سیستم بیشتر در انتقال انرژی در محیط های خارج از جو و هوا فضا می باشد.

: Resonant induction

در سال 2006 محققین انیستیتنو ماساچوست با استفاده از تئوری الکترومغناطیس تصمیم به انتقال انرژی الکتریکی بین دو سیم پیچی گرفتند که کوپل مغناطیسی نبود و از هم فاصله داشتند در این سیستم از رزنانس کردن در مدار اولیه و انتقال میدان های مغناطیسی با ایجاد تونل از به ثانویه استفاده شده محققین MIT در ژون سال دو 2007 برای اولین با سیستمی را بر این اساس ارائه دادن که قابلیت انتقال انرژی الکتریکی تا فاصله دو متر با توان 60 وات را دارا بود.

اولین انتقالها توسط:

   محققين MIT (انستيتوي تکنولوژي ماساچوستس) توانستند سيستم  آزمايشي انتقال بيسيم نيروي الکتريسيته به انواع لوازم برقي را با موفقيت به انجام برسانند.

اين محققان در اثبات صحت يک تحقيق کتبي که پاييز گذشته تحويل داده شده بود، توانستند يک پرتو الکتريسيته را-مانند يک موج راديويي- بين دو نقطه ارسال کرده و با اين روش يک لامپ 60 واتي را روشن کنند.

اين گروه توانستند لامپ 60 واتي را با کمک يک منبع انرژي در فاصله 2 متري آن و بدون هيچ اتصال فيزيکي ميان دو نقطه، روشن کنند. اين پروژه به WiTricity - به معناي الکتريسيته بيسيم - شهرت يافته است. اين آزمايش دقيقا نمايشگر همان نقطه نظرهايي است که اين گروه در پاييز گذشته در تحقيق کتبي خود به آن پرداخته بودند. در حال حاضر اين انتقال نيرو، دامنه محدودي دارد.

اين محققين در اين باره ميگويند: "با اين حال، براي وسيله اي با انرژيي در حد کامپيوتر دستي، مقدار الکتريسيته لازم و حتي بيشتر از حد نياز براي روشن کردن يک کامپيوتر دستي ميتواند از فضايي در اندازه يک اتاق، تقريبا در هر جهتي و حتي زماني که اشيا کاملا خط ديد بين دو نقطه را مسدود کرده باشند، عبور کرده و دستگاه را روشن کند."

يک لپ تاپ بيسيم يا WiTricity ميتواند بدون اتصال به پريز برق در اتاقي که يک دستگاه فرستنده در آن باشد، به طور خودکار شارژ شود و بدون باطري کار کند. اين تکنيک شباهت بسياري به القاي مغناطيسي دارد که در ترانسفورماتورهايي الکتريکي که در آنها سيم پيچها براي انتقال الکتريسيته در ميانشان در فاصله بسيار نزديک به يکديگر قرار گرفته اند، به کار ميرود. اما با افزايش اين فاصله ، اين سيم پيچهاي فاقد رزونانس نيز به تدريج کارايي خود را از دست ميدهند.

گزارشات منتشر شده از اين آزمايش موجب برپا شدن اعتراضاتي گاه تحقير آميز از سوي جامعه وبلاگ نويساني شد که يادآوري ميکردند نيکولاي تسلا (Nikolai Tesla)، نابغه علم الکتريسيته، در حدود 100 سال قبل فرستنده الکتريکي بسيار قدرتمندتري به وجود آورده که در سال 1899، طي آزمايشي نمايشي و مشهور در کولورادو اسپرينگز (Colorado Springs) آنرا آزموده است.

تسلا که علاوه بر کارهاي ديگر، مدتي نيز با توماس اديسون (Thomas Edison) همکاري ميکرد، مخترع مبدل تسلا است، اين مبدل ترانسفورماتوري است که با استفاده از تکنيکي به نام "دهانه جرقه"، جريان برق کم ولتاژ با فرکانس پايين را به جرياني با ولتاژ و فرکانس بالا تبديل ميکند.

به نظر ميرسد که تسلا در آزمايش کولورادو سعي داشته نيروي الکتريسيته را در فواصل مختلف توليد کرده و انتقال دهد. اما يک برنامه مستند به نام "تسلا: خداي آذرخش" (Tesla: Master of Lightning) که در سال 2000 از شبکه PBS پخش شد، چنين نتيجه گيري ميکند که دستاورد واقعي تسلا از آزمايش کولورادو به طور دقيق مشخص نشده است.

در يکي از يادداشتهاي موجود در وب آمده است: "هنوز هم راز و رمز بسياري بر کار تسلا در کولورادو اسپرينگز سايه افکنده است. از يادداشتهاي او نميتوان به طور دقيق متوجه شد که روش او براي انتقال بدون سيم برق چه بوده است. اما مشخص است که او هنگام بازگشت به نيويورک کاملا به موفق بودن آزمايش خود اعتقاد داشت."

اکنون، پس از گذشت بيش از 100 سال، نوادگان دانش تسلا موفق به اجراي ايده او شده اند.

    شركت سوني از ساخت فناوري جديدي خبر داد كه مي‌تواند انرژي الكتريسيته را بدون استفاده از كابل و فقط از طريق هوا انتقال دهد.

 به گزارش بخش خبر شبكه فن آوري اطلاعات ايران،از فارس، اين شركت ژاپني موفق به ساخت نمونه اوليه از دستگاهي شده است كه مي‌تواند انرژي لازم براي روشن كردن گيرنده‌هاي تلويزيوني را به صورت بي‌سيم و از طريق هوا براي مسافت‌هاي كوتاه انتقال دهد.

در آزمايش‌هاي صورت گرفته داخل شركت مشخص شد، اين دستگاه مي‌تواند انرژي الكتريسيته معادل 100 ولت را از فاصله 50 سانتي‌متري انتقال دهد و در نهايت، يك تلويزيون 22 اينچي LCD را بدون استفاده از كابل برق، روشن كند.

اين دستگاه كه در اندازه 40 سانتي‌متر ساخته شده است، شامل دو سيم‌پيچ مركزي مي‌شود كه از طريق آن‌ها ميدان مغناطيسي به وجود مي‌آيد و زماني كه سيم‌پيچ ثانويه داخل اين ميدان مغناطيسي قرار مي‌گيرد، انرژي الكتريسيته به صورت بي‌سيم به دستگاه الكترونيكي مربوطه انتقال ميابد.

نمونه اوليه دستگاه سوني نسبت به سيستم‌هاي كنوني براي تامين انرژي برق تا 80 درصد كارآمدتر است و مي‌تواند در كاهش مصرف انرژي الكتريسيته نيز موثر باشد.

 تکنیک انتقال برق بدون سيم در MIT :

 در این آزمایش از دو سیم پیچ مسی به قطر 60 سانتیمتر، یک انتقال دهنده انرژی که به منبع انرژی متصل می‌شود و یک گیرنده که به لامپ در فاصله 2متری قرار دارد استفاده شده است.

البته این سیستم به این سادگی نیست (و ما هم نباید انتظار داشته باشیم که دانشمندان تکنیکشان را کاملاً توضیح دهند. زیرا آن‌ها هم اکنون به دنبال گسترش و فروش این فناوری خواهند بود).

دانشمندان می‌گویند هنگامی‌که لامپ را روشن کردیم، به سرعت روشن شد و اگر ما بین فاصله لامپ تا دستگاه انتقال وسیله‌ای از چوب، آهن و یا هر جنس دیگری قرار دهیم باز هم انتقال انرژی صورت می‌گیرد. میزان انتقال و بازده مفید انرژی در این روش بیشتر از 40 درصد است.

  ایده ی  جدید انتقال انرژی:

 یکی از ایده های جدیدتولید انرژی ،انتقال انرژی خورشیدی از سطح ماه بصورت بیسیم است که اصول اولیه آن از طرف دکتر کریسول مححق دانشگاه هوستون تگزاس ارائه شده.

بر اساس این طرح ، ابتدا مجموعه ای بسیار وسیع از سلولهای خورشیدی بر سطح ماه قرار داده می شنود تا نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند.سپس انرزی االکتریکی حاصله به یک فرستنده مایکروویو ارسال می شود تا به امواج رادیویی در فرکانس 5/2 گیگا هرتز تبدیل شده واز آنجا با آنتنهایی به طرف زمین ارسال گردد.

در سطح زمین ایم امواج الکترومغناطیسی پر قدرت به وسیله ارایه های بسیار بزرگ  از آنتنهای مایکروویو دریافت شده و دوباره به انرژی الکتریکی تبدیل می شوند.همچنین بخشی از این امواج توسط ماهواره های مخصوصی که در اطراف کره ی زمین قرار خواهند گرفت به نقاط دیگر کره ی زمین که در دید مستقیم ماه نیستند منعکس می شوند.

در واقع،تبدیل انرژی الکتریکی به امواج الکترومغناطیسی این امکان را می دهد که انرژی به صورت بیسیم از بک نقطه به نقطه ی دیگر منتقل شود و در نقطه ی مقابل پس از دریافت امواج الکترومغناطیسی با انجام عمل عکس ،انرژی الکتریکی دوباره تولید شود.به این روش اصطلاحا power beaming میگویند. تقریبا اساس تمام سیستم های انتقال برق بدون سیم بر همین پایه استوار است. البته واضح است بازدهی چنین سیستم های  در مقایسه با انتقال برق  در خطوط برق بسیار پایین است چ.ن مقدار زیادی از انرژی در تبدیل برق به امواج مغناطیسی و بلعکی تلف می شود و به علاوه مقداری از انرژی موجود در امواج نیز در فرایند تشعشع و انتقال در اتمسفر به هدر خواهد رفت.با این وجود، دکتر کریسول در مقالات مختلفی که ارائه کرده به صورت تحلیلی به این مسائل اشاره کرده و با محاسبات مختلف ادعا کرده است که میزان انرژی تولید شده با احتساب تمام تلفات و مخارجی که صرف ساخت و نصب تجهیزات خواهد شد،باز مقرون به صرفه خواهد بود وتنها کسری از یک سنت برای تئلید یک کیلو وات بر ساعت برق خواهد رسید.

 ایده ای 100 ساله:

 انتقال بی سیم انرژی ایده ای است که بیش از 100 سال قدمت دارد. در دهه 1890، فیزیکدان و مهندس برقی به نیکولا تسلا پرتوافکنی برق ازمیان هوا را برای اولین بار پیشنهاد کرد.هرچند پس ازآن دیری نپایید که سیم های برق مورد قبول ترین ابزار انتقال برق در فواصل دور در سراسر جهان فراگیر شد ؛ اما با گسترش روز افزون وسایل کوچک وقابل حملی که در آنها ازباتری به عنوان منبع تغذیه ثابت استفاده میشود،بار دیگر،توجه مردم انرژی بی سیم جلب شده است.شرکت تازه کار  POWERCASTEکه سال 2003در پنسیلوانیا تاسیس شد ، سیستم برق بی سیم ساخته بود که میتوانست به روشی متفاوت و با تکنیک تیم MIT ، ولتاژهای پایین در فاصله ای حدود یک متر انتقال دهد. در شروع، هدف این شرکت وسایلی با توان مصرفی پایین مثل سنسورها بود، اما امید است که در آینده این سیستم نوپا تا حد استقاده در وسایلی با برق مصرفی بیشتر نیز ارتقا یابد.