FR 3004860 A1 20141024 FR 1300912 A 20130418 - 1- DOMAINE TECHNIQUE: Ce dispositif est lié au transfert d'énergie électrique sans fil dans l'atmosphère terrestre, où l'air est le milieu principal. Ce dispositif pourrait également être adapté à l'espace où il y a le vide. Ce dispositif pourrait également 5 être employé dans le milieu de l'eau. Ce dispositif pourrait également être employé sur d'autres planètes où les atmosphères sont différentes que la terre. Le même dispositif pourrait être employé comme système de communication qui fonctionne dans tous les milieux de transmission comme mentionné ci-dessus. Ce dispositif est principalement prévu pour transférer l'énergie électrique à des grandes 10 distances, mais il pourrait également être employé dans les applications où le transfert d'énergie électrique se produit à des distances proches. ETAT DE L'ART ANTERIEURE : Les méthodes diverses existent aujourd'hui pour transmettre l'énergie 15 électrique sans fil. Fondamentalement tous emploient une combinaison d'un dispositif d'émetteur qui émet l'énergie électromagnétique et un dispositif de récepteur qui capture l'énergie électromagnétique. Les émetteurs peuvent émettre l'énergie électromagnétique sous forme de lumière utilisant des lasers ou sous forme de micro-ondes utilisant des générateurs de micro-ondes. Les 20 récepteurs pourraient être des cellules photovoltaïques qui capturent la lumière laser et reconvertissent la lumière capturée en électricité, ou bien récepteurs pourraient être des antennes qui capturent l'énergie électromagnétique et reconvertissent l'énergie capturée en électricité. L'induction électromagnétique directe et l'induction électromagnétique 25 résonnante sont les moyens les plus efficaces de transmettre de l'énergie sans fil ou sans contact, mais seulement a des distances proches. La transmission de l'énergie électrique peut se faire en couplant deux bobines d'induction par le processus connu sous le nom d'induction mutuelle. Avec cette méthode il est - 2 - possible de transmettre et recevoir des quantités importantes d'énergie mais les deux inducteurs doivent être placés près de l'un à l'autre. Il existe une certaine fréquence pour un système des inducteurs couplés ayant une inductance assortie à laquelle le transfert de l'énergie est maximum. Ceci est connu comme fréquence de résonance. Si le couplage résonnant est employé c 'est a dire, les bobines où les inducteurs assortis à une fréquence mutuelle, une puissance significative peut être transmise sur plusieurs mètres. Décrites ci-dessous sont les diverses méthodes existantes pour réaliser le transfert d'énergie électrique sans fil et leurs limitations. TRANSFERT D'ÉNERGIE UTILISANT LA LUMIÈRE: La lumière est une onde électromagnétique aux longueurs d'onde extrêmement courtes et peut donc être employée pour transmettre l'énergie électromagnétique, mais en raison de sa haute fréquence elle a ses limitations. L'énergie peut être transmise en convertissant l'électricité en faisceau lumière ou en rayon laser qui est focalisé à un récepteur photovoltaïque de panneau. Ceci est généralement connu en tant que 'POWER BEAMING Energie rayonnante. Des lasers sont en grande partie utilisés pour transmettre aux fréquences optiques car leurs faisceaux ont une cohérence élevée et ainsi une directionnalité élevée. Au centre spatial de la NASA Marshall Space Center, la NASA a effectué des expériences avec des modèles d'avions légers actionnés par des rayons à laser. Ils ont concentré un rayon laser sur un panneau des cellules photovoltaïques intégrés sur les modèles d'avions pour réaliser le premier vol d'un avion actionné par un rayon à laser. Les inconvénients du transfert d'énergie électrique par un faisceau lumière sont : - La conversion inefficace de l'électricité dans la lumière et vice versa. Il ya quelques années la conversion inefficace de l'électricité en lumière était un - 3 - problème majeur, les lampes à incandescence émettent 98% de l'énergie absorbée comme chaleur, mais avec les dernières technologies de LED, des efficacités jusqu'à 100% ont été observées, les lampes de LED manquent de cohérence et par conséquent, la directionnalité du faisceau est peu élevée. Avec un faisceau laser, la directionnalité du faisceau de laser élevé peut être obtenue. Les lasers sont jusqu'à présent inefficaces, même les derniers lasers, tels que laser à électrons libres (LEL). Les lasers les plus efficaces sont les réseaux des diodes à laser. Ils ne peuvent avoir une efficacité de plus de 50%, mais ils n'ont pas la cohérence mutuelle. 10 - Supposons que les efficacités de la conversion et la directionnalité se sont améliorées jusqu'à un degré acceptable, un problème majeur demeure toujours : La reconversion de la lumière dans l'électricité. Les cellules photovoltaïques sont inefficaces, et réalisent au maximum de leur efficacité, 40%-50% dans certaines conditions. 15 - Bien que le transfert d'énergie électrique par laser puisse être optimisé à la longueur d'onde du laser auquel les efficacités de conversion photovoltaïque sont plus hautes, il reste toujours des problèmes de choix de la bonne fréquence par rapport à l'absorption atmosphérique et particulièrement l'absorption, la réflexion et la diffraction dues aux nuages. 20 BREVETS LIES AU TRANSFERT D'ÉNERGIE UTILISANT LA LUMIÈRE EP0001637A1 EP0734110A1 EP1204191A2 EP1332718A1 25 EP1443297A1 EP1446857A1 EP1469617A2 EP1469618A1 EP1469619A2 30 EP1929678A2 EP1935553B1 Oct 19, 1978 Mar 12, 1996 Aug 24, 2001 Feb 1,2002 Jan 29, 2004 Oct 23, 2002 Apr 13, 2004 Apr 13, 2004 Apr 13, 2004 Sep 27, 2006 Dec 21, 2007 Charles E. Davis Stasys Malkevicius Masaaki Ichiki Frits Frans Maria De Mul Matti Harkoma Juha Tuominen Kai Ville Nummela Ville Nummela Ortal Alpert Roland Meijer - 4 - EP2089942A1 Jan 24, 2007 US20070019693 Mar 7, 2006 US5837996 Jul 2, 1997 US5982139 Sep 19, 1997 US6114834 Nov 8, 1999 US6534705 Jul 24, 2001 US7253571 Nov 7, 2005 US8118447 Dec 20, 2007 David Graham David Silliman Graham Eytan Keydar Ronald J. Panse Ronald J. Panse Jesus Berrios Byung-Chang Kang David L. Simon ARTICLES LIES AU LA TRANSFERT D'ÉNERGIE UTILISANT LA LUMIÈRE - Advanced receiver/converter experiments for laser wireless power transmission; http://adsabs.harvard.edu/ful1/2004ESASP.567..187H - The history of wireless power transmission; http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0038092X9500080B - Power sources for wireless sensor networks; http://www.springerlink.com/index/BOUTGM8AHNPHLL3L.pdf - Wireless power transmission technology state of the art the first Bill Brown lecture; http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576503800176 - Recent demonstrations of laser power beaming at DFRC and MSFC; http://pdfserv.aip.org/APCPCS/vol_766/iss_1/73_1.pdf - Wireless power transmission Options for Space Solar power; http://www.rocketdynetech. com/dataresources/WirelessPowerTransmissionOptionsForSpa ceSolarPower.pdf - An in-space wireless energy transmission experiment; http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?amumber--552928 - GaAs converters for high power densities of laser illumination; http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pip.811/abstract - Solar power satellites for space exploration and applications; http://adsabs.harvard.edufful1/2004ESASP.567..151C - Power beaming providing a space power infrastructure; http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=166859 - Wireless power transmission technology development and demonstrations; http://adsabs.harvard.edu/ful1/2004ESASP.567..202S - Space propulsion and power beaming using millimeter systems; http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding. aspx?articleid=1006735 - Laser beaming demonstrations to high-orbit satellites; http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articieid=950121 - Preliminary demonstration of power beaming with non-coherent laser diode arrays; http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?AD=ADA362586 - 5 - - Free-electron laser power beaming to satellites at China Lake, California; http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=950111 - Photovoltaic receivers for laser beamed power in space; http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa. gov/19920006800_1992006800.pdf - Applications of optical phase conjugation; http://link.aip.org/link/phtoad/v34/i4/p27/s1 - Power transmission by laser beam from lunar-synchronous satellite; http://www.cs.odu.edu/-mln/ltrs-pdfs/tm4496.pdf - Preliminary Design and Cost of a 1-Megawatt Solar Pumped lodide Laser Space-to-Space Transmission Station; http://www.intetpubl.com/goto/http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casintrs. nasa.gov/198700 17752_1987017752.pdf - Response of photovoltaic cells to pulsed laser illumination; http://ieeexplore.ieee.orghwls/abs_all.jsp?arnumber=372080 - A lunar rover powered by an orbiting laser diode array; http://pdfserv.aip.org/APCPCS/vol_217/iss_1/253_1.pdf - Summary of studies on space solar power systems of the national space development agency of Japan; http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S009457650300033X LIVRES LIES AU LA TRANSFERT D'ÉNERGIE UTILISANT LA LUMIÈRE: - Laying the Foundation for Space Solar Power: An Assessment of ...; Committee for the Assessment of NASA's Space Solar Power Investment Strategy, Aeronautics and Space Engineering Board, National Research Council; 2001; Page 74 - Harnessing the Wheelwork of Nature: Tesla's Science of Energy; Thomas Valone ; 2002; Page 156 - Laser Beam Propagation in the Atmosphere; Hugo Weichel; 1990; Page 114 - Transmission of power: polyphase system : Tesla patents; Nikola Tesla, Westinghouse Electric & Manufacturing Company; 1893; Page 127 - The high frontier human colonies in space; Gerard K. O'Neill, David Gump, Space Studies Institute; 2000; Page 196 - High Power Microwaves, Second Edition; James Benford, John A. Swegle, Edl Schamiloglu; 2007; Page 552 - 6 - TRANSFERT D'ÉNERGIE UTILISANT DES MICRO-ONDES: Le transfert d'énergie électrique peut être réalisé en utilisant des micro-ondes. Les micro-ondes sont des ondes électromagnétiques ayant des longueurs d'onde beaucoup plus longues que celles de la lumière, les efficacités de 5 conversion sont plus hautes que des lasers, et sont moins sensibles à l'atténuation atmosphérique. Cependant les micro-ondes ont des longueurs d'onde bien plus longues que la lumière visible, et exigent des émetteurs et des récepteurs proportionnellement plus grands dus à la diffraction, pour effectuer un transfert d'énergie électrique à des longues distances. Depuis la découverte de 10 l'électromagnétisme, des efforts étaient faits pour trouver des techniques plus performantes et des dispositifs pour transmettre l'énergie électromagnétique à des longues distances. Les premiers contributeurs à la technologie de la transmission d'énergie sans fil par des ondes radio étaient en grande partie Heinrich Rudolf Hertz, 15 Guglielmo Marconi et Nikola Tesla. Hidetsugu yagi et Uda, plus tard ont contribué à la transmission d'énergie sans fil, utilisant un réseau d'antennes directionnelles qu'ils ont conçu. Bien qu'il n'ait pas été pratique pour le transport d'énergie, leur réseau antennes de faisceau directionnelles a été utilisé avec succès en télécommunication sans fil. 20 En considérant la transmission d'énergie par les ondes RF (radiofréquence), les lois de la physique liées à la propagation de faisceaux entrent en vigueur. Les lois de la divergence des faisceaux électromagnétiques déclarent qu'un faisceau électromagnétique écartera et deviendra plus faible quand la distance augmente. La divergence de faisceaux est directement liée à 25 l'efficacité de la transmission d'énergie par RF (radiofréquence). Au delà d'une trop grande divergence (dispositif de récepteur trop grand ) il devient impraticable de récolter l'énergie transmise. - 7 - La divergence dépend de la longueur d'onde de l'onde électromagnétique. Plus courte est la longueur d'onde, les moins importante est la divergence. Le transfert d'énergie utilisant les ondes radio peut être rendu plus directionnel en utilisant des longueurs d'onde plus courtes, notamment dans la gamme des micro-ondes. Ceci permet le transfert d'énergie à de plus longues distances. La divergence dépend également de la nature cohérente des ondes électromagnétiques. Avec un faisceau micro-onde ayant une cohérence élevée, sa divergence est diminuée. Le terme 'cohérence' utilisé ici concerne la fréquence (mono-chromaticité), la phase et la polarisation du faisceau micro-onde. 10 La divergence du faisceau micro-onde est également affectée par la diffraction à l'antenne de transmission. Jusqu'ici le transfert efficace d'énergie électromagnétique sans fil a été réalisé seulement à des distances courtes : en général, le transfert d'énergie de plus longue distance exige de grands dispositifs. La technologie de l'antenne réseau à commande de phase, 'PHASED 15 ARRAY ' en anglais, peut être employée pour augmenter la directionnalité ou la directivité du faisceau de microonde. Une antenne réseau à commande de phase est un groupe d'antennes élémentaires alimentées avec des signaux dont la phase est ajustée de la manière à obtenir la forme d'ondes microonde désirée. Mais elle a ses limitations dues à un phénomène appelé la `Thinned Array Curse` 20 en anglais ; les espaces vides dans l'antenne réseau agissent en tant que réseau de diffraction et produit des lobes latéraux qui perdent l'énergie. Un réseau d'antenne redresseuse (Rectenna) peut être employé pour reconvertir l'énergie de faisceau micro-onde reçu dans l'électricité. Les efficacités de conversion des réseaux d'antennes redresseuses (Rectenna) sont 25 généralement hautes. - 8 - Plusieurs applications de l'énergie rayonnante ou `POWER BEAMING' en anglais, sont couramment étudiées. - Exploitation du Soleil : Les satellites d'énergie solaire à l'orbite autour de la terre peuvent transmettre l'énergie solaire capturée en la convertissant en 5 faisceaux micro-ondes et en rayonnant le faisceau micro-ondes à la terre. - Alimenter un vaisseau spatial depuis la terre utilisant des micro-ondes est étudié. Transfert d'énergie électrique d'un point vers un autre dans une ligne de vue. 10 Cependant l'utilisation de l'énergie rayonnante ou 'POWER BEAMING' ; par des micro-ondes, pour la plupart des applications de l'espace, font face à un problème majeur : elles exigent de grandes tailles d'ouverture pour l'émetteur et le récepteur de réseau d'antenne redresseuse. Une étude de la NASA sur les satellites d'énergie solaire a exigé une antenne de transmission de 1 kilomètre de 15 diamètre, et un diamètre de 10 kilomètres pour le récepteur de réseau d'antennes redresseuses, pour un faisceau de micro-onde à 2,45 gigahertz. Les ouvertures des émetteurs et des récepteurs pourraient être rendues plus petites à l'aide des longueurs d'onde plus courtes, mais l'atmosphère est opaque à la plupart des longueurs d'onde courtes en raison de l'absorption atmosphérique et de 20 l'absorption par des gouttelettes de pluie ou d'eau. Nous pourrions combiner plusieurs satellites plus petits pour rendre le faisceau de micro-onde plus directionnel mais il existe le problème dus à un phénomène appelé la `Thinned Array Curse` en anglais ; les espaces vides dans le réseau d'antennes agissent en tant que réseau de diffraction et produisent des 25 lobes latéraux qui perdent l'énergie. Des expériences réussies dans le transport d'énergie sans fil de puissance élevée, utilisant des micro-ondes, ont été entreprises. - 9 - Des expériences pour le transfert de l'énergie de l'ordre de dizaines de kilowatts ont été exécutées à Goldstone en Californie en 1975 et en 1997 à Grand Bassin sur l'île de la Réunion. BREVETS LIES AU TRANSFERT D'ÉNERGIE UTILISANT LES MICRO-ONDES EP0325034A2 EP0376074A2 EP0385921B1 EP0434374A2 EP1189327A2 EP1189327B1 US5068669 US5218374 US5503350 Nov 23, 1988 Dec 14, 1989 Feb 28, 1990 Dec 18, 1990 Aug 20, 2001 Aug 20, 2001 Sep 1, 1988 Oct 10, 1989 Oct 28, 1993 A.W. Alden Adrian William Alden Eliyahu Gamzon Adrian W. Alden Yoshihiko Konishi Yoshihiko Konishi Peter Koert Peter Koert Howard A. Foote ARTICLES LIES AU TRANSFERT D'ÉNERGIE UTILISANT LES MICRO-ONDES - Millimeter wave technology for space power beaming; http://ieeexplore.ieee.orepls/abs_all.jsp?arnumber=141358 - Space solar power programs and microwave wireless power transmission technology; http://electricalandelectronics.org/wp-content/uploads/2008/10/01145675. pdf - Design and experiments of a high-conversion-efficiency 5.8-GHz rectenna; http://www.ece.umd. edut-dillikesearch/smartdust/power/antenna_rectifier/mcspadden2.pdf - An evolutionary satellite power system for International demonstration in developing nations; http://adsabs.harvard.edu/abs/1991spsp.proc..356N - A high-efficiency dual-frequency rectenna for 2.45-and 5.8-GHz wireless power transmission; http:Meeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?amumber=1017644 - An in-space wireless energy transmission experiment; http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?amumber=552928 - A high conversion efficiency 5.8 GHz rectenna; http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?amumber=602852 - An experimental and theoretical characterization of a broadband arbitrarily-polarized rectenna array; http://www.chisum.net/CU/GroupSite/docs/publications/2001/ims_jh_01.pdf - Space propulsion and power beaming using millimeter systems; http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding. aspx?articleid=1006735 - The history of wireless power transmission; http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0038092X9500080B - 10 - ARTICLES / LIVRES LIES AU TRANSFERT D'ÉNERGIE UTILISANT LES MICRO-ONDES - Popular Science - Jan 1988; Page 54 - Popular Science - Jan 1988; Page 51 - Popular Science - Jan 1988; Page 53 - Popular Mechanics - Sep 1995; Page 39 - Popular Mechanics - Apr 1992; Page 28 - Laying the Foundation for Space Solar Power. An Assessment of ...Committee for the Assessment of NASA's Space Solar Power Investrnent Strategy, Aeronautics and Space Engineering Board, National Research Council; Page 72 - Theory of Geostationary Satellites : Chong-Hung Zee; Page 54 - Popular Science - Oct 1993; Page 31 - New Scientist - Jul 16, 1981; Page 10 TRANSFERT D'ÉNERGIE UTILISANT L'INDUCTION L'induction électromagnétique directe et l'induction électromagnétique résonnante sont les moyens les plus efficaces de transmettre de l'énergie sans fil ou sans contact, mais seulement aux distances proches. La transmission de l'énergie électrique peut se faire en couplant deux bobines d'induction par le processus connu sous le nom d'induction mutuelle. Un transformateur électrique est un bon exemple pour le transfert d'énergie sans fil par l'induction mutuelle. Les circuits primaires et secondaires d'un transformateur sont électriquement isolés entre eux. Le transfert de l'énergie est achevé par l'induction mutuelle. Avec cette méthode il est possible de transmettre et recevoir des quantités importantes d'énergie mais les deux inducteurs doivent être placés près de l'un à l'autre. Il existe une certaine fréquence pour un système des inducteurs couplés ayant une inductance assortie à laquelle le transfert de l'énergie est maximum. Ceci est connu comme fréquence de résonance. Si le couplage résonnant est employé, où les bobines ou inducteurs sont assortis à une fréquence mutuelle, une puissance significative peut être transmise sur plusieurs mètres. Le principe est employé dans les appareils quotidiens comme la brosse à dents électrique, appareils électroniques de la consommation telle que des téléphones portables. Il est également employé pour transférer l'énergie dans les 5 systèmes transcutanés tels que les coeurs artificiels et des implants médicaux. BREVETS LIES AU TRANSFERT D'ÉNERGIE UTILISANT L'INDUCTION US6471635 Feb 10, 2000 Peter Forsell EP1587456B1 Jan 31, 2003 Peter Forsell 10 EP1221753A2 Jan 4, 2002 Heon-Young Cha US20040150934 Oct 20, 2003 David W. Baarman US20070064406 Sep 8, 2004 Pilgrim G. W. Beart US20080191638 Feb 25, 2008 Roy W. Kuennen, David W. Baarman, Scott A. IVIollema, Ronald C. Markham, Dennis J. Denen 15 US20090010028 Sep 25, 2008 David W. Baarman, Nathan P. Stien, Wesley J. Bachman, John J. Lord US3675108 Oct 12, 1971 Thomas H. Nicholl US3938018 Sep 16, 1974 Ernest A. Dahl US5952814 Nov 14, 1997 Steven J. W. Van Lerberghe 20 US5959433 Aug 22, 1997 Monty D. Rohde US6184651 Mar 20, 2000 Jose M. Femandez US6636017 Sep 27, 2002 Uwe Zink US6731071 April 26, 2002 David W. Baarman US6913477 Aug 1, 2002 Tal Dayan 25 US7065658 May 18, 2001 Matthieu Baraban US7126450 February 4, 2003 David W. Baarman, Stephen J. McPhilliamy, Christopher Houghton US7212414 October 20, 2003 David W. Baarman 30 LIVRES LIES AU TRANSFERT D'ÉNERGIE UTILISANT L INDUCTION - The Industrial Electronics Handbook; J. David Irwin; Page 268 - Electromagnetic Compatibility: Principles and Applications; David A. Weston; Page 297 - Semiconductor material and device characterization; Dieter K. Schroder; Page 634 - The Tesla Papers; Nikola Tesla, David Hatcher Childress; Page 204 35 - 12 - TRANSFERT D'ÉNERGIE A PUISSANCE FAIBLE Le transfert d'énergie sans fil à basse puissance est possible en utilisant des ondes radiofréquences (RF). Ils sont employés dans les applications ou les puissances demandées sont faibles. Des appareils à consommation basse énergie tels que les périphériques d'ordinateur, des sondes sans fil, et des implants médicaux peuvent être alimenté en utilisant l'énergie des ondes radiofréquences (RF). La quantité d'énergie qui peut être transmise est très limitée. TRANSFERT D'ÉNERGIE UTILISANT LE COUPLAGE INDUCTIF PAR DES ONDES ÉVANESCENTES Une nouvelle technique de transfert d'énergie sans fil par le couplage inductif des ondes évanescentes a été présentée par Marin Soljacic, et ses collègues chez Massachusetts Institute of Technology en 2007. La technique est basée sur la théorie de l'électromagnétisme à champ proche, et l'utilisation de 'résonateurs couplés'. Ils ont appliqué le comportement de champs proches des champs électromagnétiques à un concept de transfert de puissance sans fil, basé sur des résonateurs couplés. À l'aide du couplage évanescent, le récepteur d'énergie (l'appareil à charger) peut recevoir l'énergie du dispositif d'émetteur seulement s'il a une fréquence de résonance qui est proche du dispositif d'émetteur. Jusque-là l'énergie électromagnétique est piégée dans le dispositif de d'émetteur. La théorie derrière ceci c'est que quand des ondes électromagnétiques sont envoyées par un guide d'ondes fortement angulaire, cela produit des ondes évanescentes qui ne portent aucune énergie. Quand un autre guide d'ondes résonnant compatible est apporté près de l'émetteur, les ondes évanescentes peuvent permettre à l'énergie de propager et de fournir la puissance au guide d'ondes résonnant du récepteur. Ce phénomène est connu en tant que le - 13 - 'couplage d'ondes évanescentes'. Le tunnel les ondes électromagnétiques, ne rayonne pas l'énergie en dehors du guide d'ondes. En 2007 les chercheurs de MIT ont avec succès démontré la capacité d'alimenter une ampoule de 60 watts à partir d'une source d'énergie qui était à plusieurs mètres de distance avec une efficacité approximative de 40%. L'inconvénient principal avec cette méthode est que le transfert d'énergie est possible seulement aux distances proches, et qu'il ne peut pas fonctionner dans d'autres types de milieux de transmission tels que l'eau, et d'autres atmosphères extra-terrestres. 10 BREVETS LIES AU TRANSFERT D'ÉNERGIE UTILISANT LA COUPLAGE INDUCTIF PAR D'ONDES ÉVANESCENTES US20070222542 July 5, 2006 John D. Joannopoulos, Aristeidis Karalis, Marin Soljacic 15 US20080278264 Mar 26, 2008 Aristeidis Karalis, Andre B. Kurs, Robert Moffatt, John D. Joannopoulos, Peter H. Fisher, Matin Soljacic US20090195333 Mar 31, 2009 John D Joannopoulos, Aristeidis 20 Karalis, Marin Soljacic US20110074347 Nov 18, 2010 Aristeidis Karalis US20110089895 Nov 18, 2010 Aristeidis Karalis US20110193419 Feb 28, 2011 Aristeidis Karalis US20120119569 Oct 17, 2011 Aristeidis Karalis 25 U520120235634 Oct 21, 2011 Andrew J. Campanella U520120242159 Oct 28, 2011 Andrew J. Campanella US20120248886 Oct 28, 2011 Andrew J. Campanella US20120322387 Jun 15, 2012 Angela Nicoara US7825543 Mar 26, 2008 Aristeidis Karalis, Andre B. 30 Kurs, Robert Moffatt, John D. Joannopoulos, Peter H. Fisher, Marin Soljacic US8097983 May 8, 2009 Aristeidis Karalis US8035255 Nov 6, 2009 Kurs et al. - 14 - CONDUCTION ÉLECTRIQUE Quelques conducteurs naturels de l'électricité comme la terre et les océans, s peuvent être utilisés comme milieux et des courants électriques peuvent être propagés par ces conducteurs naturels. Un milieu naturel comme l'atmosphère peut devenir un conducteur en ionisant l'air. L'ionisation se produit quand la tension de claquage du milieu est dépassée, ainsi la rendre conductible pour l'électricité. Par exemple, un faisceau ultra-violet de haute puissance peut être w employé pour ioniser l'air, créant une colonne de conduite entre l'émetteur et le récepteur. L'inconvénient technique principal avec ce système est que les besoins en énergie pour ioniser l'air sont importants ainsi rendant le système inefficace. - 15 - ÉVALUATION DES MÉTHODES ÉNUMÉRÉES CI-DESSUS Dans les méthodes énumérées ci-dessus d'art antérieur de transmission de l'énergie sans fil notamment - transfert d'énergie utilisant la lumière - transfert d'énergie utilisant des micro-ondes - transfert d'énergie utilisant l'induction - 5 transfert d'énergie utilisant le couplage inductif par ondes évanescentes utilisant l'accouplement d'ondes évanescentes, nous constatons qu'il n'y a aucune technologie qui a complètement résolu le problème principale du transfert d'énergie sans fil, savoir ,transmettre une grande quantité d'énergie électrique à de longues distances très efficacement dans différents types de milieux de 10 transmission. Trois problèmes techniques importants n'ont pas été résolus : l'efficacité, la transmission à de longues distances et la transmission dans différents types de milieux de transmission autre que l'air, tels que l'eau et d'autres atmosphères extraterrestres. Ci-après figure un résumé des inconvénients des méthodes de l'art antérieur cités ci-dessus : 15 - Avec de la lumière, l'efficacité pose toujours un problème important dû aux efficacités du laser qui ne dépassent pas 50% et aux efficacités de conversion photovoltaïque qui ne dépassent pas 40%. Les lampes à matrice LED fonctionnant avec une efficacité de 99%, peuvent substituer des lasers mais il manque de la directionnalité de faisceau. Un autre 20 problème principal avec la lumière est celui de l'absorption atmosphérique et particulièrement l'absorption, réflexion et diffraction dues aux nuages. - Avec des micro-ondes, les ondes électromagnétiques sont à des longueurs d'onde beaucoup plus longues, ses efficacités de conversion sont plus hautes que des lasers, et sont moins sensibles à l'atténuation 25 atmosphérique. Cependant les micro-ondes ont des longueurs d'ondes bien plus longues que la lumière visible, et exigent des émetteurs et des récepteurs proportionnellement plus grands pour diminuer les effets dus à la diffraction et la divergence, Surtout quand il s'agit de transmission à de longues distances. Elles sont susceptibles également d'interférence. - 16 - - Avec l'induction le transfert d'énergie peut être réalisé seulement à de courtes distances. L'induction directe et l'induction magnétique résonnante sont les moyens les plus efficaces de transférer l'énergie sans fil, mais seulement à des distances proches. - Avec le couplage inductif des ondes évanescentes le transfert d'énergie sans fil peut être réalisé entre les résonateurs couplés. Mais il faut à une condition que le dispositif de récepteur d'énergie (le dispositif à charger) soit proche du dispositif d'émetteur. Il y a trois problèmes majeurs rencontrés, lorsque l'on conçoit un système de Io transfert d'énergie sans fil qui fonctionne dans l'atmosphère terrestre. a) Les problèmes liés à la conversion du courant alternatif (C.A) au courant constant (C.C) aux hautes fréquences : Ceci pose un défi technologique considérable pour concevoir les convertisseurs qui fonctionnent aux fréquences infrarouges ou optiques 15 (longueurs d'onde entre 2 - 0,3 pm). Les diodes de rectification et l'antenne devraient être extrêmement petites, typiquement de l'ordre du micro/nanomètre et leur vraie efficacité serait entre 0,1 - 1%. Il n'est pratiquement pas faisable de les construire ; même si on arrive à les construire, ils seront très inefficaces. Pour éviter ces problèmes, on peut 20 proposer de réaliser le transfert d'énergie sans fil en utilisant la transmission de la lumière et en employant un panneau photovoltaïque pour convertir la lumière en électricité, cependant, les efficacités de conversion des panneaux photovoltaïques sont assez basses et l'atmosphère n'est pas transparente pour toutes les longueurs d'onde dans 25 le spectre optique. b) Les problèmes liés au milieu de transmission : - Transmission en atmosphère terrestre : L'opacité atmosphérique au spectre électromagnétique entier dépend de la longueur d'onde des ondes - 17 - électromagnétiques. H y a certaines fréquences auxquelles l'atmosphère est complètement transparente. Les régions du spectre dans lequel ces fréquences sont trouvées sont connues comme les fenêtres atmosphériques. Selon F1G 5 et FIG 6, nous voyons que dans la région des micro-onde/onde-radio hertziennes du spectre d'absorption d'air, nous pouvons transmettre l'énergie électrique entre des longueurs d'onde de 5 cm à 10 mètres avec de bonnes efficacités. De ce fait, la transmission de l'énergie électrique dans l'atmosphère est limitée seulement à ces seules fréquences qui traversent l'atmosphère, limitant les capacités des techniques d'art antérieur pour transférer l'énergie. - Transmission dans l'eau : L'eau à son propre spectre d'absorption, elle absorbe fortement dans l'ultraviolet, les régions d'infrarouge et de micro-onde, mais est en grande partie transparente dans la région visible du spectre électromagnétique. Transmission en atmosphères extraterrestres : Chaque planète a sa propre composition atmosphérique caractéristique, ainsi, les constituants de l'atmosphère variantes, le spectre d'absorption lui aussi varie. c) Les problèmes liés à l'interférence et à la divergence : La transmission utilisant des micro-ondes et des ondes radio peut être influencée par l'interférence provenant du bruit ou rayonnement électromagnétique présent dans le milieu de transmission. Pour la transmission utilisant des micro-ondes et des ondes radio, la divergence de faisceau est influencée par diffraction à l'antenne de transmission. Jusqu' à maintenant le transfert d'énergie électrique sans fil efficace a été réalisé seulement à des distances courtes et en général le transfert d'énergie à de longues distances exige de très grands dispositifs. - 18 - Tandis que la technologie de l'antenne réseau à commande de phase, PHASED ARRAY ' en anglais, peut être employée pour augmenter la directionnalité ou directivité du faisceau de microondes. Elle a ses limitations dues à un phénomène appelé la `Thinned Array Curse' en anglais, savoir ; les espaces vides dans l'antenne réseau agissent en tant que réseau de diffraction et produit des lobes latéraux qui perdent l'énergie. OBJECTIFS DE L'INVENTION Vu les inconvénients des techniques de l'art intérieur, la présente invention 10 vise donc à y remédier. Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir un dispositif de transfert d'énergie électrique sans fil qui fournit une solution aux problèmes ci-dessus lié au transfert d'énergie électrique sans fil. La solution existe dans la production d'ondes électromagnétiques qui disposent la fois des propriétés directionnelles de la lumière, et des efficacités des 15 micro-ondes, c'est à dire générer des photons ayant des longueurs d'onde de micro-onde et transmettre ces photons produits à un récepteur se composant d'un réseau d'antennes redresseuses qui reconvertit les photons capturés en électricité. La production des photons de micro-onde/onde radio en grande quantité 20 est un défi technologique important. La présente invention se compose d'un générateur des photons qui relève ce défi .11 est le composant principal du présent système de transfert d'énergie électrique sans fil. Il emploie une nouvelle méthode inventive pour produire de grandes quantités de photons ayant la longueur d'onde de l'ordre micro-onde/onde radio et a des longueurs d'onde désirés. 25 L'énergie électromagnétique émise peut être décrite sous forme de variations de champ électromagnétique ou sous forme de photons. Nous devons - 19 - différencier clairement ces deux descriptions concernant l'émission électromagnétique. Pour avoir une idée claire au sujet voici un exemple ; Considérez les ondes radio ou les micro-ondes produites utilisant les dispositifs disponibles comme le klystron, le magnétron etc. Quand ces dispositifs varient les champs électromagnétiques à une fréquence particulière, ils transmettent des variations de champ électromagnétique à cette fréquence mais ils généralement n'émettent pas ou transmettre pas des photons à cette fréquence, les photons associés pourraient avoir d'autres fréquences qui ne correspondent pas à la fréquence de l'oscillateur. Pour pouvoir produire des photons à cette radiofréquence particulière, disons 2,45 gigahertz, (fréquence typique de four à micro-ondes), nous doivent construire un dispositif différent qui est capable d'émettre ces photons de 2,45 gigahertz et pas simplement ondes électromagnétiques ayant 2,45 gigahertz de fréquence. Typiquement un magnétron émettrait les ondes radio ayant une fréquence de 2,45 gigahertz mais pas les photons ayant une fréquence de 2,45 gigahertz. Considérez d'autre part les dispositifs comme le MASER, le LASER ou un laser à électrons libres ( LEL ), ces dispositifs émettent des photons à une fréquence particulière. Par exemple quand le MASER d'ammonie produit d'un faisceau de MASER qui a une fréquence de 24 gigahertz, elle émet réellement 20 des photons ayant la fréquence de 24 gigahertz. Ces dispositifs émettent le rayonnement cohérent des photons ayant des fréquences qui correspond à la région visible du spectre électromagnétique ou à la région micro-onde du spectre électromagnétique, mais très peu de dispositifs émettent des photons ayant des fréquences radio. Les masers existent qui fonctionnent à la fréquence micro-25 ondes qui produisent des photons de micro-onde, mais ils les font aux intensités très faibles, et peuvent ne pas être utilisé pour établir un transfert d'énergie électrique sans fil. - 20 - Les inconvénients majeurs des IVIASERs qui existent aujourd'hui sont - Ils ne sont pas capables de produire une grande quantité de photons, la plupart des MASERs possèdent une puissance de sortie de l'ordre des picowatts et des milliwatts. Ces genres de production de photons ne servent pas au transfert 5 d'énergie mais peuvent être utiles pour la télécommunication. - La gamme des longueurs d'onde de MASER disponibles est très limitée, et d'ailleurs ils ne sont pas disponibles pour la région de longueur d'ondes radio (hertziennes) c est à dire à partir de 10 cm et plus. Le présent dispositif de générateur de faisceau de photons du présent nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil fournit une solution pour produire des photons basse fréquence de micro-onde/onde radio en grande quantité et n'a pas les inconvénients mentionnés ci-dessus liés à celui du laser et du maser. Le dispositif qui est la partie centrale de ce système de transfert d'énergie électrique sans fil est : 15 - Capable de produire les faisceaux des puissances élevées qui est limitée seulement par la taille de sa cavité. - Capable de produire les faisceaux des photons à des différentes longueurs d'onde qui est seulement limitée par le type de milieu dans la cavité. La gamme des longueurs d'onde disponibles est beaucoup plus étendue que des masers, de 20 sorte qu'ils puissent fonctionner dans les fenêtres atmosphériques pour les ondes hertziennes et des ondes micro-ondes. - 21 - RESUME DE LA PRESENTE INVENTION On révèle ci-dessous un nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil qui fournit une solution aux problèmes ci-dessus du transfert d'énergie électrique sans fil. La solution se compose de la conversion de l'énergie électrique en photons de grandes longueurs d'onde de l'ordre des longueurs d'onde de micro-onde ou d'onde radio et la transmission des photons produits à un récepteur se composant d'un réseau d'antennes redresseuses qui reconvertit les photons capturés en électricité. Il y a un défi technologique important dans la production des photons de 10 micro-onde/onde radio dans une grande quantité. La présente invention se compose entre d'autres composants d'un générateur des photons qui relève à ce défi. Principalement le nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil consiste en un générateur de faisceau de photons et un récepteur se composant d'un réseau d'antennes redresseuses. L'innovation principale se situe dans le 15 générateur de faisceau de photons. Le nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil fonctionne dans l'atmosphère terrestre, où l'air est le milieu principal. Ce dispositif pourrait également être adapté à l'espace où il y a le vide. Ce dispositif pourrait également être employé dans le milieu de l'eau. Ce dispositif pourrait également être employé 20 sur d'autres planètes où les atmosphères sont différentes que la terre. Le même dispositif pourrait être employé comme système de communication qui fonctionne dans tous les milieux de transmission comme mentionné ci-dessus Le nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil fonctionne par la conversion de l'énergie électrique en photons des longueurs d'onde grands tels 25 que des photons de micro-ondes/ondes-radio en utilisant un générateur de faisceau de photons et dirigeant le faisceau vers un réseau d'antennes redresseuses qui reconvertit les photons en électricité. Le système de transfert d'énergie électrique sans fil est composé d'un générateur de faisceau de photons, - 22 - une source des ondes électromagnétiques pour la pomper et un réseau d'antennes redresseuses. Le générateur de faisceau de photons est un plus composé d'une cavité contenant un milieu des molécules ayant un moment dipolaire et qui sont pompée à leurs niveaux supérieurs des énergies rotationnelles, vibrationneiles ou rovibrationnelles. Les molécules désexcitées émettent des photons de micro-onde/onde-radio pour constituer un faisceau de photons capté par le réseau d'antennes redresseuses qui convertit les photons de micro-onde/onde-radio en électricité. - 23 - DESCRIPTION DETAILLE DE LA PRESENTE INVENTION Suivante est la description de la présente invention repartie en quatre parties - Description complète du présent dispositif de système de transfert d'énergie électrique sans fil. - Description du présent dispositif de générateur de faisceau de photons du présent nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil. Le générateur de faisceau de photons est employé pour produire un faisceau des photons micro-onde ou d'onde radio. - Description du présent dispositif de récepteur du présent nouveau système 10 de transfert d'énergie électrique sans fil. Le récepteur est un réseau d'antenne redresseuse (Rectenna en anglais) employé pour recevoir et reconvertir l'énergie de faisceau de photons généré par le générateur en électricité. - Les principaux avantages du présent nouveau système de transfert 15 d'énergie électrique sans fil au-dessus d'autres systèmes de l'état d'art actuels. DESCRIPTION COMPLETE DU PRESENT DISPOSITIF DE SYSTEME DE TRANSFERT D'ENERGIE ELECTRIQUE SANS FIL 20 On révèle ci-dessous un nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil. Il transmet l'énergie à une distance en convertissant l'énergie électrique en photons de grands longueurs d'onde tels que des photons de micro-onde/onde radio utilisant un nouveau concept d'un générateur de faisceau de photons et en dirigeant le faisceau de photons vers un récepteur se composant d'un réseau 25 d'antennes redresseuses qui reconvertit les photons capturés en électricité. Il y a un défi technologique important dans la production des photons de microonde/onde radio dans une grande quantité. La présente invention se compose - 24 - entre d'autres composants d'un générateur des photons qui relève à ce défi. L'innovation principale se situe dans le générateur de faisceau de photons. FIG 1 est une représentation schématique du présent nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil selon l'invention. Un système de transfert d'énergie électrique sans fil 1 est composé d'un générateur de faisceau de photons 15, une source des ondes électromagnétiques 4, et un réseau d'antennes redresseuses (Rectenna) 13. Le générateur de faisceau de photons 15 est en plus composé d'une cavité 3 qui contient un milieu des molécules 7 qui possèdent un moment dipolaire. 10 Pour faire fonctionner le système de transfert d'énergie électrique sans fil 1, le générateur de faisceau de photons 15 est pompé utilisant la source des ondes électromagnétiques qui produit des ondes électromagnétiques 4 qui sont dirigées par les guides d'ondes 16 et 17 vers le milieu 7 pour exciter le milieu des molécules 7 à leurs niveaux supérieures des énergies rotationnelles ou 15 vibrationnelles ou rovibrationnelles. Les molécules désexcités émettent des photons de micro-onde/onde-radio qui sort de l'ouverture 12 pour constituer un faisceau de photons 9 , le faisceau de photons 9 est focalisé par un capot réfléchissant de focalisation 8 pour être incident sur un réseau d'antennes redresseuses (Rectenna) 13. Le réseau d'antennes redresseuses (Rectenna) 13 20 convertit les photons de micro-onde/onde-radio en électricité. Selon le FIG 3 le générateur de photon 55 a pu être également pompé utilisant un générateur de radiofréquence (RF) 60. Au lieu des guides d'ondes l'énergie électromagnétique est acheminée par la paire de plaques d'électrodes 65 et 66 qui sont couplés au générateur de radiofréquence (RF) 60. La paire de 25 plaques d'électrodes 65 et 66 couplés au générateur de radiofréquence (RF) 60 produit d'un champ d'électrique oscillant. - 25 - Un exemple pratique d'utilisation du système 1 serait de transmettre l'énergie électrique du point A vers un point B dans notre atmosphère terrestre. Nous supposons que les points A et B sont dans une ligne de vue. Pour déterminer la plage de fréquence opérante du système 1, nous devons considérer d'abord le spectre d'absorption de l'air et trouver les fenêtres transparentes disponibles dans la région de micro-onde ou d'onde radio, parce que c'est dans ces régions qu'il est pratique pour construire des convertisseurs tels que les réseaux d'antennes redresseuses (Rectenna). Et aussi parce que les efficacités de conversion aux fréquences de micro-onde/onde-radio sont hautes. Selon FIG 5 et FIG 6, nous voyons que dans la région de micro-onde/onde- radio du spectre d'absorption d'air nous pouvons transmettre l'énergie électrique entre les longueurs d'onde de 5 cm à 10 mètres à de bonnes efficacités. Ceci nous donne la plage de fréquence opérante du système 1. Au cas où nous devrions transmettre l'énergie électrique aux fréquences micro-ondes en dehors de cette bande de 5cm à 10 mètres, nous devons transmettre aux fréquences qui ne sont pas présents dans le spectre rotationnel des constituants principaux de l'atmosphère. Les gammes de fréquences des spectres rotationnels des constituants principaux de l'atmosphère sont indiquées dans le FIG 9. La prochaine étape serait de choisir les molécules qui entrent dans la cavité 20 3 et qui disposent des spectres d'émission à ces longueurs d'onde. La composition moléculaire du milieu est choisie dans une manière telle que. 1. Au moins une fréquence de la bande des fréquences composé du spectre rotationnelles, le spectre vibrationnelles, et le spectre rovibrationnelles des molécules choisie n'est pas présente dans le spectre d'absorption de milieu de 25 transmission, dans ce cas c'est l'air. 2. Les types de molécules choisies pour le milieu sont choisis dans une manière telle qu'ils forment une collection homogène de molécules. La collection - 26 - homogène signifie que les différents types de molécules n'agissent pas l'un avec l'autre chimiquement. Les différents types de molécules ont pu composer le milieu. La collection pourrait également être un mélange des atomes et des molécules, mais il est important qu'ils forment une collection homogène d'au moins d'un type de molécule, cela signifie qu'il devrait y avoir au moins un type de molécule dans le milieu de la cavité. C'est parce que seulement les molécules disposent les spectres rotationnelles ou vibrationnelles est que de ce fait les photons émises ont des énergies qui correspondent aux transitions énergétiques des niveaux d'énergies rotationnelles ou vibrationnelles. Les atomes présent dans le milieu ne contribuent pas à la génération des photons, mais peuvent servir à maintenir la pression à l'intérieur de la cavité, ou peut être utilisé pour conduire la chaleur de la cavité. Une molécule est composée d'au moins deux atomes. 3. Les types de molécules choisies pour le milieu sont également choisis dans une manière telle qu'ils ont un moment dipolaire. 15 Dans une molécule, les énergies qui correspondent aux transitions énergétiques des niveaux d'énergies rotationnelles sont généralement petites comparées aux transitions énergétiques des niveaux d'énergies vibrationnelles. Généralement les transitions énergétiques des niveaux d'énergies vibrationnelles correspondent aux énergies dans la région infrarouge du spectre 20 électromagnétique et les transitions énergétiques des niveaux d'énergies rotationnelles correspondent aux énergies dans la région micro-onde, onde-radio et d'infrarouge lointain du spectre électromagnétique. FIG 8 est un tableau qui montre les différents processus moléculaires et leurs bandes de fréquences qui correspond aux énergies associées aux transitions énergétiques rotationnelles ou 25 vibrationnelles ou rovibrationnelles. Ainsi, si nous devons transmettre l'énergie aux fréquences de micro-onde/onde-radio nous devons rechercher les molécules qui ont des spectres rotationnelles ou rovibrationnelles qui tombent dans la région de micro-onde, onde-radio et d'infrarouge lointain du spectre électromagnétique. On pourra référer les bases de données spectrales moléculaires publiée par - 27 - plusieurs instituts de recherche pour trouver les molécules nécessaires. Une telle base de données est la base de données de N1ST (National Institute of Standards and Technology) où une recherche des molécules avec des spectres particuliers pourrait être conduite. Leur dernier lien de Web est http://physics.nist.gov/PhysRefData/MolSpec,/freqsearch.html, la où une plage de fréquence spectrale pourrait être entrer comme paramètre de recherche et l'outil énumère toutes les molécules ayant une spectre qui correspond a la plage de fréquence désirée. Les spectres rotationnelles surgissent seulement quand les molécules sont polaires en nature et qui ont un moment dipolaire permanent. Les molécules contenues dans la cavité devraient être les molécules polaires. Les molécules polaires sont des molécules ayant un moment dipolaire électrique permanent. Le moment dipolaire permanent est dû aux diverses asymétries dans leur structure et la présence des charges partiels sur les atomes dans la molécule qui résultent due a des différences dans l'électronégativité ou d'autres caractéristiques de la liaison moléculaire. Ainsi, pour qu'une molécule agisse avec une onde électromagnétique par l'intermédiaire de transitions rotationnelles, il doit posséder un moment dipolaire magnétique ou électrique. Sans lui aucun champ magnétique ou électrique extérieurement appliqué ne peut exercer un couple rotatif. Les molécules qui ont un moment dipolaire permanent peuvent produire des spectres rotationnels purs et intenses une fois excitées à leurs niveaux supérieurs des énergies rotationnelles en les pompant avec les ondes électromagnétiques aux bonnes fréquences. Les molécules symétriques comme H2, 02, C2, CH4 produisent des spectres rotationnels faibles grâce a leur moment électrique quadripolaire. Ces molécules symétriques peuvent également acquérir un moment dipolaire provisoire dû aux modes d'élongations antisymétriques. Dans ces conditions les transitions énergétiques rotationnelles peuvent être réalisées également en les pompant avec les ondes -28 - électromagnétiques. Il devient évident que quand une molécule dispose un spectre rotationnel elle possède forcement un moment dipolaire permanent. Ensuite après avoir listé des molécules capables de interagir avec une onde électromagnétique par l'intermédiaire de transitions rotationnelles , dans la prochaine étape nous devons exclure l'utilisation des molécules présent dans le milieu de transmission (l'atmosphère terrestre par exemple) qui atténuent considérablement les ondes électromagnétiques à la fréquence ou aux fréquences désirée de transmission. F1G 7 montre la composition atmosphérique de la terre. L'atmosphère terrestre se compose principalement du N2 (azote) et de 1'02 (l'oxygène). FIG 9 montre la structure moléculaire des constituants atmosphériques principaux qui indiquent la nature de dipôle de la molécule, de ce fait montrant quelles molécules sont capables d'avoir des spectres d'absorption rotationnelle. Par exemple imaginez que nous devons transmettre l'énergie aux fréquences autour de 60 gigahertz (longueurs d'onde environ 5 millimètres), et que nous constatons qu'02 (l'oxygène) a une absorption maximale dans cette plage de fréquence, alors nous devons éviter employer 1'02 comme milieu pour la cavité. L'02 n'a aucun moment dipolaire électrique mais par rapport aux autres gaz diatomiques il a un dipôle magnétique permanent. L'azote n'a ni le moment de dipôle électrique ni le moment de dipôle magnétique et donc aucun spectre d'absorption rotationnel. Ainsi il ne peut pas être employé dans le milieu de la cavité quand nous devons opérer aux fréquences de transition d'énergie de rotation. D'autre part, nous pourrions employer 1'02 comme milieu pour la cavité, quand nous devons transmettre l'énergie dans une atmosphère d'une planète différente de la terre, où 1'02 n'est pas un constituant important de l'atmosphère de la planète. Une fois que nous avons la liste de molécules qui ont les spectres désirés nous peuvent remplir la cavité 3 avec ces molécules qui forment le milieu 7 et les pomper utilisant les ondes électromagnétiques 4 aux fréquences correspondantes d'excitation. - 29 - Ici dans ce système 1 révélé nous pourrions employer par exemple le protoxyde d'azote comme milieu 7 de la cavité du générateur de faisceau de photons 15. Comme indiqué dans FIG 2, la source d'onde électromagnétique utilisée dans ce système révélé est un magnétron 41 qui produisent des micro-ondes intense. Plusieurs dispositifs spéciaux comme les tubes à vide puissants peuvent également être utilisés pour produire des micro-ondes. Ces tubes sont différents des tubes à vide basse fréquence, ils emploient le mouvement balistique des électrons dans le vide commandé par des champs électriques ou magnétiques. Ils incluent le magnétron, klystron, tube à ondes progressives, gyrotron. Les sources de micro-onde de puissance faible utilisent les dispositifs à semi-conducteur tels que le transistor à effet de champ, diodes tunnel, diodes de Gunn, diodes d'IMPATT Comme indiqué dans FIG 1 , les molécules du milieu 7 contenu dans la 15 cavité 3 sont excitées par une bande des ondes électromagnétiques basses fréquences 4 produites par le magnétron 41 ou plusieurs magnétrons fonctionnant comme source puissantes d'ondes électromagnétiques. La source des ondes électromagnétiques 4 devrait consister une fréquence ou une bande des fréquences qui se trouve dans les spectres rotationnelles, vibrationnelles, ou 20 rovibrationnelles des molécules du milieu 7. Dans le système révélé actuel nous utilisons seulement un magnétron simple 41, mais quand nous avons besoin d'une source d'ondes électromagnétiques qui contient une bande de plusieurs fréquences, plusieurs magnétrons pourraient être utilisés de sorte que les ondes électromagnétiques 4 25 produites par elles contiennent les fréquences qui excitent les molécules à leurs différentes plusieurs niveaux supérieurs des énergies rotationnelles, vibrationnelles ou rovibrationnelles. - 30 - Les ondes électromagnétiques 4 produites par la source sont guidées dans la cavité 3 par au moins un guide d'ondes. Plusieurs guides d'ondes ont pu être utilisés. Il dépend du spectre de fréquences des ondes électromagnétiques produites, qui dépend à leur tour des différentes fréquences des photons qui doivent être produits. Ici dans cet exemple du système révélé, les ondes électromagnétiques 4 produites par la source sont guidées dans la cavité 3 par les deux guides d'ondes 16 et 17. Les couvertures 10 et 11 de guide d'ondes permettent les ondes électromagnétique de la source 4 de passer mais ne permet pas le milieu des molécules 7 d'évader en dehors de la cavité 3. 10 Les molécules du milieu 7 sont pompées par les ondes électromagnétiques 4 à leurs niveaux supérieurs des énergies rotationnelles, vibrationnelles ou rovibrationnelles, ou une combinaison de lesdites énergies, et au retour à leurs états stables spontanément ou par stimulation, émettent les photons ayant des énergies qui correspondent aux transitions énergétiques des niveaux d'énergies 15 rotationnelles, vibrationnelles ou rovibrationnelles des molécules. Les photons émis correspondent normalement aux photons de microondes/ondes radio. Les molécules d'un milieu contenu dans une cavité pourraient également être excitées par un champ électrique oscillant. Comme indiqué dans FIG 3 un générateur de faisceau de photons 55 est pompé utilisant un générateur de 20 radiofréquence 60. Au lieu des guides d'ondes l'énergie électromagnétique est acheminée par une paire de plaques d'électrodes 65 et 66 qui sont couplés au générateur de radiofréquence 60. La paire de plaques d'électrodes couplées au générateur de RF 60 produisent d'un champ électrique oscillant. Le générateur de radiofréquence 60 est placé sur l'extérieur de la cavité 68, la paire de plaques 25 d'électrodes 65 et 66 sont placés sur l'intérieur de la cavité 68 et placés vis-à-vis l'un a l'autre. En couplant électriquement le générateur de radiofréquence 60 aux paire de plaques d'électrodes 65 et 66, un signal de radiofréquence est produit créant de ce fait un champ électrique alternatif qui excite les molécules du milieu -31- 59 aux niveaux supérieurs des énergies rotationnelles, vibrationnelles ou rovibrationnelles des molecules. Selon la FIG 1 les photons de micro-onde/ondes-radio qui traversent l'ouverture 12 sont focalisés par le capot de focalisation réfléchissant 8 pour constituer un faisceau de photons 9. Le capot de focalisation réfléchissant 8 est disposé en dehors de la cavité 3 est attaché à l'ouverture 12. L'ouverture 12 est couverte par un matériel transparent qui est transparent aux photons mais empêche le milieu 7 de s 'échapper hors de la cavité 3. En focalisant le faisceau de photons 9 pour être incident sur le réseau 10 d'antennes redresseuses 13 le faisceau est reçu par le réseau d'antennes redresseuses 13 qui reconvertit les photons du faisceau de photons 9 en électricité. Dans le cas ou du générateur de faisceau de photons (émetteur) et du réseau d'antennes redresseuses (récepteur) ne sont pas dans une ligne de vue entre eux, 15 qui signifie qu'il y a un peut être un obstacle dans le chemin du faisceau de photons, le faisceau de photons pourrait être dirigé vers un miroir et être reflété au réseau d'antennes redresseuses. Dans la FIG 10. Le générateur de faisceau de photons 151 est pompé utilisant les une source d'onde électromagnétique 152 ou les ondes 20 électromagnétiques sont acheminés par les guides d'ondes 153 et 154 pour produire un faisceau de photons 155 qui est reflété d'un miroir 156. Le faisceau reflété 157 est incident sur le réseau d'antennes redresseuses 158. Le faisceau de photons capturé est reconverti en électricité et produit un courant constant (C.C) aux terminaux 159. 25 -32 - THEORIE DE LA PRESENT DISPOSITIF DE GENERATEUR DE FAISCEAU DE PHOTONS DU PRESENT NOUVEAU SYSTEME DE TRANSFERT D'ENERGIE ELECTRIQUE SANS FIL: Le principe de fonctionnement de ce dispositif est comme suit : Des molécules ayant un moment dipolaire sont contenues dans la cavité et sont excitées par une bande des ondes électromagnétiques basses fréquences produites par un générateur des ondes électromagnétiques ou un générateur RF ( fréquence radio ) par les dispositifs tels qu'un magnétron, le klystron ou toute autre dispositifs émettant des ondes hertziennes. Les ondes 10 électromagnétiques émises par le générateur contiennent des fréquences qui excitent les molécules à leurs niveaux supérieures des énergies rotationnelles ou vibrationnelles ou rovibrationnelles. Les molécules retournent à leurs états stables spontanément ou par l'émission stimulée, de ce fait émettant les photons ayant des énergies qui correspondent aux transitions énergétiques des niveaux 15 d'énergies rotationnelles ou vibrationnelles ou rovibrationnelles. Les types de molécules dans la cavité sont choisis de telle manière que leurs spectres d'émissions émises une fois pompés par des micro-ondes correspondent aux fréquences de sortie désirées du ce dispositif de générateur des photons. Ainsi le présent dispositif de générateur de faisceau de photons du présent 20 nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil fonctionne comme un dispositif de convertisseur d'énergie. Il convertit l'énergie électrique en photons de basse fréquence. Ce dispositif en comparaison avec un MASER serait un dispositif qui est pompé électromagnétiquement mais produit des photons non cohérents. Bien que les molécules dans ce nouveau dispositif de générateur de 25 faisceau de photons qui est le composant principale de ce système de transfert d'énergie électrique sans fil révélé soient employées comme une système de particules à deux niveaux et de ce fait qu'il y n auras pas d'amplification du signal d'entrée parce qu'il y a seulement 50% des molécules peuplées dans l'état excitées à n'importe quel instant donné, c'est a dire il y n ya pas de inversion de la - 33 - population , nous avons malgré tout, 50% des molécules qui produisent des photons qui sort de ce dispositif. Ainsi nous avons 50% d'énergie électrique injecté convertie en photons utilisables. Elle agit comme un dispositif qui absorbe l'énergie électromagnétique et produit des photons de longueurs d'ondes radio et de micro-ondes. Les photons émis ont des longueurs d'ondes radio et de micro-ondes, car les énergies associées aux transitions énergétiques rotationnelles ou vibrationnelles ou rovibrationnelles sont généralement plus petits par rapport aux énergies associés aux transitions électroniques. De telles photons ayant des basses fréquences sont préférées du point de vue de construire les dispositifs de conversion pratiques. Pour une meilleure compréhension du présent dispositif de générateur de faisceau de photons du présent nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil, nous pourrions le comparer à un laser comme ci-dessous - Les lasers produisent un faisceau fortement cohérent, la cohérence concerne la fréquence (monochromatisme), phase et la polarisation du faisceau de production, tandis que le présent dispositif de générateur de faisceau de photons du présent nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil ne produit pas un faisceau cohérent. Elle produit un faisceau des photons contenant plusieurs fréquences désirées qui pourraient avoir des phases et qui pourraient être polarisé à tous les angles. - La cavité utilisée dans un laser est résonnante tandis que le présent dispositif de générateur de faisceau de photons du présent nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil dispose une cavité qui n'est pas résonnante, il y n a pas des miroirs réfléchissantes. - Le laser produit d'un faisceau ayant seulement une fréquence unique, tandis que le présent dispositif de générateur de faisceau de photons du - 34 - présent nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil peut produire d'un faisceau contenant des fréquences multiples. - Dans le laser une amplification du signal d'entrée est possible par l'inversion de population du milieu tandis que le présent dispositif de générateur de faisceau de photons du présent nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil, l'amplification du signal d'entrée ne peut pas être réalisé parce qu'il n'y a aucune inversion de population, parce que les molécules du milieu du nouveau dispositif de générateur de faisceau de photons sont employées comme un système à deux niveaux. 10 Dans un laser les atomes ou les molécules du milieu sont employés en tant que un système à trois nivaux ou plus le système. - Dans un laser des atomes peuvent être employés dans le milieu pour produire des photons, tandis que dans le présent dispositif de générateur de faisceau de photons du présent nouveau système de transfert d'énergie 15 électrique sans fil, seulement les molécules sont employées pour produire des photons de longueurs d'ondes radio et de micro-ondes, parce que les atomes ne disposent pas des niveaux d'énergies rotationnelles ou vibrationnelles ou rovibrationnelles, donc ne peuvent pas produire des spectres rotationnelles ou vibrationnelles ou rovibrationnelles et en effet ne 20 peuvent pas produire des photons de longueurs d'ondes radio et de micro- ondes. Des atomes peuvent seulement être excités à leurs niveaux d'énergies électroniques. DESCRIPTION DE LA PRESENT DISPOSITIF DE RECEPTEUR DU PRESENT NOUVEAU 25 SYSTEME DE TRANSFERT D'ENERGIE ELECTRIQUE SANS FIL Le nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil consiste aussi un récepteur se composant un dispositif pour capturer et convertir le faisceau de photons en électricité qui est un réseau d'antennes redresseuses 13. Il est composé d'une rangée de modules d'antennes redresseuses, chacune de ces - 35 - modules d'antennes redresseuses consisté en un redresseur à semi-conducteur reliés à une paire d'éléments d'antenne électriquement. La paire d'éléments d'antenne convertissent les photons reçu en l'électricité et fournissent le signal électrique à la redresseur à semi-conducteur. Les modules d'antennes redresseuses sont encore groupés dans les sous-réseaux, chacune de ces sous- réseaux comprenant des modules d'antennes redresseuses qui sont dimensionnés pour recevoir des photons ayant une fréquence particulière. Selon la FIG. 4 une vu agrandie d'une module d'antenne redresseur est montré à l'extrême gauche du HG 4 ou 88 and 87 sont une paire d'éléments d'antenne qui sont configuré dans une forme spirale carré, les bouts de ces éléments d'antenne sont relié un redresseur à semi-conducteur 86. La diode 86 est un redresseur à circuit de pont complet. Il convertit le signal courant alternatif (C.A) du photon dans un signal courant constant (C.C) ainsi produisant l'électricité à courant constant. Les sorties C.0 de ces modules sont connecté en parallèles pour fournir une sortie finale aux terminaux 14. Les paires d'éléments d'antennes utilisées dans ce dispositif sont carrés. Cependant on pourront utiliser aussi les formes corne dipôle, 'bovvtie' ou spirale. LES PRINCIPAUX AVANTAGES DU PRESENT NOUVEAU SYSTEME DE TRANSFERT 20 D'ENERGIE ELECTRIQUE SANS FIL Les principaux avantages du présent nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil au-dessus d'autres systèmes actuels sont 1. Le système peut transférer d'énergie électrique par n'importe quel milieu à condition que la composition du milieu soit connue ; ceci inclut l'eau, ainsi une des 25 applications pourrait être de transmettre l'énergie électrique aux installations sous-marines. -36- 2. Interférence : La transmission utilisant des micro-ondes et des ondes radio peut être influencée par l'interférence provenant du bruit ou rayonnement électromagnétique présent dans le milieu de transmission. Puisque le présent nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil produit un faisceau des s photons, le faisceau est moins sensible à des interférences. - 37 - BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS FIG 1 est une représentation schématique du présent nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil selon l'invention. FIG 2 est une représentation schématique du dispositif de générateur de faisceau de photons du présent nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil selon l'invention où le dispositif de générateur de faisceau de photons est pompé utilisant les ondes électromagnétiques produites par un magnétron. Ce dispositif de générateur de faisceau de photons est la partie centrale de ce système de transfert d'énergie électrique sans fi qui convertit l'énergie électrique en photons. FIG 3 est une représentation schématique du dispositif de générateur de faisceau de photons du présent nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil selon l'invention où le dispositif de générateur de faisceau de photons est pompé utilisant une générateur de radiofréquence. Ce dispositif de générateur de faisceau de photons est la partie centrale de ce système de transfert d'énergie électrique sans fi qui convertit l'énergie électrique en photons. FIG 4 est une représentation schématique du dispositif de récepteur du présent nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil selon l'invention où le dispositif de récepteur est un réseau d'antennes redresseuses utilisé pour capturer et convertir le faisceau de photons en électricité. FIG 5 est une carte qui montre les fenêtres atmosphériques de transmission pour le spectre électromagnétique. FIG 6 est une carte de transmission atmosphérique indiquant les bandes d'absorption principales de l'atmosphère en ce qui concerne le spectre électromagnétique. FIG 7 est un tableau de la composition atmosphérique. - 38 - FIG 8 est un tableau qui montre les différents processus moléculaires et leurs bandes de fréquences qui correspond aux énergies associées aux transitions énergétiques rotationnelles ou vibrationnelles ou rovibrationnelles. FIG 9 est un tableau qui montre la structure moléculaire des constituants atmosphériques principaux qui indiquent la nature de dipôle de la molécule, de ce fait montrant quelles molécules sont capables d'avoir des spectres d'absorption de rotation. FIG 10 est une représentation schématique du présent nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil selon l'invention avec un miroir io supplémentaire inclus dans le chemin optique formé entre le dispositif de générateur de faisceau de photons et le dispositif de récepteur qui est un réseau d'antennes redresseuses. DESSINS - CHIFFRES DE RÉFÉRENCE 15 F101. 1. Système de transfert d'énergie électrique sans fil 2. Dispositif de refroidissement du générateur de faisceau de photons 15 3. Cavité du générateur de faisceau de photons 15 4. Source des ondes électromagnétiques pour le générateur de faisceau de 20 photons 15 5. Passage du guide d'ondes 16 6. Passage du guide d'ondes 17 7. Milieu des molécules dans la cavité 3 du générateur de faisceau de photons 15 8. Capot réfléchissant de focalisation attaché à l'ouverture 12 de la cavité 3 - 39 - 9. Faisceau de photons sortant du générateur de faisceau de photons 15 10. Couverture de guide d'ondes pour le guide d'ondes 16 11. Couverture de guide d'ondes pour le guide d'ondes 17 12. Ouverture de la cavité 3 s 13. Réseau d'antennes redresseuses (Rectenna) 14. Terminaux de sortie du Réseau d'antennes redresseuses (Rectenna) 13 15. Générateur de faisceau de photons FIG 2. 10 25. Générateur de faisceau de photons en détail 29. Milieu des molécules 30. Guide d'ondes 31. Guide d'ondes 32. Passage dans le guide d'ondes 15 33. Passage dans le guide d'ondes 34. Capot réfléchissant de focalisation 35. Couverture de guide d'ondes 36. Couverture de guide d'ondes 37. Ouverture pour la cavité 38 du générateur de faisceau de photons 25 20 38. Cavité du générateur de faisceau de photons 25 39. Dispositif de refroidissement du générateur de faisceau de photons 25 - 40 - 40. Faisceau de photons sortant du générateur de faisceau de photons 25 41. Magnétron pour produire les ondes électromagnétiques qui pompe les molécules du milieu 29 F1G 3. 55. Générateur de faisceau de photons avec le générateur de radiofréquence 60 comme source d'énergie électromagnétique pour exciter le milieu 59 59. Milieu des molécules de la cavité 68 du générateur de faisceau de photons 55 60. Générateur de radiofréquence (RF) pour pomper les molécules du milieu 59 to 61. Terminal de sortie du générateur de radiofréquence (RF) 60 qui se relie à la plaque d'électrode 65 62. Terminal de sortie du générateur de radiofréquence (RF) 60 qui se relie à la plaque d'électrode 66 64. Capot réfléchissant de focalisation attaché à l'ouverture 67 de la cavité 68 15 65. Un de paire de plaques d'électrodes couplé au générateur de radiofréquence (RF) 60 qui produit d'un champ électrique oscillant. 66. Un de paire de plaques d'électrodes couplé au générateur de radiofréquence (RF) 60 qui produit d'un champ électrique oscillant. 67. Ouverture de la cavité 68 du générateur de faisceau de photons 55 20 68. Cavité du générateur de faisceau de photons 55 69. Dispositif de refroidissement pour le générateur de faisceau de photons 55 70. Faisceau de photons sortant du générateur de faisceau de photons 55 - 41 - FIG 4. 80. Sous-réseaux comprenant des modules d'antennes redresseuses qui sont dimensionnés pour recevoir des photons ayant une fréquence particulière 81. Module d'antenne redresseuse, chaque module se composant d'une diode de semi-conducteur couplée à une paire d'éléments d'antenne 82. Sous-réseaux comprenant des modules d'antennes redresseuses qui sont dimensionnés pour recevoir des photons ayant une fréquence particulière 83. Module d'antenne redresseuse, chaque module se composant d'une diode de 10 semi-conducteur couplée à une paire d'éléments d'antenne 84. Sous-réseaux comprenant des modules d'antennes redresseuses qui sont dimensionnés pour recevoir des photons ayant une fréquence particulière 85. Module d'antenne redresseuse, chaque module se composant d'une diode de semi-conducteur couplée à une paire d'éléments d'antenne 15 86. Diode de semi-conducteur couplée à la paire d'éléments 87 et 88 d'antenne. 87. Un de paire d'éléments d'antenne couplés à la diode 86 88. Un de paire d'éléments d'antenne couplés à la diode 86 90. Réseau d'antennes redresseuses (Rectenna) 20 FIG 5. 100. Une carte qui montre les fenêtres atmosphériques de transmission pour le spectre électromagnétique . -42 - FIG 6. 110. Une carte de transmission atmosphérique indiquant les bandes d'absorption principales de l'atmosphère en ce qui concerne le spectre électromagnétique FIG 7. s 120. Un tableau de la composition atmosphérique. FIG 8. 130. Un tableau qui montre les différents processus moléculaires et leurs bandes de fréquences qui correspond aux énergies associées aux transitions énergétiques rotationnelles ou vibrationnelles ou rovibrationnelles. lo FIG 9. 140. Un tableau qui montre la structure moléculaire des constituants atmosphériques principaux qui indiquent la nature de dipôle de la molécule, de ce fait montrant quelles molécules sont capables d'avoir des spectres d'absorption rotationnelle. 15 FIG 10. 150. Une représentation schématique du présent nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil selon l'invention avec un miroir 156 supplémentaire inclus 151. Générateur de faisceau de photons 20 152. Source d'ondes électromagnétiques 153. Guide d'ondes 154. Guide d'ondes 155. Faisceau de photons sortant du générateur de faisceau de photons 151 . -43 - '156. Miroir pour refléter et diriger le faisceau de photons 155. 157. Faisceau de photons reflété incident sur le Réseau d'antennes redresseuses 158. Réseau d'antennes redresseuses (Rectenna) 159. Terminaux de sortie (Courant Constant) C.0 du Réseau d'antennes 5 redresseuses (Rectenna) 158 - 44 - EXEMPLE D'UN MODE DE REALISATION DU PRESENT NOUVEAU SYSTEME DE TRANSFERT D'ENERGIE ELECTRIQUE SANS FIL Construction de la cavité : Selon la FIG 1 la cavité 3 est une chambre cuboïde métallique faite d'acier inoxydable galvanisé. La surface 'intérieur da la cavité 3 est enduite avec un matériel tel que l'émail qui est inerte au milieu des molécules 7, ainsi il signifie qu'il ne réagit pas chimiquement avec le milieu. Le revêtement peut être également matériel comme le verre de quartz obtenu par la fusion de quartz ou de sable. Le corps métallique de la cavité 3 fait la cavité 3 comme une Cage de Faraday à l'envers, de sorte que les ondes électromagnétiques entrant dans la cavité par les guides d'ondes 16 et 17 soient reflétées des murs de la cavité 3 et piégé à l'intérieur de la cavité 3. La surface intérieure de la cavité 3 doit également être capable de refléter les photons émis des molécules. La surface intérieure ou les murs de la cavité 3 devrait également être inertes aux molécules du milieu 7. La cavité 3 peut également avoir une forme cylindrique. La cavité 3 pourrait être couplée à plusieurs guides d'ondes, dans ce système 1 actuellement révélé il y a deux guides d'ondes 16 et 17 selon le FIG I. Les guides d'ondes 16 et 17 guident les ondes électromagnétiques 4 produites par les passages 5 et 6 dans la cavité 3. Sélection d'un milieu : Ici dans ce mode de réalisation du système 1 révélé nous pourrions employer par 25 exemple le protoxyde d'azote comme milieu 7 de la cavité 3 du générateur de faisceau de photons 15. On voit selon la FIG 9 que protoxyde d'azote peut être excité a une fréquence de 25 GHz. Donc tous les dispositifs composants du cette - 45 - système 1 dépendent sur les fréquences d'excitation du milieu doit être dimensionné en conséquence. Source des ondes électromagnétiques : Nous pouvons utiliser un magnétron 41 comme dans FIG 2 qui est construit 5 sur mesure et qui fonctionne à 25 GHz pour pomper le milieu 29. Guides d'ondes : Un guide d'ondes est un tuyau rectangulaire conducteur métallique ou un tuyau circulaire conducteur métallique qui guident les ondes électromagnétiques. Ils propagent des signaux au-dessus d'une certaine fréquence. La limite de 10 fréquence dépend de ses dimensions. Un calcul très approximatif des dimensions exigées pour un guide d'ondes serait de suivre une règle de maintenir la largeur du guide d'ondes dans le même ordre de grandeur de la longueur d'onde du signal traversant. Par conséquent une onde électromagnétique ayant une longueur d'onde de 12,2 cm (approximativement 2,45 gigahertz) exigerait au moins une 15 dimension intérieure plus grande que 6,1 cm. Les guides d'ondes utilisés sont les tuyaux rectangulaires faits d'alliages comme l'aluminium, cuivre, bronze, Invar, acier inoxydable, et d'argent pièces. Un guide d'ondes typique qui fonctionne entre 50 gigahertz et 70 gigahertz est fait d'acier inoxydable et les dimensions intérieures en pouces seraient 0,148 x .074. 20 L'épaisseur de paroi a pu varier de .04 à .01 pouce. Les guides d'ondes et les composants de guide d'ondes sont facilement disponibles sur le marché et pourraient également être fabriqué sur commande. Couvertures de guide d'ondes : 25 Les couvertures 10 et 11 de guide d'ondes sont nécessaires aux entrées des guides d'ondes 16 et 17 dans la cavité 3. Elles empêchent la fuite du milieu 7 - 46 - de la cavité dans les guides d'ondes. Cependant elles permettent des ondes électromagnétiques de traverser le passage. Elles sont généralement construites à partir des feuilles de mica. Ouverture : La cavité 3 possède une ouverture 12 pour permettre aux photons émis par le milieu 7 de passer et son secteur est assez grand pour permettre les photons ayant la plus grande longueur d'onde de passer. Elle également possède une couverture hermétique transparente qui est transparente aux photons mais ne permet pas au milieu 7 de s'échapper hors de la cavité 3. Dispositif de refroidissement : Le refroidissement de la cavité 3 utilisant un système de refroidissement 2 est nécessaire pour maintenir le milieu à une température où la distribution thermique des différents niveaux d'énergies rotationnelle des molécules doit être prise en compte. Le nombre de molécules à un niveau d'énergie rotationnelle dépend de la température du milieu. Il existe une température où le nombre de molécules dans un niveau de d'énergie rotationnelle V est maximum, qui est désiré pour l'efficacité maximum de conversion du générateur de faisceau de photons. Donc, cette température particulière doit être maintenue. On a besoin également pour absorber l'énergie électromagnétique inutilisée. Autant que possible la surface externe entière de la cavité est themliquement reliée au dispositif de refroidissement. Le dispositif de refroidissement peut être un échangeur de chaleur employant l'eau comme milieu d'échange. Le milieu d'échange thermique pourrait être distribué dans un tube en spirale qui entoure l'extérieur de la cavité 3. Dans la FIG 1, le système de refroidissement 2 est représenté comme un simple bloc. - 47 - Construction de réseau d'antennes redresseuses (Rectenna) : Le nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil consiste aussi un récepteur se composant un dispositif pour capturer et convertir le faisceau de photons en électricité qui est un réseau d'antennes redresseuses 13. Il est 5 composé d'une rangée de modules d'antennes redresseuses, chacune de ces modules d'antennes redresseuses consisté en un redresseur à semi-conducteur relié à une paire d'éléments d'antenne électriquement. La paire d'éléments d'antenne convertissent les photons reçu en l'électricité et fournissent le signal électrique à la redresseur à semi-conducteur. Les modules d'antennes 10 redresseuses sont encore groupés dans les sous-réseaux, chacune de ces sous-réseaux comprenant des modules d'antennes redresseuses qui sont dimensionnés pour recevoir des photons ayant une fréquence particulière du faisceau de photons 9 sortant du générateur de faisceau de photons 15 du système 1. 15 FIG 4 montre une vue détaillée du réseau d'antennes redresseuses 13. Selon FIG 4 une vue magnifiée d'un module d'antenne de redresseur est montrée à l'extrême-gauche où 88 et 87 sont des éléments d'antenne qui sont configurés dans une forme d'un spirale carrée, les extrémités dont sont reliés à la diode de semi-conducteur 86. La diode 86 est un circuit de pont redresseur qui convertit le 20 signal à courant alternatif (C.A) du photon en signal de courant constant (C.C), ainsi produisant le courant électrique de courant constant (C.C). Des sorties de courant constant (C.C) de ces modules sont connecté en parallèle pour donner un sortie final sur les terminaux 14. Les paires d'éléments d'antenne utilisés dans cet exemple ont une forme 25 spirale carrée, mais on pourrait également employer des formes telles que le dipôle, le 'bowtie' et la 'spirale'. -48 - Applications industrielles - Le nouveau système de transfert d'énergie électrique sans fil peut transférer l'énergie électrique par n'importe quel milieu de transmission condition que la composition du milieu soit connue ; ceci inclut l'eau, ainsi une des applications pourrait être de transmettre l'énergie électrique aux installations sous-marines. - Énergie solaire : L'énergie récoltés des satellites solaires dans l'espace peut être transmise à la terre par des moyens plus efficaces que d'autres 10 méthodes. -49 - REFERENCES - Efficient wireless: non-radiative mid-range: energy transfer : URL: http://anciv.org/pdf/Physics/0611063 - Wireless energy transfer for stand-alone systems: a comparison between low and high power applicability : URL: http://144.206.159.178/ft/943/42583/770465.pdf - Energy transfer: a spectroscopic ruler. : URL http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC335693/pdf/pnas00678-0323.pdf - Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonances : URL http://www2.Ins.mit.eduffisherp/83.pdf - Energy transfer mechanisms and the molecular exciton model for molecular aggregates : URL http://wwwsrjournalorg/doi/abs/10.2307/3571331 - An electronic transition chemical laser : URL http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=4847296 - G. 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REVENDICATIONS1) Système de transfert d'énergie électrique sans fil, comprenant : un générateur de faisceau de photons qui produit un faisceau de photons; dispositif pour capturer et convertir ledit faisceau de photons en électricité ; ledit générateur de faisceau de photons comprenant : une cavité, ladite cavité équipée d'une ouverture, un milieu contenu dans ladite cavité, ledit milieu se composant de molécules, lesdites molécules étant une collection homogène de molécules, ladite collection homogène de molécules se composant au moins d'un type de molécule, lesdites molécules ayant un moment dipolaire, chacun desdites molécules se composant d'au moins deux atomes, dispositif de pompage, ledit dispositif de pompage étant une source d'ondes électromagnétiques ou un générateur de radiofréquence, ladite source d'ondes électromagnétiques ayant une fréquence ou une bande de fréquences choisie du groupe comprenant le spectre rotationnelles desdites molécules, le spectre vibrationnelles desdites molécules et le spectre rovibrationnelles desdites molécules, ledit générateur de radiofréquence ayant une fréquence ou une bande de fréquences choisi du groupe comprenant le spectre rotationnelles desdites molécules, le spectre vibrationnelles desdites molécules et le spectre rovibrationnelles desdites molécules. 2) Le système selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite source d'ondes électromagnétiques est disposée sur l'extérieur de ladite cavité, où ladite source des ondes électromagnétiques est couplée à ladite cavité par l'intermédiaire d'au moins un guide d'ondes. 3) Le système selon la revendication 1 ou selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit au moins un guide d'ondes est équipé d'une couverture, ladite couverture placée entre ledit au moins un guide d'ondes et ladite cavité, ladite couverture étant transparente à ladite source des ondes électromagnétiques,- 52 - ladite couverture empêchant ledit milieu contenu dans ladite cavité pour échapper dans ledit au moins un guide d'ondes. 4) Le système selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit générateur de radiofréquence est disposé sur l'extérieur de ladite cavité, ledit générateur de 5 radiofréquence étant électriquement couplé à une paire de plaques d'électrodes, ledit paire de plaques d'électrodes disposées sur l'intérieur de ladite cavité. 5) Le système selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite ouverture est équipée de capot de focalisation réfléchissant, ledit capot de focalisation réfléchissant attaché à ladite ouverture sur l'extérieur de ladite cavité. 10 6) Le système selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite ouverture est couverte de matériel transparent, ledit matériel transparent étant transparent aux photons émis par lesdites molécules. 7) Le système selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite ouverture a un diamètre plus grande que la longueur d'onde du photon ayant la plus grande 15 longueur d'onde émis par lesdites molécules afin de permettre aux photons ayant la plus grande longueur d'onde émis par lesdites molécules de passer. 8) Le système selon la revendication 1 caractérisé en ce que la surface intérieure de ladite cavité se reflète pour les photons émis par lesdites molécules. 9) Le système selon la revendication 1 caractérisé en ce que la surface 20 intérieure de ladite cavité se reflète pour les ondes électromagnétiques produites par ladite source des ondes électromagnétiques. 10) Le système selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite cavité est équipée d'un système de refroidissement, ledit système de refroidissement disposé sur la surface externe de ladite cavité. 25 11) Le système selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit dispositif pour capturer et convertir ladite faisceau de photons en électricité est un réseau-53 - d'antennes redresseuses, ledit réseau d'antennes redresseuses étant une rangée de modules d'antennes redresseuses, chacune desdits modules d'antennes redresseuses consiste en un redresseur à semi-conducteur et une paire d'éléments d'antenne reliés audit redresseur à semi-conducteur pour fournir un signal électrique à ledit redresseur à semi-conducteur, lesdits modules d'antennes redresseuses étant encore groupés dans les sous-réseaux , chacune de desdits sous-réseaux comprenant des modules d'antennes redresseuses qui sont dimensionnés pour recevoir des photons ayant une fréquence particulière. 12) Méthode pour transmettre l'énergie électrique sans fil par un milieu de 10 transmission caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : la fourniture d'un générateur de faisceau de photons qui produit un faisceau de photons, ledit générateur de faisceau de photons comprenant une cavité, la fourniture d'une ouverture pour ladite cavité, le choix d'un type de milieu pour être contenu dans ladite cavité, ledit milieu se 15 composant de molécules, lesdites molécules étant une collection homogène de molécules, ladite collection homogène de molécules se composant au moins d'un type de molécules, lesdites molécules ayant un moment dipolaire, chacun desdites molécules se composant d'au moins deux atomes, le remplissage de ladite cavité dudit milieu, 20 la fourniture d'une source d'ondes électromagnétiques ou d'un générateur de radiofréquence comme dispositifs de pompage, ladite source d'ondes électromagnétiques ayant une fréquence ou une bande de fréquences choisie du groupe comprenant le spectre rotationnelles desdites molécules, le spectre vibrationnelles desdites molécules et le spectre rovibrationnelles desdites 25 molécules, ledite générateur de radiofréquence ayant une fréquence ou une bande de fréquences choisie du groupe comprenant le spectre rotationnelles desdites molécules, le spectre vibrationnelles desdites molécules et le spectre rovibrationnelles desdites molécules, la fourniture d'un dispositif pour capturer et convertir ledit faisceau de photons en 3004850 - 54 - électricité, le pompage desdites molécules dudit milieu à leurs niveaux supérieurs d'énergie choisie du groupe comprenant les niveaux supérieurs d'énergies rotationnelles desdites molécules, les niveaux supérieurs d'énergies vibrationnelles desdites 5 molécules et les niveaux supérieurs d'énergies rovibrationnelles desdites molécules, la production dudit faisceau de photons, la focalisation dudit faisceau de photons, la fourniture d'une dispositif pour capturer et convertir ledit faisceau de photons en 10 électricité, la capture et la conversion dudit faisceau de photons en électricité à l'aide dudit dispositif pour capturer et convertir ledit faisceau de photons en électricité. 13) La méthode selon la revendication 12 caractérisé en ce que ladite étape de 15 la fourniture d'une source d'ondes électromagnétiques ou d'un générateur de radiofréquence comme dispositif de pompage se compose de plus d'étapes : sur une condition en laquelle ladite source des ondes électromagnétiques a été fournie comme dispositif de pompage, le placement de ladite source des ondes électromagnétiques sur l'extérieur de 20 ladite cavité, la fourniture d'au moins un guide d'ondes, le couplage de ladite source des ondes électromagnétiques à ladite cavité par l'intermédiaire dudit d'au moins un guide d'ondes, la génération des ondes électromagnétiques depuis ladite source des ondes 25 électromagnétiques, le guidage lesdites ondes électromagnétiques par ledit d'au moins un guide d'ondes.- 55 - 14) La méthode selon la revendication 12 caractérisé en ce que ladite étape de la fourniture d'une source d'ondes électromagnétiques ou d'un générateur de radiofréquence comme dispositif de pompage se compose de plus d'étapes : sur une condition en laquelle ledit générateur de radiofréquence a été fournie comme dispositif de pompage, le placement de ledit générateur de radiofréquence sur l'extérieur de ladite cavité, la fourniture d'une paire de plaques d'électrodes, le placement de ledit paire de plaques d'électrodes sur l'intérieur de ladite cavité, plaçant ledit paire de plaques d'électrodes vis-à-vis l'un l'autre, 10 le couplage électriquement ledit générateur de radiofréquence à ledit paire de plaques d'électrodes, la génération d'un signal de radiofréquence. 15) La méthode selon la revendication 12 caractérisé en ce que ladite étape de la fourniture d'une dispositif pour capturer et convertir ladite faisceau de photons 15 en électricité, se compose plus d'étapes de : la fourniture d'un réseau d'antennes redresseuses, ledit réseau d'antennes redresseuses étant une rangée de modules d'antennes redresseuses, chacun desdits modules d'antennes redresseuses consisté en un redresseur à semiconducteur et une paire d'éléments d'antennes reliés à ledit redresseur à semi- 20 conducteur pour fournir un signal électrique à ledit redresseur à semi-conducteur, lesdits modules d'antennes redresseuses étant encore groupés dans les sous-réseaux, chacun desdites sous-réseaux comprenant des modules d'antennes redresseuses qui sont dimensionnés pour recevoir des photons ayant une fréquence particulière, 25 le placement dudit réseau d'antennes redresseuses contre ledit faisceau de photons. 16) La méthode selon de revendication 12 caractérisé en ce que ladite étape de la fourniture d'une ouverture pour ladite cavité se compose de plus d'étapes de :- 56 - la fourniture d'un capot réfléchissant, ledit capot réfléchissant attaché à ladite ouverture sur l'extérieur de ladite cavité pour focaliser les photons produits par ledit générateur de faisceau de photons. 17) La méthode selon la revendication 12 caractérisé en ce que ladite étape de 5 la choix d'un type de milieu pour être contenu dans ladite cavité se compose de plus d'étapes de : le choix d'une composition moléculaire dudit milieu d'une manière telles qu'au moins une fréquence de la bande des fréquences qui sont choisies du groupe comprenant le spectre rotationnelles desdites molécules, le spectre 10 vibrationnelles desdites molécules et le spectre rovibrationnelles desdites molécules ne sont pas présents dans le spectre d'absorption dudit milieu de transmission. 18) La méthode selon la revendication 12 caractérisé en ce que ladite étape de la capture et la conversion dudit faisceau de photons en électricité à l'aide dudit 15 dispositif pour capturer et convertir ledit faisceau de photons en électricité est précédée par une étape de passer ledit faisceau de photons par un chemin optique se composant d'au moins d'un réflecteur.