Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2024 - zeszyt 10

Prototyp metamateriałowego systemu harwestera mikrofalowego

Prototype of a metamaterial microwave harvesting system

10.15199/48.2024.10.55

nr katalogowy: 150781
10.15199/48.2024.10.55

Streszczenie

W artykule przedstawiono weryfikację potencjału autorskiej macierzy metamateriałowej (MM) stanowiącej część większego systemu harwestera promieniowania elektromagnetycznego (EM) do pozyskiwania energii EM z otoczenia w zakresie częstotliwości mikrofalowych. Motywacją do podjęcia tej tematyki jest szybki rozwój małych przenośnych urządzeń elektronicznych o małym zapotrzebowaniu energetycznym. Głównym celem pracy jest ocena efektywności energetycznej systemu prototypu harwestera EM składającego się z autorskiej macierzy MM i konwertera RF/DC. Zadaniem konwertera RF/DC jest przetwarzanie energii EM pozyskanej z otoczenia przez macierz MM na energię elektryczną. Działanie prototypu harwestera EM zostało zweryfikowane eksperymentalnie. Oceniono efektywność prototypu i jego potencjalne zastosowanie w technologii pozyskiwania energii z otoczenia. Efektywność pozyskiwania energii EM prototypu wyniosła ok. 50% przy częstotliwości mikrofalowej ok. 2,6 GHz. Otrzymane wyniki potwierdziły możliwości aplikacyjne zaproponowanego prototypu harwestera EM

Abstract

This work verified the potential of an original metamaterial (MM) array as part of an electromagnetic radiation (EM) harvesting system for EM energy capturing in the microwave frequency range from the environment. The motivation for this research is the rapid development of small portable electronic devices with low energy demand. The main goal of the research is evaluation the effectiveness of the prototype EM harvester system, which consists of the original MM array and an RF/DC converter. The task of the RF/DC converter is to convert the EM energy harvested from the environment by the MM array into electrical energy. The operation of the EM harvester prototype was experimentally verified. The efficiency of the prototype and its potential application in the energy harvesting technology were evaluated. The energy harvesting efficiency of the prototype EM was approximately 50% at a microwave frequency around 2.6 GHz. The obtained results showed the attractiveness of the proposed EM harvester prototype

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Capolino, F. Applications of metamaterials. CRC press, 2009
[2] Mendhe, S. E.; Kosta, Y. P. Metamaterial properties and applications. International Journal of Information Technology and Knowledge Management, (2011), 4(1), 85-89
[3] Chandrasekaran, K. T.; Agarwal, K.; Alphones, A.; Mittra, R.; Karim, M. F. Compact dual-band metamaterial-based highefficiency rectenna: An application for ambient electromagnetic energy harvesting. IEEE Antennas and Propagation Magazine, (2020), 62(3), 18-29
[4] Hu, W.; Yang, Z.; Zhao, F.; Wen, G.; Li, J.; Huang, Y.; Inserra, D.; Chen, Z. Low-cost air gap metasurface structure for high absorption efficiency energy harvesting. Int. J. Antennas Propag., (2019), 1727619
[5] Ghaneizadeh, A.; Mafinezhad, K.; Joodaki, M. Design and fabrication of a 2D-isotropic flexible ultra-thin metasurface for ambient electromagnetic energy harvesting. AIP Adv., (2019), 9, 025304
[6] Almoneef, T.S.; Erkmen, F.; Ramahi, O. Harvesting the energy of multi-polarized electromagnetic waves. Sci. Rep., (2017), 7, 14656
[7] Singh G.; Marwaha A., A review of metamaterials and its applications. Int. J. Eng. Trends Technol., (2015), vol. 14, 305– 310
[8] Falkenstein, E.; Roberg, M.; Popovic, Z. Low-Power Wireless Power Delivery. IEEE Trans. Microw. Theory Tech., (2012), 60, 2277–2286
[9] Oliveri, G.; Werner, D.H.; Massa, A. Reconfigurable electromagnetics through metamaterials – A review. Proceedings of the IEEE, (2015), 103 (7): 1034-56
[10] Pendry, J.B. Negative refraction makes a perfect lens. Phys. Rev. Lett., (2000), 85, 3966
[11] Tran, L.G.; Cha, H.K.; Park, W.T. RF power harvesting: A review on designing methodologies and applications. Micro Nano Syst.Lett., (2017), 5, 1–16
[12] Aldhaeebi, M.A.; Almoneef, T.S. Planar dual polarized metasurface array for microwave energy harvesting. Electronics, (2020), 9, 1985
[13] Amer, A.G.; Othman, N.; Sapuan, S.Z.; Alphones, A.; Salem, A.A. High-efficiency electromagnetic energy harvesting using double-elliptical metasurface resonators. PLoS ONE, (2023), 18, e0291354
[14] Sim, M.S.; You, K.Y.; Esa, F.; Hamid, F. Metamaterials and Metasurfaces for Radio-Frequency Energy Harvesting Applications. In Metamaterial Technology and Intelligent Metasurfaces for Wireless Communication Systems; IGI Global: Hershey, PA, USA, (2023), 270–296
[15] Zhong, H.-T.; Yang, X.-X.; Song, X.-T.; Guo, Z.-Y.; Yu, F.Wideband metamaterial array with polarization-independent and wide incident angle for harvesting ambient electromagnetic energy and wireless power transfer. Appl. Phys. Lett., (2017), 111, 213902
[16] Zhu, N.; Ziolkowski, R.W.; Xin, H. A metamaterial-inspired, electrically small rectenna for high-efficiency, low power harvesting and scavenging at the global positioning system L1 frequency. Appl. Phys. Lett., (2011), 99, 114101
[17] Alavikia, B.; Almoneef, T.S.; Ramahi, O.M. Complementary split ring resonator arrays for electromagnetic energy harvesting. Appl. Phys. Lett., (2015), 107, 1–6
[18] Khan, D.; Basim, M.; Shehzad, K.; Ain, Q. U.; Verma, D.; Asif, M.; Lee, K. Y. A 2.45 GHZ high efficiency CMOS RF energy harvester with adaptive path control. Electronics, (2020), 9(7), 1107
[19] Basim, M.; ul Ain, Q.; Shehzad, K.; Shah, S. A. A.; Ali, A.; Jang, B.;Lee, K. Y. A comprehensive review on high-efficiency RFDC converter for energy harvesting applications. Journal of Semiconductor Technology and Science, (2022), 22(5), 304- 325
[20] Budnarowska, M.; Rafalski, S.; Mizeraczyk, J. Vector-Field Visualization of the Total Reflection of the EM Wave by an SRR Structure at the Magnetic Resonance. Energies, (2021) 15(1), 111
[21] Budnarowska, M.; Mizeraczyk, J.; Studański, R.; Bisewski, D. Simulation studies of the electromagnetic properties of a planar metamaterial SRR-dielectric substrate structure in the microwave range. Przegląd elektrotechniczny, (2019), 10, 166- 168
[22] Mizeraczyk, J.; Budnarowska, M. Microwave Metamaterial Absorber with Radio Frequency/Direct Current Converter for Electromagnetic Harvesting System. Electronics, (2024),13(5), 833
[23] Budnarowska, M.; Mizeraczyk, J. Symulacyjne i eksperymentalne badania właściwości elektromagnetycznych planarnej macierzy metamateriałowej w zakresie mikrofalowym. Przegląd Elektrotechniczny, (2022), 98

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2024-10 , nr katalogowy 150781 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2024-10 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	85.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2024-10

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma