Designing a penta-band (0.9, 1.8, 2.4, 3.6, and 5.8 Ghz) RF energy harvesting system
Beş bantlı (0,9, 1,8, 2,4, 3,6 ve 5,8 Ghz) bir RF enerji hasatlama sistemi tasarımı
- Tez No: 966193
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUHAMMET TAHİR GÜNEŞER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 296
Özet
Elektronik teknolojilerdeki ilerlemeleri göz önünde bulundurursak, atmosferde yayınan radyo frekans sinyalleri absorbe ederek ve düşük güçlü uygulamalar için elektrik enerjisine dönüştürme fikri önem kazanmaktadır. Bu sistemler için, bir frekans bandının hasat edilmesi için erişilebilirliği, mühendislik tasarımı bir antenin etkinliği, gelen frekans bandını ayırmak için kullanılan güç bölücü, doğrultucunun karakteristiği ve empedans uyum devresi ile uyumluluğu dahil olmak üzere birçok zorluk ortaya çıkmaktadır. Minyatürize edilmiş, yenilikçi biyomimetik baskılı monopole anten, radyo frekans dağılımı da dahil olmak üzere çeşitli uygulamaları desteklemek için geliştirilmiştir. Bu çalışmada tasarlanan anten, kesilmiş bir zemin düzlemi yaklaşımını kullanarak ultra geniş bant elde edilmekte ve en merkez frekans noktasında 5 dBi kazanç sağlamaktadır. Anten boyutunun küçülmesi, yama geometrisinin yaprak şeklindeki tasarımı nedeniyle orantılı ve kabul edilebilir bir verime ulaşılmıştır. 0.85 ile 6 GHz arasındaki frekanslar için %115.43'lük bir oransal bant genişliğine ve %78 ile %97 arasında bir ışıma verimliliğine sahiptir. Antenin VSWR'si 1'e 1.7 ve bant genişliği 8 GHz'dir. Geniş bant anten, radyo frekansı sinyallerini toplarken, bir güç bölücü bunları bir dizi doğrultucuya dağıtması gerekmektedir. Bunu sağlamak için iki entegre devre kullanılmıştır: EP2RKU+ (2 yollu bölücü) ve EP4RKU+ (4-yollu bölücü). Bu iki entegre devreyi birleştirmek, tek bir antenin her biri farklı frekanslara ayarlanmış beş doğrultucuya besleme yapmasını sağlayan 5 yollu bir güç bölücü oluşturmayı sağlamıştır. (0.9, 1.8, 2.4, 3.6, and 5.8) GHz. Ayrıca, bu tez kapsamında, beş bantlı bir pi empedans eşleme ağı içeren beş bantlı bir Dickson doğrultucusunun oluşturulması ve analizi yapılmıştır. Doğrultucu tasarımı, 0.9, 1.8, 2.4, 3.6 ve 5.8 GHz frekanslarında rezonansları artırmaktadır. Tasarımın sonucunda elde edilen değerler sırasıyla, 900 MHz'de %77.43, 1800 MHz'de %74.84, 2.4 GHz'de %71.96, 3.6 GHz'de %66.68 ve 5.8 GHz'de %40.5'lik pik verimlilik değerleri ve toplam %92.43 verimlilik değerleri elde edilmiştir. Yeni oluşturulan doğrultucu, çeşitli frekans bantlarında ortam radyo frekansı enerjisini verimli bir şekilde toplayabilme yeteneğine sahip olduğundan düşük güçlü enerji hasatlama sistemi için kullanışlı hale getirmektedir. CST Microwave Studio 2024 ve Advanced Design System 2024 kullanarak elde edilen simülasyon sonuçları sayesinde tasarlanan ve üretilen modelin performansını değerlendirildi ve önceki araştırmalarla karşılaştırıldı. Bu tez çalışması ile, mobil haberleşmede kullanılan radyo dalgalarının geniş spektrumda yakalamayı ve enerji hasatlamayı mümkün hale getiren bir bütünsel çözüm üretilmiştir. Önerilen çözümün alt sistemleri tek tek tasarlanmış, üretilmiş, test edilmiş ve performansları literatürdeki diğer çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Anahtar Sözcükler : RF'den DC'ye dönüşüm, RF enerji toplama, Doğrultucu tasarımı, Dickson voltaj doğrultucu, PI Eşleştirme empedansı, Filtre grubu, RF güç bölücü, biyomimetik tasarım, Anten radyasyon deseni ARP, Prototip model, Bilgisayar simülasyon teknolojisi CST, Gelişmiş tasarım sistemi (Reklamlar). Bilim Kodu : 90516
Özet (Çeviri)
Considering the advancements in electronics, it is essential to explore the notion of collecting radio wave frequencies and transforming them into electrical energy for low-power applications. Numerous challenges persist for these systems, including the accessibility of the frequency band for harvesting, the efficacy of the engineered antenna, the power divider utilized for segmenting the incoming frequency band, the nature of the rectifier, and its compatibility with the impedance matching circuit. A miniaturized, innovative bio-inspired printed monopole antenna has been developed to support a diverse array of applications, including radio navigation. The antenna uses a truncated ground plane approach, resulting in an ultra-wideband bandwidth and a gain of 5 dBi at its highest point. The antenna's size reduction is proportional and equitable due to the patch geometry's leaf-shaped design. It has a fractional bandwidth of 115.43% for frequencies between 0.85 and 6 GHz and a radiation efficiency of 78% to 97. The antenna's VSWR is 1 to 1.7, and its ultra-wide bandwidth is 8 GHz. The wideband antenna collects radio frequency signals, which a power divider distributes to a number of rectifiers. We use two integrated circuits (ICs): the EP2RKU+ (2-way divider) and the EP4RKU+ (4-way divider). Combining these two ICs creates a 5-way power divider, enabling a single antenna to feed five rectifiers, each tuned to different frequencies (0.9, 1.8, 2.4, 3.6, 5.8) GHz. In addition, this thesis discusses the creation and assessment of a penta-band Dickson rectifier that incorporates a penta-band pi impedance matching network. The rectifier design enhances resonances at frequencies of 0.9, 1.8, 2.4, 3.6, and 5.8 GHz. The rectifier results achieve peak efficiency values of 77.43% at 900 MHz, 74.84% at 1800 MHz, 71.96% at 2.4 GHz, 66.68% at 3.6 GHz, and 40.5% at 5.8 GHz, and total efficiency values of 92.43%. The newly created rectifier is capable of efficiently harvesting ambient radio frequency energy over a variety of frequency bands, making it useful for a broad variety of low-power solutions. Simulation results obtained using CST Microwave Studio 2024 and Advanced Design System 2024 evaluated the performance of the designed and built model and compared it with previous research. This thesis develops a holistic solution that enables us to capture broad-spectrum radio waves, used in mobile communications and energy harvesting. The subsystems of the proposed solution were individually designed, manufactured, and tested, and their performance was compared with other studies in literature. Key Word : RF-to-DC conversion, RF energy harvesting, Rectifier design, Dickson voltage rectifier, PI matching impedance, Filter bank, RF Power divider, bio-inspired design, antenna radiation pattern ARP, Prototype model, Computer simulation technology CST, Advanced design system (ADS). Science Code : 90516
Benzer Tezler
- 3-aril-1-(4-hidroksifenil)-2-propen-1-on ve 1,5-diaril-penta-1,4-dien-3-on türevi bileşiklerin ve onların aminometil türevlerinin sentezi ve sitotoksik aktivitelerinin değerlendirilmesi
Synthesis and evaluation of the cytotoxic activities of the compounds 3-aryl-1-(4-hydroxyphenyl)-2-propen-1-ones and 1,5-diaryl-penta-1,4-dien-3-ones and their aminomethyl derivatives
KADİR ÖZDEN YERDELEN
Doktora
Türkçe
2009
Eczacılık ve FarmakolojiAtatürk ÜniversitesiFarmasötik Kimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİSE İNCİ GÜL
- Emaye kaplı parçalarda yapışmazlık özelliğinin geliştirilmesi
Improvement of non-stick feature on enamel coated parts
TUĞÇE NAZLI KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYSUN AYDAY
- Designing of an organic rankine cycle power plant by using low enthalpy geothermal resources
Düşük entalpili jeotermal kaynakları kullanarak organik rankine çevrimi elektrik santrali tasarımı
MURAT KARADAŞ
Doktora
İngilizce
2022
EnerjiAydın Adnan Menderes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUNUS ÇERÇİ
- Çok parçalı sac konstrüksiyonlarda kümülatif ölçü sapmalarının ölçme ve analizlere dayalı olarak belirlenmesi ve bir algoritma geliştirilmesi
Determining of cumulative dimension deviations in multi – part sheet metal constructions by means of measurements and analyses and development of an algorithm
CEM YURCİ
Doktora
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ANIL AKDOĞAN
PROF. DR. M. NUMAN DURAKBAŞA