Revision: An Open-loop Double-Carrier Simultaneous Wireless Power and Data Transfer System

 Un sistema SWPDT de Enlace inductivo, se enrollan bobinas espirales huecas hechas de alambre Litz, con amplificador de potencia convencional Clase E , basado en la compensación LCC con doble portadora y circuito abierto, de doble cara e inyección/extracción paralela de transmisión de datos, su conmutacion permite variar frecuencias de resonancia. Transmite 44 mW en cargas resistivas de 750 $\Omega$. a frecuencias portadoras de 1,93 MHz y 1,44 MHz, con eficiencias del 38,3\% y 41,3\% 

— En este artículo se presenta un sistema inalámbrico simultáneo de transferencia de energía y datos con doble portadora y circuito abierto. 

Mensiona de Los métodos de telemetría hacia atrás (BT) se han investigado

A. Amplificador de potencia

amplificador de potencia convencional Clase E 

Enlace inductivo, se enrollan bobinas espirales huecas hechas de alambre Litz 

para reducir el factor de acoplamiento entre las dos bobinas externas (que también son coaxiales), el radio de una de las bobinas externas es mucho menor que el de la otra

El rectificador de diodo de onda completa de baja caída se utiliza para convertir el voltaje de CA en energía de CC. Cuanto menor sea la caída de voltaje en los diodos rectificadores, más eficiente será el rectificador y, a su vez, el sistema en gener

Usos

microsistemas biomédicos implantables, Internet de las cosas (IoT). 

MAteriales

microcontrolador y los condensadores (de alta Q) q

Funcionamiento

En el sistema propuesto, la comunicación de datos de enlace ascendente (desde el implante al exterior del cuerpo) se implementa mediante la conmutación de un condensador en el sitio del implante. Esta conmutación da como resultado el cambio de la frecuencia de resonancia entre dos frecuencias diferentes durante diferentes períodos de tiempo. 

Para mantener casi constantes la eficiencia de transferencia de energía (PTE) y la energía entregada a la carga (PDL), se emplean dos transmisores de energía externos, cada uno trabajando en su propia frecuencia distinta. Se evita la unidad de control de circuito cerrado, que se utiliza comúnmente para sincronizar la sincronización entre el transmisor y el receptor, para mejorar el rendimiento general, incluida la velocidad de datos y la eficiencia, y para reducir la complejidad del sistema

 La modulación LSK propuesta que utiliza la conmutación de capacitores proporciona una comunicación rápida y una transmisión de potencia inalámbrica eficiente

Circuito equivalente para la telemetría de datos y potencia propuesta.

Implementación esquemática y de circuito del sistema propuesto

Para implementar un sistema de telemetría de potencia eficiente, el acoplamiento mutuo entre las bobinas del transmisor y del receptor debe ser fuerte [ por tanto, son coaxiales

el factor de acoplamiento entre las dos bobinas externas debería ser pequeño. Si el factor de acoplamiento entre las dos bobinas externas es fuerte, la corriente inducida causada por el transmisor fuera de banda degrada la eficiencia energética

Parametros

Este sistema transmite 44 Ω a una carga resistiva de 750 Ω sobre las frecuencias portadoras de 1,93 MHz y 1,44 MHz.

 La eficiencia de la transmisión de potencia a través de PTX#1 y PTX#2 es del 38,3% y del 41,3%, respectivamente

ia, en este trabajo se utilizan las frecuencias portadoras de 1,93 MHz y 1,44 MH

La forma de onda superio on proporcionales a la corriente del estrangulador en PA1 para velocidades de datos hacia atrás de 20 kb/s y 50 kb/s, 

Mientras un transmisor está en resonancia con el receptor, una gran cantidad de corriente fluye a través de su inductor de PA (40 mA para una velocidad de datos de 20 kb/s). Cuando el receptor cambia a la otra frecuencia resonante, la corriente del inductor desafinado del transmisor disminuye bruscamente en un 77% (a 9 mA para una velocidad de datos de 20 kb/s). Esta señal también se puede utilizar para la detección de datos hacia atrás

 Este sistema transmite 44 cargas resistivas de 750 Ω sobre las frecuencias portadoras de 1,93 MHz y 1,44 MHz. La eficiencia de la transmisión de energía a través de PTX#1 y PTX#2 es 38,3% y 41,3%, respectivamente

Aporte

. En el enfoque propuesto, al eliminar la unidad de control externa y reducir el retardo asociado, se mejora la tasa de datos de retrotelemetría. La tasa de datos se puede mejorar aún más si se utilizan frecuencias portadoras más altas o estranguladores más pequeños. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la corriente de estrangulamiento distinta de cero del sistema propuesto en el modo apagado degradaría la eficiencia general, y se debe minimizar esta corriente. 

Bibliografia

[1] M. Najjarzadegan, E. H. Hafshejani, and S. Mirabbasi, “An Open-loop Double-Carrier Simultaneous Wireless Power and Data Transfer System,” 2019, [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/332413578

Revision: Resistive Matching using an AC Boost Converter for Efficient Ultrasonic Wireless Power Transfer

Se presenta un diseño que combina un receptor piezoeléctrico HSMS282X y un circuito de conversión de energía con un convertidor elevador, transformando el voltaje de CA en un voltaje de onda cuadrada modulada por ancho de pulso. El receptor piezoeléctrico de PZT4 tiene una eficiencia máxima de 74 \% en 1 mW .

 potencia eléctrica máxima disponible es de 8,71 mW. 

l inductor real tiene una inductancia de 100 µH, una frecuencia de autorresonancia típica de 13 MHz ( fsw), una resistencia CC máxima de 12,25 Ω y un volumen de 2,3 mm3 (Coilcraft XFL2006-104ME). Dos transistores NMOS, compuestos por 3 dispositivos paralelos de 500 nm × 20 µm, que funcionan como un interruptor bidireccional, están diseñados con una tecnología estándar de 500 n

El método de refuerzo de CA es el más eficiente para todo el rango de potencia; alrededor de Pload = 1 mW, la eficiencia es del 74 % y cae al 22 % para Pload = 0,01 mW. Para Pload = 2 mW, el método estándar también tiene una eficiencia del 74 %, pero para diferentes niveles de potencia, la eficiencia es mucho menor; para Pload = 0,1 mW, la eficiencia ya ha caído al 23 %. El método de frecuencia variable es tan eficiente como el método de refuerzo de CA desde Pload = 0,01 mW hasta Pload = 0,1 mW, pero para niveles de potencia más altos, la eficiencia es menor que la del método de refuerzo de CA.

Presenta un método para aumentar la conversión de potencia de los receptores ultrasónicos en dispositivos médicos implantables. 

LA WPT en los equipos medicos En los dispositivos médicos implantables (IMD)

PROPIEDADES MATERIALES DE UN ELEMENTO PZT4

DISEÑO DE AC BOOST: EMULACIÓN DE RESISTENCIA

Materiales

 El rectificador es un rectificador de RF Schottky (Avago HSMS282X)

Aporte

Para obtener la máxima transferencia de potencia, se requiere una adaptación conjugada compleja perfecta entre el receptor piezoeléctrico y el circuito de conversión de potencia. 

Funcionamiento

Un convertidor elevador delante del rectificador permite una adaptación resistiva casi perfecta. El convertidor elevador transforma el voltaje de CA en un voltaje de onda cuadrada modulado por ancho de pulso. Esto ahorra una transformación de impedancia adicional entre el receptor y el rectificador

Se requiere un rectificador entre el receptor piezoeléctrico y el elemento de almacenamiento, y

Estructura

Fig. 2. Diagrama de bloques general de transferencia de energía inalámbrica ultrasónica a un elemento de almacenamiento de energía.

Diagramas de bloques de los tres métodos basados en el diagrama de bloques general de la Fig. 2. Método estándar: sin transformaciones de impedancia extra. ZF 1.5 MRayls ZB 400 Rayls Fig. 2. Diagrama de bloques general de transferencia de energía inalámbrica ultrasónica a un elemento de almacenamiento de energía. en Método de variación de frecuencia: varía a través de la banda inductiva con bancos de capacitores sintonizables y un convertidor elevador de CC. Método de refuerzo de CA: con un convertidor de refuerzo de CA que funciona como emulación de resistencia.

Para obtener la máxima transferencia de potencia en la alimentación inalámbrica ultrasónica de IMD, 

 se necesitan dos transformaciones de impedancia, una en el lado del receptor del rectificador y otra en el lado de almacenamiento del rectificador. El método estándar sin transformaciones de impedancia agregadas es el menos eficiente, como se esperaba.

 El método de frecuencia variable con bancos de condensadores sintonizables, es más eficiente pero se requieren bancos de condensadores totalmente sintonizables, se necesita comunicación continua, que tiene un retraso y consume energía, y se producen pérdidas adicionales tanto en el tejido como en el receptor. .

El método de refuerzo de CA con un convertidor elevador en el lado de CA,  permite la adaptación de impedancia resistiva en un amplio rango de potencia de salida y tiene la mayor eficiencia energética. Solo requiere una transformación de impedancia, a saber, el convertidor elevador.

El método propuesto se puede mejorar aún más haciendo un diseño de CI completo de este concepto. El rectificador podría estar hecho de componentes activos y sincronizado con el interruptor elevador. El control también se podría mejorar implementando una estimación de energía para que el interruptor solo se cierre cuando el inductor tenga suficiente energía para superar el voltaje de encendido del rectificador y cargar el elemento de almacenamiento.

 El rectificador es un rectificador de RF Schottky (Avago HSMS282X). Suponemos un condensador como elemento de almacenamie

PArametros

 El receptor piezoeléctrico está fabricado de PZT4, tiene una frecuencia de resonancia de 987 kHz con una eficiencia de conversión de energía de 1,0, tiene un grosor de 1,5 mm y un ancho y largo de 1,1 mm. La potencia eléctrica máxima disponible es de 8,71 mW. 

l inductor real tiene una inductancia de 100 µH, una frecuencia de autorresonancia típica de 13 MHz ( fsw), una resistencia CC máxima de 12,25 Ω y un volumen de 2,3 mm3 (Coilcraft XFL2006-104ME). Dos transistores NMOS, compuestos por 3 dispositivos paralelos de 500 nm × 20 µm, que funcionan como un interruptor bidireccional, están diseñados con una tecnología estándar de 500 n

El método de refuerzo de CA es el más eficiente para todo el rango de potencia; alrededor de Pload = 1 mW, la eficiencia es del 74 % y cae al 22 % para Pload = 0,01 mW. Para Pload = 2 mW, el método estándar también tiene una eficiencia del 74 %, pero para diferentes niveles de potencia, la eficiencia es mucho menor; para Pload = 0,1 mW, la eficiencia ya ha caído al 23 %. El método de frecuencia variable es tan eficiente como el método de refuerzo de CA desde Pload = 0,01 mW hasta Pload = 0,1 mW, pero para niveles de potencia más altos, la eficiencia es menor que la del método de refuerzo de CA.

Bibliografia

[1] M. Bisschop and W. Serdijn, “Resistive Matching using an AC Boost Converter for Efficient Ultrasonic Wireless Power Transfer,” 2019 IEEE Wireless Power Transfer Conference (WPTC), pp. 620–623, 2019.

experiments and modeling of 5.8GHz microwave wireless power transfer with multiple antennas

El sistema WPT de ondas EM con múltiples antenas utiliza un transmisor de múltiples placas de matriz en fase de 16 vías combinadas para implementar un sistema de 64 vías y un receptor en una matriz en fase de 16 vías para 5,8 GHz.  Puede controlar la fase y los estados de encendido/apagado, cada ruta de RF tiene un interruptor de RF (QPC6014), un desfasador ( FIMC1133LP5E) y un registro de desplazamiento (SN74FIC595B)

. El interruptor de RF permite los estados de encendido/apagado de cada ruta y el desfasador proporciona 360 grados de cobertura de fase, con un bit menos significativo (LSB) de 5,625 grados.

Mensiona la WPT basada en electro la onda electromagnética, Problema de la RFWPT es la alta atenuación de la onda EM,

cuanto mayor sea la frecuencia, mayores serán las pérdidas

proporcionamos un estudio experimental sobre el sistema de transferencia de energía inalámbrica (WPT) de ondas EM de múltiples antenas a múltiples antenas.

vestigamos una tecnología de enfoque de haz basada en el método de descomposición de valores singulares con valores de parámetros S medidos

Derivación de impedancia en puertos de antenas múltiples

MAtematicas

Hemos construido un prototipo de banco de pruebas de sistema WPT de múltiples antenas a múltiples antenas para la frecuencia de 5,8 GHz,  modelo de sistema de WPT de microondas de 5,8 GHz con múltiples antenas. 

Concepto de sistema de transferencia de energía inalámbrica multiantena a multiantena

Materiales

 interruptor de RF (Qorvo QPC6014)

desfasador (Analog Devices FIMC1133LP5E)

Registro de desplazamiento (Texas Instruments SN74FIC595B)

analizador de red (Anritsu MS46122).

Aporte

Sus sistema tiene multiples antenas

Con la antena CP en lugar de la antena polarizada linealmente (LP), podemos hacer una mejora importante para la alineación entre las partes del transmisor y el receptor.

Usos mencionados

como el suministro de energía a dispositivos de Internet de las cosas (IoT).

la antena CP puede transmitir y recibir señales incluso aunque no estén perfectamente alineadas

Estructura

Arquitectura de hardware del circuito de matriz en fase []

 Hemos construido un prototipo de transmisor y receptor con antenas de matriz en fase que es capaz de controlar la fase y los estados de encendido/apagado para cada ruta

Como una forma de optimizar la eficiencia de transferencia, hemos desarrollado un algoritmo basado en el método de descomposición en valores singulares ajustados (SVD) con valores de parámetros S medidos de patrones de entrenamiento diseñado

Hemos fabricado una placa de circuito de matriz en fase de 16 vías que emite 16 señales de RF con estados de fase y encendido/apagado controlables

divisor de potencia Wilkinson utilizando el sistema de diseño avanzado (ADS) y verificamos el rendimiento con las simulaciones agotadas. Cada ruta de RF tiene un interruptor de RF (Qorvo QPC6014), un desfasador (Analog Devices FIMC1133LP5E) y un registro de desplazamiento (Texas Instruments SN74FIC595B)

. El interruptor de RF permite los estados de encendido/apagado de cada ruta y el desfasador proporciona 360 grados de cobertura de fase, con un bit menos significativo (LSB) de 5,625 grados. El interruptor de RF y el desfasador están todos controlados digitalmente por un chip de registro de desplazamiento.

Placa fabricada: (a) Placa de circuito de matriz en fase

(b) Placa de matriz de antena polarizada circularmente

diseñado la antena de parche de microbanda polarizada circularmente (CP) para la frecuencia de 5,8 GHz utilizando CST Studio Suite.

PArametros

La frecuencia para el WPT de RF es de 5,8 GFIz y los componentes de hardware están diseñados para funcionar en esa frecuencia

Resultados del control de fase de la placa de circuito de matriz en fase

Bibliografia

J. H. Park, D. In Kim, and K. W. Choi, “Experiments and modeling of 5.8GHz microwave wireless power transfer with multiple antennas,” in 2020 IEEE Wireless Power Transfer Conference, WPTC 2020, Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., Nov. 2020, pp. 115–118. doi: 10.1109/WPTC48563.2020.9295530.

Revision: ESTUDIO DE UN CARGADOR INALAMBRICO ´ SAE J-2954 ANTE DESALINEAMIENTOS

Tras analizar las inductancias, el sistema logra una eficiencia de carga de hasta un 0.984 \%, probado en el estándar SAE J-2954 con topología Serie-Serie. Utiliza condensadores de polipropileno y bobinas con hilo de Litz, compensados con condensadores de polipropileno, finalizando con un rectificador de puente completo 

La carga inalambrica magnetica resonantes puede alcanzar valores superiores al 95%, sensible al desalineamiento entre bobinas

Este art´ıculo estudia de forma emp´ırica como la variaci ´ on de las autoinductancias y las resistencias de ´ las bobinas tambien repercute en la eficiencia

Analisis de como afectan las conficiones en la eficiencia del cargador : autoinductancias y de las resistencias internas de las bobinas (ademas de la inductancia mutua)

La WPT y sus tipos

En la Seccion II se ´ presenta el modelado del cargador inalambrico y c ´ omo se ´ derivan las prestaciones del mismo. 

En la Seccion III se ´ describe el prototipo empleado donde se ha comprobado el efecto de la variacion de las auto-inductancias.

 La Secci ´ on IV ´ aborda el analisis del cambio que provoca estas variaciones ´ en la eficiencia de la transferencia de potencia. 

Por ultimo, la ´ Seccion V muestra las principales conclusiones del art ´ ´ıculo

Matematicas de resistencia, Voltaje e impedancia

Para lograr que la impedancia de entrada sea puramente resistiva

eficiencia

Usos

Vehículos Electricos. 

Materiales

 condensadores de pel´ıcula de polipropileno

hilo de Litz

el medidor LCR HM812,

funcionamiento

      la bobina secundaria concatena ´ un campo magnetico variable que induce en sus terminales ´ una tension, que depende de la variaci ´ on de dicho campo ´ magnetico

la norma SAE J2954 define las prestaciones que se deben alcanzar incluso cuando ocurre el desalineamiento. En concreto, especifica que el eje X contara con una tolerancia de ´ ±75 mm, inferior a la tolerancia del eje Y, donde se propone un valor de ±100 mm. En cuanto al eje Z, se determinara´ acorde con cada tipo de cargador WPT, respetando que la diferencia entre el valor nominal de Z y la variacion de ´ posicion del punto inferior del espacio de separaci ´ on, debe ´ ser mayor que la diferencia entre el valor nominal de Z y la variacion de la posici ´ on superior del espacio de separaci ´ on.

 En el proceso, le corriente de la ´ red se rectifica para despues ser convertida a alterna de alta ´ frecuencia mediante un inversor de tipo puente completo (i). 

La corriente alterna circula por el sistema de compensacion, ´ compuesto por condensadores de pel´ıcula de polipropileno (ii),

 y la bobina primaria, fabricada utilizando hilo de Litz (iii).

 El campo magnetico generado por la bobina primaria atraviesa la ´ bobina secundaria, en la que se induce una tension de la misma ´ frecuencia. Esta bobina tambien va acompa ´ nada de un sistema ˜ de compensacion compuesto tambi ´ en por condensadores de ´ polipropileno (iv).

 La corriente de alta frecuencia es rectificada mediante un rectificador de puente completo (v), obteniendo de este modo la corriente continua utilizada por las bater´ıas de litio.

Parametros 

SAE J2954, el rango de frecuencias contemplado se centra en 85 kHz

estrcutura

estructuras resonantes conectadas tanto a la bobina primaria como secundaria

siendo la topolog´ıa Serie-Serie

El cargador inalambrico en estudio se dise ´ na con una ˜ topolog´ıa Serie-Serie, que tiene un desempeno aceptable ante ˜ el desalineamiento de bobinas a un bajo coste, 

se observa que ´ la eficiencia puede cambiar hasta un 1.5 %

Bibliografia

[50] J. C. Quirós, A. Triviño, and J. M. González-González, “ESTUDIO DE UN CARGADOR INALAMBRICO SAE J-2954 ANTE DESALINEAMIENTOS.”

Revision: Efficient Rectifier for Wireless Power Transmission Systems

Describe un rectificador de puente completo y un conjunto de antenas receptoras para WPT, un transmisor de alta potencia, alcanza eficiencias del 86\% y 75\% a 350 mW para 50 cm en 1,7 GHz y 2,4 GHz, respectivamente 

Describe un rectificador de puente completo y un conjunto de antenas receptoras para su funcionamiento en un (WPT). 

 demostración de un sistema de seguimiento de haz de alta potencia para escenarios WPT, que es diferente de los esquemas de acoplamiento de campo cercano

diseño del rectificador, sus mediciones de laboratorio y el funcionamiento en un sistema de microondas de seguimiento automático retrodireccional de este tipo

enfoque novedoso basado en señales de entrada multitono en fase para mejorar la eficiencia del rectificador.

La transferencia o transmisión de energía inalambrica (WPT)

Parametros

  El rectificador mide 4,5 cm por 2 cm y puede ofrecer una eficiencia de rectificación de RF a CC superior al 86 % y al 75 % a 27 dBm para una señal de entrada a 1,7 GHz y 2,4 GHz, respectivamente.

Materiales

usos

cargar de forma inalámbrica las baterías de dispositivos electrónicos domésticos, como teléfonos inteligentes, tabletas o dispositivos IoT.

Funcionamiento

 transmisor de alta potencia que utiliza ondas de espacio libre polarizadas circularmente y que se basa en la tecnología de conjunto de antenas retrodireccionales para aumentar la potencia total de RF recibida en la entrada de la rectenna.

 . También se desarrolla un Este componente del circuito rectificador también se puede utilizar en otras aplicaciones de comunicación o sistemas WPT. Por ejemplo, para convertir en CC las señales de RF recibidas o la potencia en el campo cercano y lejano radiante.

un sistema WPT utilizando ondas de espacio libre de un módulo transmisor para rectificar la potencia de RF 

 la batería del DUC podría cargarse continuamente cuando se encuentra cerca del MTS desarrollado. Esto puede soportar un funcionamiento ininterrumpido y menos intervenciones de reemplazo y carga de la batería para teléfonos inteligentes o dispositivos IoT, 

 Los valores de CC convertidos en el campo cercano son superiores a 24,7 dBm. Además, las simulaciones y mediciones muestran una buena concordancia para el rectificador en términos de eficiencias de conversión de RF a CC y mínimas ondulaciones de corriente y voltaje de CC, al tiempo que se considera un rango de niveles de potencia, tipos de carga de batería y frecuencias de entrada. Esto hace que el circuito rectificador activo sea adecuado para muchas aplicaciones que requieren WPT, como teléfonos inteligentes, dispositivos IoT, dispositivos portátiles y otros dispositivos electrónicos domésticos. El trabajo futuro puede incluir el diseño de un nuevo RDA de banda dual y otros sistemas de transmisión dinámica para aplicaciones WPT, al tiempo que se consideran las comunicaciones de datos. Esto puede mejorar la capacidad de carga de DUC móvil y las características operativas del MTS.

estructura

Configuración de medición del rectificador de banco. 

bibliografia

[1] S. A. Rotenberg, S. K. Podilchak, P. D. H. Re, C. Mateo-Segura, G. Goussetis, and J. Lee, “Efficient Rectifier for Wireless Power Transmission Systems,” IEEE Trans Microw Theory Tech, vol. 68, no. 5, pp. 1921–1932, May 2020, doi: 10.1109/TMTT.2020.2968055.

Revision: Dynamic Wireless Power Transfer for Cos tEffective Wireless Sensor Networks Using Frequency-Scanned Beaming

Este diseño WPT con escaneo de frecuencia para redes de sensores inalámbricos (WSN) incluye una rejilla de sensores de 5 × 5 y una antena directiva de onda de fuga, que escanea una potencia de RF de salida de 1 W entre 2,4 GHz y 2,5 GHz para alimentar una WSN basada en IEEE 802.15.4 con 25 nodos repartidos en un área de 1,2 m × 1,2 m, utilizando sus 16 canales en la banda de 2,4 GHz.

• Estructura del sistema: Los sistemas WPT suelen consistir en rectennas compuestas por antenas y rectificadores para recolectar energía electromagnética y suministrar energía a los sensores inalámbricos. Las antenas capturan la energía electromagnética ambiental, mientras que los rectificadores la convierten en corriente continua para dispositivos electrónicos [1].

• Fases de operación: El sistema funciona capturando la energía electromagnética ambiental a través de antenas, convirtiéndola en señales de RF guiadas y, a continuación, rectificando estas señales en corriente continua para activar los convertidores amplificadores de CC a CC y suministrar energía a los sensores [1].

• Hardware clave: Los componentes de hardware más destacados incluyen antenas para la captura de energía, rectificadores para la conversión de RF a CC y dispositivos no lineales como diodos Schottky o transistores para rectificar señales de baja potencia [1].

• Parámetros logrados: los sistemas WPT tienen como objetivo maximizar la eficiencia de radiación de las antenas, optimizar el tamaño de las antenas para integrarlas en sistemas modernos y mejorar la eficiencia de conversión de RF a DC. Parámetros como la tensión de corriente continua, la alimentación de corriente continua y la eficiencia de conversión de RF a corriente continua son parámetros clave para el rendimiento del sistema [1].

• Información de diseño relevante: Entre las consideraciones de diseño se incluyen maximizar la eficiencia de la radiación de la antena, minimizar el tamaño de la antena, seleccionar los dispositivos no lineales adecuados para la rectificación e implementar circuitos y filtros de paso de banda compatibles para evitar armónicos no deseados y maximizar la transferencia de energía [1].

} Se propone un método simple adaptativo de escaneo de frecuencia 1-D para sistemas de transferencia de energía inalámbrica radiativa (WPT) en redes de sensores inalámbricos (WSN) de baja potencia. 

utilizando una antena explorada en frecuencia, se puede alimentar un área más amplia que utilizando una antena directiva no explorada sin necesidad de equipos costosos adicionales.

cualquier sensor en la WSN puede seleccionar el canal de transmisión óptimo en la banda de 2,4 GHz

una antena de barrido de frecuencia de haz de abanico, junto con una técnica de salto de canal, se puede utilizar como un mecanismo simple para la transferencia de energía inalámbrica radiativa adaptativa en una WSN

La eficiencia de transmisión se puede optimizar dinámicamente para cada posición de nodo, utilizando un protocolo simple en el que el coordinador WSN barre la frecuencia de una señal de monitoreo y los nodos seleccionan el canal con el nivel máximo de RSSI

La Sección II revisa el trabajo relacionado con la optimización de la formación de haces para TIP. E

n la Sección III, se presenta el concepto de emisión de ventiladores escaneada en frecuencia.

 El LWA utilizado para lograr el escaneo de frecuencia se presenta en la Sección IV.

 Después de eso, la Sección V muestra cómo se puede utilizar la antena en un sistema WPT práctico basado en el estándar inalámbrico IEEE 802.15.14

Antena de onda con fugas Microstrip. a) Matriz de dos MLWA b) Parámetros S de la matriz.

Parametros

e utiliza una antena directiva de onda de fuga que escanea una potencia de RF de salida de 1 W en el rango angular de ±10◦ a 2,4 GHz a ±37◦ a 2,5 GHz para alimentar una WSN que cubre un área de 1,2 mx 1,2 m. 

ha ilustrado la capacidad de alimentar una WSN basada en IEEE 802.15.4 con 25 nodos repartidos en un área de 1,2 m × 1,2 m, utilizando sus 16 canales en la banda de 2,4 GHz. 

Bibliografia

[] M. Poveda-Garcia, J. Oliva-Sanchez, R. Sanchez-Iborra, D. Canete-Rebenaque, and J. L. Gomez-Tornero, “Dynamic wireless power transfer for cost-effective wireless sensor networks using frequency-scanned beaming,” IEEE Access, vol. 7, pp. 8081–8094, 2019, doi: 10.1109/ACCESS.2018.2886448.

Revision: Compact Near Field Wireless Energy Transfer

Se propone un sistema WPDT de doble banda que opera a 433 MHz y 900 MHz, utilizando DGS circulares y material dieléctrico Rogers RO4003. A una distancia de 15 mm entre transmisor y receptor, logra eficiencias de 40,9\% y 49,2\% a 440 MHz y 918 MHz, respectivamente 

• Estructura del sistema: Los sistemas WPT cuentan con circuitos resonantes con acoplamiento inductivo o capacitivo para una transferencia de energía eficiente. Estos sistemas suelen utilizar espirales impresas con condensadores montados en la superficie para la miniaturización y estructuras de terreno abierto (DGS) para resonadores de bajo perfil [1].

• Fases de operación: el sistema funciona mediante circuitos resonantes que concentran la energía en rangos de frecuencia específicos para mejorar la eficiencia de transferencia de energía (eWPT). Esto implica diseñar dispositivos resonantes con respuestas de banda de paso planas y optimizar el sistema para distancias específicas entre los resonadores del transmisor (TX) y del receptor (RX) [2] [3].

• Hardware clave: Entre los componentes de hardware más destacados se incluyen los resonadores con estructuras de suelo defectuosas (DGS), que garantizan su compacidad, eficiencia y un alto factor de calidad (Q). El uso de condensadores comerciales y la alineación precisa entre los resonadores TX y RX son cruciales para un rendimiento óptimo del sistema [4] [1].

• Parámetros logrados: los sistemas WPT tienen como objetivo optimizar parámetros como la inductancia mutua (M), el factor k, el FoM (cifra de mérito) y la eficiencia (eWPT) en frecuencias específicas (433 MHz, 900 MHz). Parámetros como la desviación de frecuencia y la adaptación de impedancias son fundamentales para el rendimiento del sistema [5] [4] [3].

• Información de diseño relevante: Entre las consideraciones de diseño se incluyen la selección de materiales dieléctricos, la optimización de los formatos DGS y la realización de simulaciones electromagnéticas para ajustar con precisión las dimensiones del resonador y los valores de capacitancia. La metodología de diseño del sistema incluye análisis electromagnéticos iterativos, simulaciones de circuitos y optimizaciones de los parámetros S para lograr un diseño eficiente del sistema WPT [2] [6].

• Metodología: La metodología consiste en extraer valores de inductancia mutua mediante el análisis electromagnético, optimizar las estructuras de los resonadores DGS y simular circuitos equivalentes para analizar el rendimiento del sistema. Se realizan estudios paramétricos para ajustar las dimensiones y los valores de capacitancia del DGS hasta lograr los resultados deseados [5] [2] [6].

• Resultados: el sistema WPT de doble banda diseñado muestra valores de FoM altos a frecuencias específicas, a pesar de la degradación debida a la desalineación. El sistema logra un eWPT eficiente a distancias optimizadas, lo que demuestra los avances en el diseño de resonadores compactos para sistemas NF-WPT

La transferencia inalámbrica de energía (WPT)

LAs baterias

La mayoria de trabajos WPT se basan mayoritariamente en acoplamiento magnético y las aplicaciones de esta técnica incluyen etiquetas RFID, cargadores de dispositivos electrónicos portátiles y dispositivos médicos implantados (IMD)

 Los sistemas inalámbricos de transferencia de energía de campo cercano han llamado la atención por sus potenciales aplicaciones, como dispositivos médicos implantados, identificación por radiofrecuencia y dispositivos electrónicos portátiles en general. 

Se propone un modelo compacto para sistemas NF-WPT de corto alcance que funcionan en bandas de frecuencia ISM, empleando el concepto de resonadores de apertura del plano de tierra o estructuras de tierra defectuosas (DGS). 

Esta técnica permite la miniaturización del resonador

 El modelo propuesto en este trabajo apunta a posibles aplicaciones que requieran transferencia simultánea de energía y datos

 utiliza DGS circular superpuesto para reducir el tamaño del dispositivo resonador y obtener altos valores de Figura de Mérito (FoM)  

El sistema de doble banda fue optimizado para que a una distancia de 15 mm presentara valores altos de FoM. Si bien los ηW PT medidos han sufrido degradación por desalineamiento, el valor de FoM en la frecuencia de 440,188 MHz puede considerarse compatible con los valores obtenidos en obras que implementan sistemas en frecuencias similares. 

Además, el uso de condensadores comerciales provocó una desviación de frecuencia de 6,92 MHz, lo que provocó que el sistema diseñado funcionara fuera del rango ISM de 433 MHz. Sin embargo, en la frecuencia de 918,75 MHz, incluso con degradación, el valor de FoM se mantuvo alto en comparación con trabajos similares que operan en el mismo rango de frecuencia.  []

usos

arga de vehículos eléctricos [4]. En aplicaciones IMD

Diseño

El modelo propuesto fue diseñado mediante análisis electromagnético y construido utilizando material dieléctrico Rogers RO4003. 

Parametros

Los resonadores DGS de doble banda diseñados tienen un área total de 11,7 × 10,2 mm2 y cuando se colocan a una distancia de 15 mm entre el transmisor y el receptor, han medido valores de FoM de 0,71 y 1,07 a 440 MHz y 918 MHz, respectivamente

bandas de frecuencia ISM , . Este modelo opera en banda dual en bandas de frecuencia de 433 MHz y 900 MHz 

. Los resultados se compararon con trabajos relacionados encontrados en la literatura, e indican un ηW PT de 40,9% y 49,2%.

, el resonador de doble banda diseñado y construido presenta unas dimensiones totales de 11,7 × 10,2 mm2. 

Bibliografia

[1] F. Ferreira, M. Feldman, G. Bulla, V. Brusamarello, and I. Muller, “Compact Near Field Wireless Energy Transfer Systems Using Defected Ground Structures,” IEEE Journal of Microwaves, vol. 3, no. 3, pp. 951–961, Jul. 2023, doi: 10.1109/JMW.2023.3257122.