Metamalzeme tabanlı çok bantlı enerji hasadı uygulaması

Mehmet Bakır

Öz


Bu çalışmada, değişik boyutlu halka rezonatörlerinden oluşan mükemmel sinyal emici özellik gösteren bir metamalzeme enerji hasadı uygulaması için, tasarım, üretim, simülasyon ve deneysel çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Önerilen yapının en önemli avantajlarından birisi, benzer çalışmaların aksine hiçbir tasarım öğesi değiştirilmeden 1.8GHz, 2.45 GHz ve 2.60 GHz de doğal olarak mükemmel sinyal emici özelliği göstermesidir. Bu değerler yapının hem GSM (Global System for Mobile) hem de ISM (Industrial Scientific Medical) bantlarında enerji hasadı amaçlı kullanılabileceğini göstermektedir. Simülasyon çalışmaları CST Microwave Studio programında gerçekleştirilmiştir, belirtilen bantlarda rezonatörler üzerinde oluşan enerjinin hasadı için HSMS 2860 Schottky diyot kullanılmıştır. Simülasyon sonuçlarını desteklemek için yansıma katsayısı (S11) ölçümü, diyot etkisinin belirlenmesi, spektrum analizör ve dc voltaj ölçümleri deneysel olarak gerçekleştirilmiştir. Yansıma katsayısı ölçümlerinde rezonans frekanslarında  -20dB lik bir değer elde edilirken, spektrum analizör ölçümünde yaklaşık 30dBm lik bir artış söz konusudur. Diyot üzerinde dc gerilim ölçümünde 47.6mV’ luk bir gerilim gözlenmiştir. Elde edilen deneysel ve simülasyon sonuçları birbirleri ile uyumlu olup önerilen yapının çok bantlı enerji hasadı uygulamalarında kullanılabileceğini göstermektedir.


Tam Metin:

PDF

Referanslar


Shelby, R.A., Smith, D.R. ve Schultz, S., Experimental verification of a negative index of refraction. Science, 292.5514, 77-79, (2001).

Maci, S.A, Cloaking metamaterial based on an inhomogeneous linear field transformation. antennas and propagation, IEEE Transactions on, 58, 1136-1143, (2010).

Sabah, C., Dincer, F., Karaaslan, M., Unal,E., Akgol, O. ve Demirel, E., Perfect metamaterial absorber with polarization and incident angle independencies based on ring and cross-wire resonators for shielding and a sensor application, Opt. Commun, 322, 137-142, (2014).

Lee, J. ve Lim, S., Bandwidth-enhanced and polarization-insensitive metamaterial absorber using double resonance, Electron. Lett, 47, 8-9, (2012).

Karakaya, E., Mulazimoglu, C., Can, S., Yılmaz, E. ve Akaoglu, B., Metamaterial design for energy harvesting applications, Signal Processing and Communication Application Conference (SIU), 509-512, (2016).

Landy, N.I., Sajuyigbe, S., Mock, J.J., Smith, D.R. ve Padilla, W.J., Perfect Metamaterial Absorber, Phys. Rev. Lett., 100, 207402, (2008).

Bakır, M., Delihacıoğlu, K., Karaaslan, M. ve Sabah C., U-shaped frequency selective surfaces for single and dual-band applications together with absorber and sensor configurations, IET Microwaves Antennas & Propagation, 10(3), 293-300, (2016).

Dincer F, Akgol O, Karaaslan M, Unal, E. ve Sabah C., Polarization angle independent perfect metamaterial absorbers for solar cell applications in the microwave, infrared, and visible regime. Progress in Electromagnetics Research, 144, 93-101, (2014).

Dang, K. Z., Shi, J.M., Wang, J.C., Lin, Z.D. ve Wang, Q. C., Tunable wideband absorber based on resistively loaded lossy high-impedance surface, Chinese Phys. B, 24 104104, (2015).

Dincer, F., Karaaslan, M., Colak, S., Tetik, E., Akgol, O., Altıntas, O. ve Sabah, C., Multi-band polarization independent cylindrical metamaterial absorber and sensor application, Modern Physics Letters B, 30(08), 1650095, (2016).

Pranav, U.S., Sudheesh, S., Stanly, P., Sankar, S., Devika, R. ve Pradeep, A., Metamaterial based energy harvester, Procedia Computer Science, 93, 74-80, (2016).

Thamer, S., Almoneef, T.S. ve Ramahi, O.M., Metamaterial electromagnetic energy harvester with near unity efficiency, Appl. Phys. Lett. 106, 153902, (2015).

Cheng, Y.Z., Wang, Y., Nie, Y., Gong, R.Z., Xiong, X. ve Wang, X., Design, fabrication and measurement of a broadband polarization-insensitive metamaterial absorber based on lumped elements, Journal of Applied Physics, 111(4), 044902, (2012).

Yang, G., Ho, C. K. ve Guan, Y.L., Multi-antenna wireless energy transfer for backscatter communication systems, Selected Areas in Communications IEEE Journal on, 33, 2974-2987, (2015).

Mrnka,M., Vasina, P., Kufa, M., Hebelka, V. ve Raida, Z., The RF energy harvesting antennas operating in commercially deployed frequency bands: a comparative study, International Journal of Antennas and Propagation, 2016, Article ID 7379624, (2016).

Devi, K.A., Kwong, C.F., Chakrabarty, C.K. ve Norashidah, M.D, Investigations on characteristics of metamaterial based patch antenna for rf energy harvesting at GSM 900, Electrical and Electronic Engineering, 5(1), 7-13, (2015).

Dini, M., Filippi, M., Costanzo, A., Romani, A., Tartagni, M., Del Prete, M. ve Masotti, D., A fully-autonomous integrated RF energy harvesting system for wearable applications, European Microwave Conference 2013, 987–990, (2013).

Pinuela, M., Mitcheson, P.D., Lucyszyn, S. ve Ambient RF energy harvesting in urban and semi-urban environments, IEEE Trans. Microw. Theory Techn., 61(7), 2715-2726, (2013).

Anandhimeena, B. , Selvan, P. ve Raghavan, S, Compact metamaterial antenna with high directivity for bio-medical systems, Circuits and Systems, 7, 4036-4045, (2013).

Bakır, M., Karaaslan, M., Altıntaş, O., Bagmancı, M., Akdogan, V. ve Temurtaş, F., Tunable energy harvesting on UHF bands especially for GSM frequencies, International Journal of Microwave and Wireless Technologies, 10(1). 67-76, (2018).

Born M ve Wolf E, Principles of optics,7th Edition, Cambridge University Press, (1999).

Zhu, N., Ziolkowski, R.W. ve Xin, H., A metamaterial-inspired, electrically small rectenna for high-efficiency low power harvesting and scavenging at the GPS L1 frequency, Appl. Phys. Lett., 99, 114101, (2011).

Ramahi, O.M., Almoneef, T.S., AlShareef, M. ve Boybay, M.S., Metamaterial particles for electromagnetic energy harvesting, Appl. Phys. Lett. 101, 173903, (2012).

Almoneef, T.S. ve Ramahi, O.M., 3-dimensional stacked metamaterial arrays for electromagnetic energy harvesting, Prog. Electromagn.Res., 146, 109-115 (2014).

Vullers, R.J.M., Schaijk, R.V., Visser, H.J., Penders, J. ve Hoof, C.V, energy harvesting for autonomous wireless sensor networks, IEEE Solid-State Circuits Magazine, 2(2), 29-38, (2010).


Refback'ler

  • Şu halde refbacks yoktur.


Telif Hakkı (c) 2018 MEHMET BAKIR

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.