RF enerji hasatlama için mikroşerit anten tasarımı uygulamaları
Yükleniyor...
Tarih
2023-11-15
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Batman Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Son zamanlarda teknolojinin gelişmesi özellikle yarı iletkenlerin icadından sonra akıl almaz bir hızla ilerlemiştir. Bu ilerleme teknolojik cihazlarının çoğalmasına neden olmuştur. Dünya nüfusunun artması ve bu nüfusun teknolojik cihazları sürekli kullanması enerji tüketimin artmasına sebep olmuştur. Dünya genelinde enerji tüketimin her geçen gün artması bilim insanlarını enerjiyi farklı yollardan kolay ve az maliyetle elde etmek için araştırmalar yapmaya itmiştir. Enerjiyi elde etmenin onlarca farklı yolu vardır. Bu yollardan biri de ortamda çeşitli cihazlardan (Mikrodalga ve Radyo dalga) oluşan ve serbest halde dolaşan Elektromanyetik dalgalardan uygun koşullar ve uygun aparatlarla (Anten ve enerji hasatlama modülü) enerji hasadı yapmaktır.
Son yıllarda haberleşme sistemlerinin ve diğer sistemlerin sayıca çoğalması ortamdaki frekans yoğunluğunda ve çeşitliliğinde artışa sebep olmuştur. Bu durum RF (Radyo Frekans) enerji hasatlama yönteminin haberleşme devrelerinde çokça kullanılmasına olanak tanımıştır. Böylelikle kesintisiz ve düşük güçlerde RF enerji hesatlama yapabilen sistemlerin oluşmasına ve çoğalmasına yol açmıştır. Bir RF enerji hasat atlama sistemi 5 adet aşamadan oluşmaktadır bunlar anten, empedans uyumlandırma, filtreler, doğrultucu devreler ve yüktür.
Bazı cihazlarda kullanılması için uygun hale getirilen enerjinin batarya veya pil benzeri depolama aygıtları tarafından depolanıp o şekilde tüketilmesi beraberinde çeşitli maliyetler getirmektedir. Bu maliyetleri azaltmanın yöntemlerinden biri sürekli serbest halde dolaşan elektromanyetik dalgalardan RF enerji hasatlama yöntemiyle enerji elde etmektir. RF enerji hasat atlama düşük güç ile çalışan sistemler için oldukça popüler bir çözüm yöntemidir burada enerji kesintisiz sağlandığından batarya kullanımının önüne geçilerek hem maliyet azaltıcı hem de depolama cihazlarının atıkları sonucu çevrede oluşacak çevre kirliliklerinde önüne geçilmiştir.
Bu çalışmada iletim hattı modeli kullanılarak 50 ohm luk karakteristik empedansa sahip RF enerji hasadı yapmak için farklı ebatlarda mikroşerit yama antenler tasarlanmıştır. Tasarlana antenler üzerinde çeşitli değişiklikler yapılarak hem tek bantlı hem de çift bantlı frekanslarda çalışacak antenler elde edilmiştir. Daha sonra simülasyonlarla adım adım optimizasyonlar yapılarak daha iyi antenler elde edilmiştir. Bu aşamalardan sonra en iyi parametrelere sahip biri tek bantlı, diğeri çift bantlı (Dual bant) iki adet mikroşerit yama antenin baskı devresi (PCB) ile üretimi yapılmıştır. Üretimleri yapılan antenler enerji hesaplama modülüne bağlanıp multimetre ile gerilim değerleri, geri dönüş kaybı (S11), kazanç, yönlülük değerlerinin tek, iki ve üç boyutlu grafik değerleri incelenmiştir.
Recently, the development of technology has progressed at an incredible pace, especially after the invention of semiconductors. This progress has led to the proliferation of technological devices. The increase in the world population and the constant use of technological devices by this population has led to an increase in energy consumption. Increasing energy consumption around the world has led scientists to conduct research to obtain energy easily and at low cost in different ways. There are dozens of different ways to obtain energy. One of these ways is to harvest energy from the freely circulating Electromagnetic waves consisting of various devices (Microwave and Radio wave) in the environment, under suitable conditions and with suitable equipment (Antenna and energy harvesting module). In recent years, the increase in the number of communication systems and other systems has led to an increase in frequency density and diversity in the environment. This situation has allowed the RF (Radio Frequency) energy harvesting method to be widely used in communication circuits. Thus, it has led to the formation and proliferation of systems capable of RF energy storage without interruption and at low powers. An RF energy harvesting jump system consists of 5 stages: antenna, impedance matching, filters, rectifier circuits and load. The storage and consumption of the energy made suitable for use in some devices by batteries or battery-like storage devices incurs various costs. One of the methods of reducing these costs is to obtain energy by RF energy harvesting method from electromagnetic waves that are constantly circulating in a free state. RF energy harvesting skipping is a very popular solution method for low-power systems, since energy is provided uninterruptedly here, battery usage has been prevented, preventing environmental pollution that will occur in the environment as a result of both cost-reducing and storage device waste. In this study, microstrip patch antennas of different sizes were designed to harvest RF energy with a characteristic impedance of 50 ohms using the transmission line model. By making various changes to the designed antennas, antennas that will operate at both single-band and dual-band frequencies have been obtained. Later, step-by-step optimizations were made with simulations to obtain better antennas. After these stages, the production of two microstrip patch antennas with the best parameters, one with a single band and the other with a dual band (Dual band), was carried out with a printing circuit (PCB). The antennas manufactured were connected to the energy calculation module and single, two and three-dimensional graphical values of voltage values, return loss (S11), gain, directivity values were examined with a multimeter.
Recently, the development of technology has progressed at an incredible pace, especially after the invention of semiconductors. This progress has led to the proliferation of technological devices. The increase in the world population and the constant use of technological devices by this population has led to an increase in energy consumption. Increasing energy consumption around the world has led scientists to conduct research to obtain energy easily and at low cost in different ways. There are dozens of different ways to obtain energy. One of these ways is to harvest energy from the freely circulating Electromagnetic waves consisting of various devices (Microwave and Radio wave) in the environment, under suitable conditions and with suitable equipment (Antenna and energy harvesting module). In recent years, the increase in the number of communication systems and other systems has led to an increase in frequency density and diversity in the environment. This situation has allowed the RF (Radio Frequency) energy harvesting method to be widely used in communication circuits. Thus, it has led to the formation and proliferation of systems capable of RF energy storage without interruption and at low powers. An RF energy harvesting jump system consists of 5 stages: antenna, impedance matching, filters, rectifier circuits and load. The storage and consumption of the energy made suitable for use in some devices by batteries or battery-like storage devices incurs various costs. One of the methods of reducing these costs is to obtain energy by RF energy harvesting method from electromagnetic waves that are constantly circulating in a free state. RF energy harvesting skipping is a very popular solution method for low-power systems, since energy is provided uninterruptedly here, battery usage has been prevented, preventing environmental pollution that will occur in the environment as a result of both cost-reducing and storage device waste. In this study, microstrip patch antennas of different sizes were designed to harvest RF energy with a characteristic impedance of 50 ohms using the transmission line model. By making various changes to the designed antennas, antennas that will operate at both single-band and dual-band frequencies have been obtained. Later, step-by-step optimizations were made with simulations to obtain better antennas. After these stages, the production of two microstrip patch antennas with the best parameters, one with a single band and the other with a dual band (Dual band), was carried out with a printing circuit (PCB). The antennas manufactured were connected to the energy calculation module and single, two and three-dimensional graphical values of voltage values, return loss (S11), gain, directivity values were examined with a multimeter.
Açıklama
Bu tez çalışması Batman Üniversitesi Bilimsel Araştırma projeleri (BAP) tarafından BTÜBAP- 2022-YL-25 nolu proje ile desteklenmiştir.
Anahtar Kelimeler
Mikrodalga, Mikroşerit Anten, Rezonans Frekansı, RF Enerji Hasadı, Microstrip Antenna, Microwave, Resonance Frequency, RF Energy Harvesting
Kaynak
WoS Q Değeri
Scopus Q Değeri
Cilt
Sayı
Künye
Aslan, H. (2023). RF enerji hasatlama için mikroşerit anten tasarımı uygulamaları. (Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi). Batman Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Batman.
