17513

17513

برداشت انرژي الكترومغناطيسي با استفاده از سلول هاي متامتريالي

كارشناسي ارشد

مخابرات ميدان

فروردين 1396

دكتر محمد سليماني

دكتر وحيد نيري

برق

امروزه استفاده از ساختارهاي فراماده در كاربردهاي مختلف بسيار مورد توجه قرار گرفته است. برداشت انرژي الكترومغناطيسي با استفاده از اين ساختارها نيز يكي از كابردهاي جديد فراماده مي باشد. منظور از برداشت كننده هاي انرژي الكترومغناطيسي ساختارهايي مي باشند كه انرژي موج تابشي را گرفته و تحويل بار مي دهند. سلول هاي فراماده اي بر اساس تشديدگرهاي حلقه گسسته به دليل قابليت رزونانس در طول موج هايي بزرگتر از ابعاد فيزيكي آن ها انتخاب مناسبي براي طراحي سلول واحدهاي برداشت كننده انرژي مي باشند. ساختارهاي اين چنيني به دليل سادگي ساخت و همچنين قابليت مرتفع كردن مشكلات ناشي از استفاده از آرايه هاي آنتني مورد توجه قرار گرفته است. ساختارهاي فراماده اي در مقايسه با آرايه هاي آنتني داراي بازدهي برداشت انرژي بسيار بالاتري مي باشند. برداشت كننده هاي فراماده اي ارائه شده قبلي عموما داراي المان مقاومتي جهت مدل سازي امپدانس ورودي طبقه يكسوساز مي باشند كه راندمان برداشت انرژي، به صورت نسبت توان تحويل داده شده به اين مقاومت ها به توان در دسترس آرايه مي باشد. اما بازدهي اين سلول ها، اغلب داراي حساسيت بالايي نسبت به تغيير پلاريزاسيون موج تابشي مي باشد. لذا در اين پايان نامه ابتدا تلاش بر غيرحساس نمودن اين ساختارها نسبت به تغيير زاويه پلاريزاسيون در فركانس ISM (2.45 GHz) شده و در مرحله بعد سلول واحد دوبانده غيرحساس به زاويه پلاريزاسيون معرفي مي شود. در گام بعدي با استفاده از الگوريتم بهينه سازي ازدحام ذرات گسسته باينري (BPSO) بازدهي برداشت انرژي در باند دوم (5.8 GHz)، بهبود داده شده است. نهايتا يك آرايه 9×9 از سلول هاي برداشت كننده انرژي ساخته شده و نتايج اندازه گيري و راستي آزمايي سلول واحد پيشنهادي مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج اندازه گيري نشان مي دهد سلول واحد پيشنهادي در زواياي مختلف پلاريزاسيون داري راندمان برداشت حداقل 90 درصد مي باشد. از طرفي سلول واحد پيشنهادي دوباندي نيز راندمان برداشت انرژي را در زواياي مختلف پلاريزاسيون حفظ مي كند. در گام نهايي با در نظر گرفتن ملاحظات ساخت، خروجي الگوريتم بهينه سازي اصلاح شده و مجددا راندمان برداشت راستي آزمايي مي شود.

1396/03/31

1/1/1900 12:00:00 AM

Recently, a strong interest has emerged in energy harvesting and wireless power transfer technologies. These technologies significantly increase the mobility and also improve the reliability of low power wireless devices such as wireless sensors for a harvesting application, the captured microwave energy must be channeled to a resistive load which models the input impedance of a rectifying circuit in a complete harvesting system. Several works improved the performance of metasurface harvesters such as employing ground backed CSRR to increase the bandwidth of the harvester22 and using an electric_field-coupled inductive-capacitive (ELC) resonator to achieve a metasurface harvester with near-unity efficiency. However, very little effort focused on improving the harvesting effciency for incident electromagnetic waves having different polarizations. Thist thesis presents a polarization-independent metasurface harvester composed of an ensemble of electric-inductive-capacitive (ELC) resonators. The ELC resonator has full symmetry in a way that its behavior is highly insensitive to the polarization of the incident wave. Loading the resonators with resistors (which model the input impedance of a rectifying circuit in a harvesting system), it is shown that the metasurface absorbs the incident electromagnetic wave energy, with nearly unity effciency, irrespective its polarization while simultaneously delivering the absorbed power to the loads. As a proof of concept, a metasurface harvester composed of a 9×9resonators array working at 2.45 GHz was fabricated. Near-unity efficiency of the metasurface was demonstrated using full-wave numerical simulation for a wide range of polarization angles. Laboratory tests showed strong agreement between the simulation results and the measurements. In the next chapter, a dual-band polarization independent energy harvester is proposed. But efficiency of 2nd band is lower than first band. To improve the efficiency of both bands, the structure has been optimized. Optimization done with BPSO (Binary Particle Swarm Optimization) method. Simulation results show that optimized unit cell has efficiency of more than 0.9 for every polarization angle.