Sistemas compactos de transferência de energia sem fio em campo próximo usando estruturas com abertura no plano de terra

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Ferreira, Filipe Guterres
• Orientador(a): Müller, Ivan
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Transferência de energia sem fio
• Palavras-chave em Inglês: Wireless power transfer; Near-field; Magnetic resonant coupling; Defected ground structure; Dual-band resonator
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/230170

Sistemas de transferência de energia sem fio em campo próximo (NF-WPT, NearField Wireless Power Transfer) tem atraído atenção por suas potenciais aplicações, tais como, dispositivos médicos implantados (IMDs), identificação por rádio frequência (RFID, Radio Frequency Identification) e dispositivos eletrônicos portáteis em geral. Nesse contexto, são propostos modelos compactos para sistemas NF-WPT de curto alcance operando em faixas de frequências ISM empregando o conceito de ressonadores de abertura no plano de terra (DGS, Defected Ground Structure). Essa técnica permite a miniaturiza- ção do ressonador, o que leva ao desenvolvimento de sistemas compactos de NF-WPT. O primeiro modelo proposto neste trabalho, visa possíveis aplicações que requerem transferência de energia e dados simultaneamente. Esse modelo opera em banda dupla nas faixas de frequências de 433 MHz e 900 MHz e faz o uso de DGS circulares sobrepostas a fim de compactar o dispositivo ressonador e obter altos valores de figura de mérito (FoM) comumente empregadas na área de pesquisa. Dessa forma, busca-se contribuir para o avanço do estado da arte dos sistemas WPT baseados em DGS de banda dupla. O segundo modelo proposto visa manter o conceito de compactação dos ressonadores mesmo em faixas de frequências mais baixas. São apresentados o desenvolvimento, construção e medição dos sistemas de WPT usando dispositivos ressonantes baseados em DGS projetados para as faixas de frequências ISM de 6,78 MHz, 27,12 MHz e 40,68 MHz. Ambos os modelos propostos são projetados utilizando o software de análise eletromagnética (EM) Ansys Electronics e são construídos utilizando o material dielétrico Rogers RO4003. Os ressonadores DGS de banda dupla projetados possuem uma área total de 11,7 x 10,2 mm2 e ao serem posicionados a uma distância de 15 mm entre transmissor e receptor apresentam valores de FoM medidas de 0,71 e 1,07 em 440 MHz e 918 MHz, respectivamente. Dois sistemas de banda única foram projetados usando o mesmo dispositivo DGS com dimensões de 13 x 14 mm2 e apresentaram FoM medidas de 0,65 e 0,75, a uma distância de 20 mm, respectivamente, para as frequências de 27,25 MHz e 40,25 MHz. Já o sistema projetado na faixa de frequência de 6,78 MHz, apresentou uma FoM de 0,48 a uma distância de 35 mm usando dispositivos com dimensões de 32 x 35,5 mm2. Os resultados são comparados com trabalhos relacionados encontrados na literatura.