Prototyp metamateriałowego systemu harwestera mikrofalowego

• Autorzy: Budnarowska Magdalena , Mizeraczyk Jerzy

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.10.55

Warianty tytułu

EN

Prototype of a metamaterial microwave harvesting system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono weryfikację potencjału autorskiej macierzy metamateriałowej (MM) stanowiącej część większego systemu harwestera promieniowania elektromagnetycznego (EM) do pozyskiwania energii EM z otoczenia w zakresie częstotliwości mikrofalowych. Motywacją do podjęcia tej tematyki jest szybki rozwój małych przenośnych urządzeń elektronicznych o małym zapotrzebowaniu energetycznym. Głównym celem pracy jest ocena efektywności energetycznej systemu prototypu harwestera EM składającego się z autorskiej macierzy MM i konwertera RF/DC. Zadaniem konwertera RF/DC jest przetwarzanie energii EM pozyskanej z otoczenia przez macierz MM na energię elektryczną. Działanie prototypu harwestera EM zostało zweryfikowane eksperymentalnie. Oceniono efektywność prototypu i jego potencjalne zastosowanie w technologii pozyskiwania energii z otoczenia. Efektywność pozyskiwania energii EM prototypu wyniosła ok. 50% przy częstotliwości mikrofalowej ok. 2,6 GHz. Otrzymane wyniki potwierdziły możliwości aplikacyjne zaproponowanego prototypu harwestera EM.

EN

This work verified the potential of an original metamaterial (MM) array as part of an electromagnetic radiation (EM) harvesting system for EM energy capturing in the microwave frequency range from the environment. The motivation for this research is the rapid development of small portable electronic devices with low energy demand. The main goal of the research is evaluation the effectiveness of the prototype EM harvester system, which consists of the original MM array and an RF/DC converter. The task of the RF/DC converter is to convert the EM energy harvested from the environment by the MM array into electrical energy. The operation of the EM harvester prototype was experimentally verified. The efficiency of the prototype and its potential application in the energy harvesting technology were evaluated. The energy harvesting efficiency of the prototype EM was approximately 50% at a microwave frequency around 2.6 GHz. The obtained results showed the attractiveness of the proposed EM harvester prototype.

Słowa kluczowe

PL

absorber metamateriałowy; pozyskiwanie energii; harwester EM; RF/DC konwerter

EN

metamaterial absorber; energy harvesting; EM harvester; RF/DC converter

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 10
• Strony: 261--264
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Budnarowska Magdalena

• Uniwersytet Morski w Gdyni , Katedra Elektroniki Morskiej, ul. Morska 81-87, 81-225 Gdynia

• https://orcid.org/0000-0002-5341-7585

autor

Mizeraczyk Jerzy

• Uniwersytet Morski w Gdyni , Katedra Elektroniki Morskiej, ul. Morska 81-87, 81-225 Gdynia

• https://orcid.org/0000-0002-5173-3592

Bibliografia

• [1] Capolino, F. Applications of metamaterials. CRC press, 2009
• [2] Mendhe, S. E.; Kosta, Y. P. Metamaterial properties and applications. International Journal of Information Technology and Knowledge Management, (2011), 4(1), 85-89
• [3] Chandrasekaran, K. T.; Agarwal, K.; Alphones, A.; Mittra, R.; Karim, M. F. Compact dual-band metamaterial-based highefficiency rectenna: An application for ambient electromagnetic energy harvesting. IEEE Antennas and Propagation Magazine, (2020), 62(3), 18-29
• [4] Hu, W.; Yang, Z.; Zhao, F.; Wen, G.; Li, J.; Huang, Y.; Inserra, D.; Chen, Z. Low-cost air gap metasurface structure for high absorption efficiency energy harvesting. Int. J. Antennas Propag., (2019), 1727619
• [5] Ghaneizadeh, A.; Mafinezhad, K.; Joodaki, M. Design and fabrication of a 2D-isotropic flexible ultra-thin metasurface for ambient electromagnetic energy harvesting. AIP Adv., (2019), 9, 025304
• [6] Almoneef, T.S.; Erkmen, F.; Ramahi, O. Harvesting the energy of multi-polarized electromagnetic waves. Sci. Rep., (2017), 7, 14656
• [7] Singh G.; Marwaha A., A review of metamaterials and its applications. Int. J. Eng. Trends Technol., (2015), vol. 14, 305– 310
• [8] Falkenstein, E.; Roberg, M.; Popovic, Z. Low-Power Wireless Power Delivery. IEEE Trans. Microw. Theory Tech., (2012), 60, 2277–2286
• [9] Oliveri, G.; Werner, D.H.; Massa, A. Reconfigurable electromagnetics through metamaterials – A review. Proceedings of the IEEE, (2015), 103 (7): 1034-56
• [10] Pendry, J.B. Negative refraction makes a perfect lens. Phys. Rev. Lett., (2000), 85, 3966
• [11] Tran, L.G.; Cha, H.K.; Park, W.T. RF power harvesting: A review on designing methodologies and applications. Micro Nano Syst.Lett., (2017), 5, 1–16
• [12] Aldhaeebi, M.A.; Almoneef, T.S. Planar dual polarized metasurface array for microwave energy harvesting. Electronics, (2020), 9, 1985
• [13] Amer, A.G.; Othman, N.; Sapuan, S.Z.; Alphones, A.; Salem, A.A. High-efficiency electromagnetic energy harvesting using double-elliptical metasurface resonators. PLoS ONE, (2023), 18, e0291354
• [14] Sim, M.S.; You, K.Y.; Esa, F.; Hamid, F. Metamaterials and Metasurfaces for Radio-Frequency Energy Harvesting Applications. In Metamaterial Technology and Intelligent Metasurfaces for Wireless Communication Systems; IGI Global: Hershey, PA, USA, (2023), 270–296
• [15] Zhong, H.-T.; Yang, X.-X.; Song, X.-T.; Guo, Z.-Y.; Yu, F.Wideband metamaterial array with polarization-independent and wide incident angle for harvesting ambient electromagnetic energy and wireless power transfer. Appl. Phys. Lett., (2017), 111, 213902
• [16] Zhu, N.; Ziolkowski, R.W.; Xin, H. A metamaterial-inspired, electrically small rectenna for high-efficiency, low power harvesting and scavenging at the global positioning system L1 frequency. Appl. Phys. Lett., (2011), 99, 114101
• [17] Alavikia, B.; Almoneef, T.S.; Ramahi, O.M. Complementary split ring resonator arrays for electromagnetic energy harvesting. Appl. Phys. Lett., (2015), 107, 1–6
• [18] Khan, D.; Basim, M.; Shehzad, K.; Ain, Q. U.; Verma, D.; Asif, M.; Lee, K. Y. A 2.45 GHZ high efficiency CMOS RF energy harvester with adaptive path control. Electronics, (2020), 9(7), 1107
• [19] Basim, M.; ul Ain, Q.; Shehzad, K.; Shah, S. A. A.; Ali, A.; Jang, B.;Lee, K. Y. A comprehensive review on high-efficiency RFDC converter for energy harvesting applications. Journal of Semiconductor Technology and Science, (2022), 22(5), 304- 325
• [20] Budnarowska, M.; Rafalski, S.; Mizeraczyk, J. Vector-Field Visualization of the Total Reflection of the EM Wave by an SRR Structure at the Magnetic Resonance. Energies, (2021) 15(1), 111
• [21] Budnarowska, M.; Mizeraczyk, J.; Studański, R.; Bisewski, D. Simulation studies of the electromagnetic properties of a planar metamaterial SRR-dielectric substrate structure in the microwave range. Przegląd elektrotechniczny, (2019), 10, 166- 168
• [22] Mizeraczyk, J.; Budnarowska, M. Microwave Metamaterial Absorber with Radio Frequency/Direct Current Converter for Electromagnetic Harvesting System. Electronics, (2024),13(5), 833
• [23] Budnarowska, M.; Mizeraczyk, J. Symulacyjne i eksperymentalne badania właściwości elektromagnetycznych planarnej macierzy metamateriałowej w zakresie mikrofalowym. Przegląd Elektrotechniczny, (2022), 98

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).