Kablosuz güç iletiminde RF enerji hasadına yönelik anten tasarımı

Yenilenebilir enerjiye olan talebe bağlı olarak bu alanda hayatımızı kolaylaştıran sistemlere olan ilgi de her geçen gün artmaktadır. Günümüzde tablet, telefon, sensör vb, bataryasız veya bataryalı düşük güç tüketen cihazlar her zaman enerjiye ihtiyaç duymaktadır. Bu nedenle düşük güçlü enerjiye ihtiyaç duyan cihazlarda kullanılan pil ve bataryalardaki enerjinin sürdürülebilirliğini uzatma çalışmaları araştırmacıların temel ilgi alanını oluşturmaktadır. Mevcut ortamda farklı frekanslarda çok fazla elektromanyetik dalga bulunmaktadır. Bu dalgaların bir bölümü özellikle kullanılan teknolojiye bağlı olarak ihtiyaç olan enerjinin sağlanması amacıyla hasat edilebilir yapıdadır. Bu amaçla öncelikle ortamda olan bu dalgaların enerjisi bir devre tasarlayarak kullanılabilir hale getirilebilir. Önemli olan hasat edilecek bu enerjinin kullanılabilecek miktarda ve verimlilikte olmasıdır. Bu nedenle ortam enerji yoğunluğunun hasat edilecek frekans açısından belirlenmesi oldukça önemlidir. Bunun yanında ilgili literatürde belli bir düzeyin üzerindeki enerji yoğunluğunun insan sağlığını tehdit ettiği yönünde bilgiler ileri sürülmektedir. Aynı zamanda günümüz teknolojik gelişmelerine bağlı olarak Radyo Frekansı (RF) güç iletiminin ve hasat tekniklerinin gelecek nesil kablosuz ağların güçlendirilmesi için alternatif bir yöntem haline geldiği görülmektedir. Ortamda olan bu elektromanyetik dalgalardan enerji hasadında temel amaç, öncelikle RF dalga yayını yapan kaynaklardan gelen yüksek yoğunluklu ortam elektromanyetik dalgalarının toplanması ve daha sonra bu dalgalardaki enerjinin uygun antenler aracılığıyla ihtiyaç duyulan enerji formuna maliyetsiz olarak dönüştürülmesidir. Bu çalışmada farklı seramik malzemeler üzerinde tasarlanan mikroşerit antenlerin anten performansları temel anten parametreleri bağlamında değerlendirilmektedir. Bu kapsamda RF enerji hasadında kullanılan antenler için yapılan çalışmalar genellikle dikdörtgen şekilli yama antenler üzerine odaklanmıştır. Bu çalışmalarda, tasarım denklemleri kullanılarak yama anten ve toprak boyutları yanında, besleme noktasının konumu hesaplanmış ve simüle edilmiştir. Çalışmada antenler FR4, Rogers3006 ve Rogers4003C olmak üzere üç farklı seramik malzemele üzerinde tasarlanmıştır. 2.4 GHz frekansta simülasyonları yapılarak tasarlanan antenlerin geri dönüş kaybı, duran dalga oranı, bant genişliği ve kazancı gibi elektriksel parametreleri ölçülerek ilgili değişkenler açısından karşılaştırılmıştır. Tasarlanan antenler laboratuvar şartlarında üretilmiş ve tasarım değerlerine uyumu açısından değerlendirilerek kritik edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, seramik malzemelerden Rogers4003C tabakalı diktörtgen mikroşerit anten tasarımının wi-fi, kablosuz telefonlar ve bebek telsizleri gibi kablosuz haberleşmede yoğun olarak kullanılan bantlar için enerji hasadı açısından uygun ve üretilebilir yapıda olduğunu göstermiştir.