МОДЕЛЮВАННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ РЕЗОНАНСНИХ УМОВ ДЛЯ СИСТЕМ БЕЗДРОТОВОЇ ПЕРЕДАЧІ ЕНЕРГІЇ В УВЧ-ДІАПАЗОНІ
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2025.4.1.34Ключові слова:
бездротова передача енергії, UHF RFID, ефективність, оптимізація, моделювання, метод кінцевих елементів, COMSOL MultiphysicsАнотація
У роботі виконано чисельне моделювання системи бездротової передачі енергії у діапазоні ультрависоких частот (UHF) між двома кільцевими рамковими антенами, налаштованими на частоту 868 МГц. Такий діапазон широко використовується в технологіях радіочастотної ідентифікації (RFID) у країнах Євросоюзу та Україні, що забезпечує доступність апаратних засобів та дозволяє розглядати бездротове підзаряджання малопотужних пристроїв як можливе доповнення до стандартної UHF-інфраструктури. Антени реалізуються на основі друкованої плати та забезпечуються підстроювальними індуктивностями поверхневого монтажу форм-фактору SMD 0805, що робить їх конструктивно простими, дешевими та технологічними для масового виробництва. Основна увага приділена впливу радіусу антен (2.5-6 см) і відстані між ними (1, 2 і 10 см) на коефіцієнт передачі потужності |S21|2, отриманий в рамках електродинамічного моделювання в програмному середовищі COMSOL Multiphysics. Показано, що при малих відстанях між антенами (1-2 см) існують оптимальні радіуси, які забезпечують максимальну передачу енергії (до 60-80%), що пов’язано з оптимальним балансом власної та взаємної індуктивності контурів. Для більшої відстані (10 см) ефективність передавання енергії закономірно знижується, але також спостерігається оптимум в області більших радіусів. Додатково досліджено залежність оптимальної підстроювальної індуктивності LOPT від радіусу антени, що дозволяє визначити діапазон значень (40-110 нГн), сумісний зі стандартними компонентами SMD. Отримані результати демонструють можливість практичної оптимізації параметрів друкованих антен для ближньої бездротової передачі енергії в UHF-діапазоні та під-тверджують ефективність чисельного моделювання як інструмент проектування подібних систем.
Посилання
Andia Vera, M.; Duroc, Y.; Tedjini, S. Analysis and exploitation of harmonics in wireless power transfer: Passive UHF RFID case. Wireless Power Transfer, 1(2), 69–76 (2014). https://doi.org/10.1017/wpt.2014.8
Andia-Vera, M.; Duroc, Y.; Tedjini, S. Theory and experiment concerning the exploitation of rectification nonlinearity in wireless power transfer: The passive UHF RFID case. Wireless Power Transfer, 3(1), 3–12 (2016). https://doi.org/10.1017/wpt.2016.1
de Souza, R. M.; Tavares, T.; Carvalho, N. B. UHF RFID power transfer efficiency analysis for 868 MHz systems. Electronics Letters, 51(14), 1082–1084 (2015). https://doi.org/10.1049/el.2015.0654
Mehta, R., Dey, S., Dey, N. Near-field inductive wireless power transfer at ISM bands for biomedical applications. (2022). https://doi.org/10.13140/RG.2.2.29488.51209
Khalid, H.; Farooq, U.; Naeem, M.; et al. Recent trends in inductive wireless power transfer systems: A review. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 58, 103464 (2023). https://doi.org/10.1016/j.seta.2023.103464
Van Mulders, J., Famaey, J., Lannoo, B., et al. Wireless power transfer: A review. Sensors, 22(15), 5573 (2022). https://doi.org/10.3390/s22155573
Degen, M.;, Kuster, N.; van de Burgwal, A.; et al. Analysis of inductively coupled resonant WPT systems for improved efficiency. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 2021, 94 (2021). https://doi.org/10.1186/s13638-021-01994-4
Dubok, A.; Smolders, A. B. Design and analysis of compact UHF RFID antennas for 868 MHz applications. (Технічний звіт Eindhoven University of Technology, 2014). https://doi.org/10.6100/IR779026
Птащенко Ф.О., Поповський О.Ю., Горюк А.А., Зенченко В.П., Полосіна В.М. (2025). Деякі аспекти моделювання втрат у осерді трансформатора за допомогою програмного модуля AС/DС Comsol Multyphysics. Наука і техніка сьогодні (серія «Техніка») – 2024. № 13(41) 2024. С. 1214-1226. https://doi.org/10.52058/2786-6025-2024-13(41)- 1214-1226
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
