Browsing by Author "Albaihani, Yahya Ahmed"

Now showing 1 - 1 of 1

Restricted
Optimal Antenna Design for Wireless Energy Harvesting System in ISM Band
(Qassim University, 2025) Albaihani, Yahya Ahmed; Akram, Rizwan
يتطلب التشغيل الذاتي للأجهزة منخفضة الطاقة توفير حلول طاقة مستدامة للتخلص من الاعتماد على البطاريات محدودة السعة، وقد أدى النمو السريع لإنترنت الأشياء (IoT) والمدن الذكية إلى تضخيم هذا الطلب، حيث تتطلب مليارات الأجهزة المترابطة مصادر طاقة فعالة وخالية من متطلبات الصيانة. ومع ذلك، لا يزال تصميم هوائيات لأنظمة نقل الطاقة اللاسلكية (WPT) في نطاق التردد 5.8 جيجاهرتز ضمن النطاق الترددي الصناعي والعلمي والطبي (ISM) يمثل تحديًا بالغ الأهمية، لا سيما فيما يتعلق بموازنة كفاءة الطاقة ومعايير الأداء. تتناول هذه الدراسة هذه التحديات من خلال اقتراح تصميم جديد لهوائي رقعة شريطية دقيقة (MPA). لقد تم تقديم ثلاث تقنيات لتحسين الأداء وهي: التغذية باستخدام الدليل الموجي المتحد المستوى (CPW)، وهياكل الفجوة النطاقية الكهرومغناطيسية (EBG)، والهيكل الأرضي المعطوب (DGS)؛ بهدف تكييف أداء الهوائي لتلبية متطلبات التطبيقات الخاصة في المجالات الطبية الحيوية وإنترنت الأشياء. يحقق الهوائي المقترح تحسينات ملحوظة مقارنة بالتصاميم المتطورة الحالية، حيث سجل زيادة في الكسب بنسبة 21%، وفي الاتجاهية بنسبة 7%، وفي الكفاءة بنسبة 10%. وأظهرت النتائج أن التصميم الأساسي للهوائي حقق معامل خسارة عودة (S11) قدره 28.3 - ديسيبل، وكسبًا قدره 6.31 ديسيبل، واتجاهية 7.03 ديسيبل، وعرض نطاق ترددي (BW) مقداره 0.17 جيجاهرتز، ونسبة موجة ثابتة للجهد (VSWR) تبلغ 1.08، وكفاءة (η) بنسبة 84% عند التردد 5.8 جيجاهرتز ضمن نطاق ISM. أما بالنسبة للتطبيقات الغير جراحية، فقد أظهر الهوائي المُحسّن بتقنية EBG أداءً متميزًا مع كسب بلغ 7.24 ديسيبل، واتجاهية 7.84 ديسيبل، وكفاءة 87%، وعرض نطاق ترددي واسع وصل إلى 1.43 جيجاهرتز. بالإضافة الى ذلك، برز تصميم التغذية CPW في السيناريوهات التي تتطلب أجهزة مدمجة وحيث تكون كفاءة نقل الطاقة والتصغير عوامل بالغة الأهمية، حيث حقق كفاءة بنسبة 91%، ومطابقة استثنائية للممانعة (S11: - 41.3 ديسيبل، VSWR: 1.01)، إضافة إلى أوسع نطاق ترددي بلغ 2.18 جيجاهرتز. وعززت تقنية DGS أداء الهوائي من خلال تثبيط التوافقيات وتحسين أنماط الإشعاع، مما رفع من درجة الموثوقية العامة، ووفَّرت هذه التقنية قيمًا لمعامل الخسارة (S11) بلغت 34.73 - ديسيبل، وكسبًا مقداره 6.61 ديسيبل، واتجاهية 7.59 ديسيبل، وعرض نطاق ترددي 1.07 جيجاهرتز، وVSWR قيمته 1.03، وكفاءة (η) بنسبة 80%. وأكدت عمليات تصنيع واختبار النماذج الأولية للهوائيات على فعاليتها العملية، حيث أظهرت النتائج المقاسة توافقًا وثيقًا مع نتائج المحاكاة. وتكمن حداثة هذا العمل في تقديمه تقييمًا شاملًا لتقنيات تحسين أداء هوائيات MPA، مما يزود المهندسين برؤى عملية لاختيار التصميم الأمثل بناءً على أولويات التطبيق. وعلى الرغم من هذه التطورات، لا تزال هناك تحديات تواجه توسيع نطاق تطبيق هذه التصاميم بشكل عملي. تمهد المنهجيات والنتائج التي قدمها هذا البحث الطريق أمام حلول طاقة مستدامة تعمل دون الحاجة إلى بطاريات في مجالات مثل الرعاية الصحية والمدن الذكية وغيرها من التطبيقات.
6 0