Metamaterial-based Compact and Efficient Wireless Power Transfer System for Biomedical Implants

用于生物医学植入物的基于超材料的紧凑高效无线功率传输系统

基本信息

  • 批准号:
    21K04178
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.66万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2021-04-01 至 2024-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

We have developed a metasurface of low magnetic losses and employed it to design a a compact WPT system to biomedical implants. We have also proposed the design theory of a low inductance value to overcome the problem of frequency shifting and misalignment. We verified the proposed design by conducting experiments using chicken meat bought at an ordinary grocery shop. The performance of the proposed system was satisfactory as expected.This brief presents a compact and efficient resonance-shift insensitive wireless power transfer (WPT) system. This is possible by using a small electrical length defected ground structure (DGS) resonator, which is found effective against the resonance-shift phenomenon resulted from the higher permittivity of the tissue. Tissue has two undesired effects on a WPT system: (i) reduced coupled quality factor, and (ii) self-resonance shifting that leads to mismatch loss. So, the efficiency of a WPT system degrades in a tissue environment. Then, using the small electrical length DGS, we build a WPT transmitter (TX) using three cooperative DGS resonators to mitigate both issues. The fabricated prototype operates at 49 MHz in the air and tissue. This shows no change in operating frequency when the same receiver (Rx) is kept in the air or embedded inside tissues, which proves the effectiveness of the proposed cooperative DGS-WPT system against the resonance shift. The measured efficiency is 62% when the RX is embedded inside the tissue and is 68% in the air.
我们开发了一种低磁损耗的超颖表面,并利用它设计了一个紧凑的生物医学植入物WPT系统。我们也提出了低电感值的设计理论,以克服频率偏移和失调的问题。我们通过使用在普通杂货店购买的鸡肉进行实验来验证所提出的设计。该系统的性能是令人满意的预期。这简要介绍了一个紧凑,高效的谐振漂移不敏感的无线电能传输(WPT)系统。这是可能的,通过使用一个小的电长度缺陷接地结构(DGS)谐振器,这是有效的对谐振移位现象所造成的较高的介电常数的组织。组织对WPT系统具有两个不期望的影响:(i)降低的耦合品质因数,以及(ii)导致失配损耗的自谐振移位。因此,WPT系统的效率在组织环境中降低。然后,使用小的电长度DGS,我们建立了一个WPT发射机(TX)使用三个合作的DGS谐振器,以减轻这两个问题。制造的原型在空气和组织中以49 MHz运行。这表明当相同的接收器(Rx)保持在空气中或嵌入组织内部时,工作频率没有变化,这证明了所提出的合作DGS-WPT系统对抗谐振偏移的有效性。当RX嵌入组织内部时,测得的效率为62%,在空气中为68%。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Wideband Stacked Metamaterial for a Compact and Efficient Dual-band Wireless Power Transfer
用于紧凑高效双频无线功率传输的宽带堆叠超材料
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jiang Xin;Pokharel Ramesh K.;Barakat Adel;Yoshitomi Kuniaki
  • 通讯作者:
    Yoshitomi Kuniaki
Compact and Efficient WPT System to Embedded Receiver in Biological Tissues Using Cooperative DGS Resonators
使用协作 DGS 谐振器将紧凑高效的 WPT 系统嵌入到生物组织中的接收器
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Alshhawy Shimaa;Barakat Adel;Yoshitomi Kuniaki;Pokharel Ramesh K.
  • 通讯作者:
    Pokharel Ramesh K.
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