Havada Yayınım Yapan Elektromanyetik Dalgalardan Enerji Hasat Etmede Verimliliği Etkileyen Faktörlerin Analizi

Abstract

Tezimizde havada serbest şekilde dolaşan RF dalgalarından enerji hasat edilmesinin verimini etkileyen faktörler incelenmiştir. Tezdeki asıl nokta ise RF dalgalardan enerji hasat etme sistemlerini oluşturan elemanların hangi görevlerde kullanıldığının incelenmesidir. Bunun yanında geçmişi mikro enerji hasat sistemlerinden daha uzun olan makro enerji hasat sistemlerine de kısaca yer verilmiştir. Hem makro hem mikro enerji hasat sistemlerine örnekler verilerek kullanım alanları anlatılmıştır. Enerji hasat sistemlerinde kullanılacak RF kaynakları karşılaştırılmıştır. RF enerji hasat sisteminde amaç, RF dalga yayınımı yapan kaynaklardan elde edilen elektromanyetik dalgaların yakalanması, sonrasında bu dalgaların üzerinde barındırdığı enerjinin uygun antenler yardımıyla en verimli şekilde toplanması ve kaybı minimum seviyeye çekerek yükseltici ve doğrultucu devrelere iletilmesinin sağlanmasıdır. RF enerji kaynaklarından üretilen dalgaların havada yayılırken etkilendiği faktörler incelenmiştir, kaynaktan çıkan dalgaların taşıdığı enerji miktarları ile hasat sistemi tarafından alınan enerji miktarları hesaplanmış ve karşılaştırılmıştır. Bunun yanında gönderilen ve alınan sinyaller arasındaki enerji kayıplarının nedenleri açıklanmıştır. Enerji hasat sisteminde havadaki elektromanyetik dalgaları toplayan antenlerin parametreleri, bazı antenlerin tasarımlarında kullanılan hesaplamalar, antenin çalışma verimliliğini etkileyen faktörler incelenmiştir. Anten tarafından toplanan enerjinin en verimli şekilde yükseltici ve doğrultucu devrelere iletilmesi için gerekli empedans uygunlaştırma teknikleri gösterilmiş, yükseltici ve doğrultucu devreleri ve devrelerde kullanılan MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistörlerin yapısın ve çalışma bölgeleri açıklanmış aynı zamanda akım pompası devresinin çalışma şekli anlatılmıştır. Son bölüm ise havadaki serbest RF dalgalarından enerji hasat eden sistemin sahip olduğu anten, empedans uygunlaştırma, yükseltici ve doğrultucu devrelerinin kalite faktörlerinin enerji hasat sisteminin verimliliğine olan etkilerinin anlatılmasını kapsamaktadır.

In our thesis, RF energy harvesting efficiency factors have been analyzed. Critical point of thesis is analyzing of components which are used for RF energy harvesting systems. On the other hand, macro energy harvesting systems which have longer history than micro energy harvesting systems have been refered. Micro and macro energy harvesting systems have been explained by giving examples. RF sources can be used in energy harvesting systems have been compared. Distribution of RF waves from the source of the electromagnetic waves to catch this wave of energy on the host with the help of the appropriate antenna in the most efficient way to collect and take losses to the minimum level and the amplifier are forwarded to the rectifier circuit is provided. Analyzing effective factors of waves produced by RF energy source which is being spread in the air, The amount of energy carried by the waves from the source and received by the energy harvesting system have been calculated and compared each other. Causes of the energy losses between sent and received singals are discribed. Parameters of antennas which are used for collecting electromagnetic waves in the air, design parameters of some antennas and the factors affecting the efficient of antenna are showed. Impedance matching techniques for the most efficient way of transmitting energy collected by anttena to rectifier circuit are explained. Rectifier circuits, MOS stucture and operation modes of MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor are examined besides that work principles of current pump are showed. At he last chapter of thesis includes the explanation of how quality factors of each network components (antenna, impedance matching network, rectifier circuits) effect the efficiency of energy harvesting system.