I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   15 ,   N o .   1 J ul y   201 9 ,   pp .   3 14 ~3 23   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 5 .i 1 . pp3 14 - 3 23             314       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i ae s c or e . c om / j our na l s / i nde x . php/ i j e e c s   W i r e l e ss c h a r g i n g   sy st e m   u si n g   sp e c t r a l   e n e r g y   h a r v e st i n g   t e c h n i q u e       C h an d r as e k h a r an   N atar aj,   M ah s o om   R as e e n   A b d u l   C ar e e m ,   R av i   La k s h m an an ,     S ath i s h   K u m ar   S e l v ap e r u m al ,   R ae d   A b d u l l a   F a c ul t y   of   Co m put i n g ,   E n g i n e e r i ng  a n d   T e c hn o l o gy ,   A s i a   P a c i f i c   U n i v e r s i t y   (A P U ),   M a l a y s i a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e M a r   1 4 ,   2 018   R e v i s e J ul   2 3 ,   201 8   A c c e pt e J a n   12 ,   201 9       T hi s   pa p e r   p r e s e n t e t h e   e n e r g y   ha r v e s t e r   c i r c ui t   t o   e na b l e   w i r e l e s s   c ha r g i ng  m e t ho d.   T h e   w i r e l e s s   R F   s pe c t r um   i s   a bu nda n t   a n po t e n t   i t he   pub l i c   l o c a t i o ns ,   w h i c c a be   us e f o r   e ne r gy   ha r v e s t i ng   pur po s e .   T h i s   i s   s uppo r t e d   by   t he   f a c t   t ha t   R F   s i g na l s   a r e   u bi q ui t o us   a n do   no t   r e qui r e   pr o pa g a t i o m e di a   o f   a ny   s o r t .   T he   s y s t e m   i s   de v e l o pe us i ng   o pt i m a l   a n t e nna ,   m a t c hi ng   c i r c ui t   a nd   c ha r g e   pum c i r c ui t .   T he   2x2   a r r a y   t y pe   pa t c a nt e nn a   o pe r a t e a t   924  M H z   i s   de s i g ne a nd  s i m u l a t e us i ng   H i g F r e que nc y   S i m u l a t o r .     T he   a n t e n na   w o r ks   a s   a   t r a ns duc e r   t o   c a pt ur e   a nd  m e a s u r e   t he   R F   s i g na l s   f r o m   f r e e l y   a v a i l a b l e   e n e r g y   s o ur c e .   T he   f i e l s t u dy   w a s   c o nduc t e a t   t hr e e   di f f e r e n t   h i g hl y   p o pul a t e l o c a t i o ns   s uc a s   p l a c e   o f   e duc a t i o n,   pl a c e   o f   r e s i de nc e ,   a n pl a c e   o f   t r a ns po r t   us i ng   S o f t w a r e   D e f i n e R a d i o   ( S D R ) .     T he   r e s pe c t i v e   a c qui r e d   R F   e ne r gy   v a l ue s   a r e   - 10. 45  dB F S   ( m o r ni n g ) ,   - 10. 45   dB F S   ( no o n) ,   a nd  - 13 . 3 dB F S   ( n i g ht )   a t   t h e   p l a c e   o f   t r a ns po r t   f o r   t h e   de m o ns t r a t i o pu r po s e .   T h e   a nt e nna   pa r a m e t e r s   s t udy   a l s o   c o nd uc t e a nd   pr o v e t ha t   t he   a n t e n na   g a i i s   g oo w hi c i s   g r e a t e r   t ha 6 . d B   a nd  a l s o   r e t ur l o s s   g r e a t e r   t ha - 43 dB .   I a dd i t i o n,   c ha r g e   pum c i r c ui t   i s   de s i g ne a nd  s ho w t o   be   c a pa bl e   o f   b o o s t i ng   t he   vo l t a g e   m o r e   t ha 2. V   e a s i l y   a t   t he   di f f e r e n t   f r e qu e nc i e s   f o r   w i r e l e s s   c ha r g i ng   pu r po s e .   Ke y w or ds :   Cha r ge   p um p   c i r c ui t   P a t c a rr a y   a n t e nna   S D R   s h a r p   S pe c t r a l   e n e rgy   h a r v e s t i n g   W i r e l e s s   c h a r g i n g   C opy r i gh t   ©   201 9   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   Cha n d ra s e k h a ra n   N a t a r a j ,     F a c ul t y   of   Co m put i n g ,   E n g i n e e r i ng  a n d   T e c hn o l o gy ,     A s i a   P a c i f i c   U n i v e r s i t y   (A P U ),     57000  K ua l a   L um pu r,   M a l a y s i a .   E m a i l :   c ha n de r @ a pu . e du. m y         1.   I N TR O D U C TI O N   Cha r g i n o f   e l e c t r o n i c   ga dge t s   h a v e   be e n   e v o l v e f r o m   di r e c t l y   pl uggi n t h e   c ha r ge r   t o   t h e   s o ur c e   w i t h   t h e   us a ge   o f   m i c r o - U S B   c a b l e s   t o   s uppl y   t h e   po w e r .   T h e   t r e n i n   t h e   a dv a n c e m e n t   o f   pow e r   b a nks   f o r   m o v a b l e   o r   f l e xi b l e   c h a rgi n g   r e di r e c t e o ur  i nt e r e s t   t o w a r ds   w i r e l e s s   pa a n d   c a b l e - l e s s   c h a r g i n g .   N o w a da y s   c a b l e - l e s s   c h a rgi n g   s y s t e m s   a r e   i h i g de m a n d ue   t o   i n c re a s e us a ge   o f   p o r t a b l e   t i n y   de v i c e s   [1].   I t h e   n e a r   f ut u r e ,   c a b l e s   a r e   l i ke l y   t be   n o n - e xi s t e nt   f o r   c h a r g i n g   a nd  t h e   us e   o w i r e l e s s   pa ds   w o u l e m e r ge   i n t o   t r e n d .   It   i s   t h e   c a b l e - l e s s   t e c h n i que   t o   t ra n s f e r   po w e r   b e t w e e n   t w r e m o t e l y   l oc a t e c o i l s   o r   a n t e nna s .   Co m m o n l y ,   w i r e l e s s   p ow e r   t ra n s f e r   ha s   b e e n   a t t a i n e t hr o ugh   t hr e e   t e c hni que s   s uc h   a s   i n duc t i v e   c o upl i n g ,   c a pa c i t i v e   c o upl i n g   a n d   r e s o n a nt   c ha r gi ng  [ 2].     In d uc t i v e l y   c o upl e t r a n s f e r   t e c hni que   i s   qu i t e   po pul a r   i n   w h i c h   i nduc t i v e   c o i l s   a n e l e c t r o de s   a r e   e m pl oy e d   f o r   w i r e l e s s   c h a r gi ng  [3].   A   c a pa c i t i v e   c o upl i n t r a n s f e r s   pul s e s   f r o m   o n e   po r t i o n   o t h e   c i r c ui t   t a n o t h e r   us i ng  a   c o upl i n c a pa c i t o r   c o nn e c t e i n   s e ri e s   be t w e e n   t w o   c i r c ui t s .   T hi s   p r o c e s s   of fe r s   h i g h   i m pe da n c e   t o   t h e   D v o l t a ge   a n l o w   r e s i s t a n c e   fo r   A s i g n a l s   [4].   R e s o n a n c e   c o upl i n g   a l s o   us e s   t h e   i n duc t i v e   p r i n c i p l e   b ut   i t   i s   a b l e   t o   t r a n s f e r   m a xi m um   po w e r   a t   t h e   r e s o n a n c e   f r e que n c y .   A   r e s o n a nt l y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       W i r e l e s s   c har gi ng  s y s t e m   us i n s p e c t r a l   e n e r gy   har v e s t i ng  t e c hni q ue   ( Chandr as e k har an   Nat ar aj )   315   c o upl e i n duc t i v e   pow e r   t ra n s f e r   s c h e m e   i s   t y pi c a l l y   a do pt e fo r   t h e   R a di o   F r e que n c y   (RF w i r e l e s s   pow e r   t r a n s f e r   a pp l i c a t i o n s   s uc a s   b i o m e di c a l   i m p l a nt s ,   R F ID   t a gs   a n d   m o b i l e   ph o n e   c ha r g i n g   [5 - 7] .     W P T   f o r   m o b i l e   ph o n e s   w a s   a c hi e v e b y   t h e   m e a n s   o f   e l e c t r o - m a g n e t i c   i n duc t i o n   t h a t   ha r v e s t   t h e   e n e r gy   f r o m   a   c urr e nt   s o ur c e   [8].   T h e   s y s t e m   i s   l i m i t e due   t o   t h e   r e qui r e m e nt   o f   a   s o ur c e ,   w h i c h   e v e n t u a l l y   l i m i t s   t h e   d i s t a n c e   o f   c h a r gi ng,   r e s ul t i n i n   n o n - f e a s i b l e   a n u n c o m f o r t a b l e   us e   of   m o b i l e   ph o n e s   w h i l e   c h a r g i n g .   A s   a   s o l ut i o t o   t hi s ,   e n e r gy   h a r v e s t i n w a s   de t e r m i n e t o   b e   f e a s i b l e   fo r   i t s   c a p a b i l i t y   of  ha rn e s s i n s u rr o un d i n s o ur c e s   [9].   A s   s uc h   t h e   s o l a r   e n e rg y   h a r v e s t i ng  t e c hn i que   w a s   pr o po s e due   t o   i t s   r e n e w a b l e   a n d   u nr e s e r v e a s pe c t s   [10] .   B ut   t h e   s uc c e s s   of   s o l a b a s e e n e r gy   h a r v e s t i n w i l l   b e   c o n t i n ge n t   w i t h   p r e s e n c e   of   l i g h t   s o u r c e ,   pl a c e ,   w e a t h e r   a n t i m e ,   i . e . ,   l i m i t e i n   t e rm s   o f   a v a i l a b i l i t y   a n d   a c c e s s i b i l i t y .   S ub s e que n t l y ,   e n e r gy   h a r v e s t i n w a s   e xpl o r e a b o ut   a m b i e n t   (f r e e l y   a v a i l a b l e e n e r gy   s o ur c e s ,   w h i c h   i s   f r e que n t l y   a v a i l a b l e   unl i ke   w i n d,   s o l a r ,   h y dr o   e t c .   A   t h e rm o e l e c t r i c   e n e r gy   h a r v e s t i n w a s   p r o po s e t ha r v e s t   t h e   po w e r   f r o m   t h e   h u m a n   b o d y   h e a t   f o r   m o b i l e   c h a r gi ng  [11] .   T h e   h u m a b o d y   w a s   de t e r m i n e t o   ge n e ra t e   v e r y   l ow   vo l t a ge   r e s ul t i n i n   n o n - v i a b i l i t y   f o r   c h a r gi ng  pu r po s e s .   S i m i l a r   r e s ul t s   w e r e   ob s e r v e d   us i n o t h e r   ha r v e s t i n m e t h o ds   by   m e a n s   o f   m o b i l e   ph o n e   h e a ds e t s   [1]  a n d   B l ue t o o t h   t e c hn o l o g y   [12].     T h e   R F   s pe c t r um   b a s e s t udy   w a s   c o n duc t e i n   a   c i t y   c e nt e a n d   s a m pl e s   a c qu i r e h a v e   s h o w n   pr o f i c i e n t   r e s ul t s   o f   pr o v i di n h i g h e r   e f f i c i e n c y   o pow e r   t r a n s f e r   [13] .   T hi s   t e c hn i que   i s   ob s e r ve t o   be   a ppl i e f o r   R a di o   F r e que n c y   Ide n t i f i c a t i o (R F ID f o r   b a t t e r y - f r e e   pr o gr a m m i n g   pl a t f o r m s   a n a l s o   i U H F   R F ID   s y s t e m s   [14 a c h i e v i n 16 3 0%  e f f i c i e n c y .   T o   a t t a i n   hi g h e r   po w e r   t r a n s f e r   e f f i c i e n c y   f r o m   2G   G l ob a l   S y s t e m   fo r   M ob i l e   c o m m u n i c a t i o n s   (G S M s pe c t r u m   due   t o   i t s   a b u n da nt   us a ge ,   t h e   c h a rge - pum e l e c t r o ni c   c i r c ui t   w a s   de s i g n e a nd  i m p l e m e nt e [15 ].   A s   2G   G S M   l i m i t s   t o   o n e   p a r t i c ul a r   b a n o f   s pe c t r um   s o   t h a t   t hi s   ki n o f   h a r v e s t e s y s t e m   c a n   p r o duc e   a   ra n ge   o f   h i g h e r   e n e rg y   h a r v e s t i n e f f i c i e n c y   r a t e s   a n s i g n a l   s t r e n gt us i n O m ni - d i r e c t i o n a l   a nt e nn a s   [16 ].   W h e n   c o m pa r e t o   c on v e n t i o na l   m o n o po l e   a nt e nna s ,   m i c r o   s t ri p a t c ha s   n u m e r o us   a dv a n t a ge s   s t h a t   i t   i s   a do pt e fo r   w i de   r a ng e   of   a ppl i c a t i o n s   s uc h   a s   m o b i l e   c o m m uni c a t i o n   a n s a t e l l i t e   a i r c ra f t s   [17] .   In   a   n ut s h e l l ,   i n duc t i v e   a n c a p a c i t i v e   c o upl i n t e c hn i que s   w e r e   c o n s i de r e v i a b l e   f o r   w i r e l e s s   c h a r g i n g .   H ow e ve r   s e l f - l i m i t a t i o n   o f   t h e s e   t e c hn i que s   i s   t h e   r e qui r e m e nt   o f   i nput   s uppl y   s o ur c e .   It   m a ke s   t h e   s y s t e m   t o   be   a   b i t   c o s t l i e r   a nd  a m o unt   o f   p ow e r   t r a n s f e rre i s   r e s t r i c t e w i t h   t h e   a b i l i t y   of   i n put   s up pl y   s o ur c e .   T h e   R F   b a s e e n e r gy   h a r v e s t i n i s   b e i n g   c o n s i de r e a s   a   s t a ndby   t e c h n i que   t o   a c c o m pl i s h   t h e   w i r e l e s s   pow e r   t ra n s f e r   b e t w e e n   r e m o t e l y   l oc a t e c i r c ui t s   w i t h o ut   i nput   s o u r c e .   T h e   p ri n c i pl e   i de a   b e h i nd  t h i s   e n e r gy   h a r v e s t i n s c h e m e   i s   c o n duc t e us i ng  a m b i e n t   (f re e l y   a v a i l a b l e R F   e n e r gy   f i e l i n   t h e   f r e e   s pa c e .   R F   pul s e s   a r e   ge n e r a t e f r o m   a m b i e n t   e n e r gy   us i n o m ni di r e c t i o na l   a nt e nn a   a n f ur t h e r   p r o c e s s e d   f o r   ha r v e s t i n g   e n e rgy   w i t h o ut   w i r e s .     T h i s   pa pe r   p r e s e n t s   ra d i o   f r e que n c y   a n t e nna   p ri n c i p l e   t o   c ha r ge   po rt a b l e   e l e c t r o n i c   g a dge t s   us i n g   a m b i e nt   e n e r gy   s c a v e n gi n t e c hn i q ue .   T h e   f e a s i b i l i t y   a n c o n s i s t e n c y   of   t h e   e xi s t i n R F   s pe c t r u m   f o r   e n e rg y   ha r v e s t i n i s   i n v e s t i ga t e d.   A n   o pt i m a l   a nt e nna   w a s   de s i gn e t o   c a pt u r e   R F   s i gn a l s   f r o m   a m b i t i o us   e n e r gy   s o ur c e .   A   c h a r ge - pu m c i r c ui t   i s   de s i g n e t o   pr o c e s s   c a pt ur e s i g na l s .   T h e   n e c e s s a r y   pa r a m e t e r s   f o r   t h e   de s i gn   c o m pl e t i o n   w e r e   e xe c ut e us i n A n s o f t   H F S S   s of t w a r e   w i t h   D e s i gn e r   s ui t e ,   a n D i pt ra c e   t a t t a i n   s i m ul a t i o r e s ul t s   t o   v e r i fy   t h e   p r o duc t   f e a s i b i l i t y .   T h i s   p a pe r   i s   o r g a n i z e a s   f o l l ow s :   S e c t i o n   2   de s c r i b e s   t h e   s y s t e m   de s i gn   i n v o l ve w i t h   R F   e n e r g y   ha r v e s t i n g   a nd  a l s o   pr e s e nt e t h e   n e c e s s a r y   de s i gn   c a l c ul a t i o n s .   E xpe ri m e nt a l   r e s ul t s   b a s e o n   t h e   s t r e n gt o t h e   a m b i e nt   e n e r gy   f i e l s t ud y ,   a n t e nna   de s i g n   s i m u l a t i o n s ,   c h a r ge - pu m s i m ul a t i o n   a nd  i m pe d a n c e   m a t c hi n g   a r e   e xp l o r e i n   t h e   S e c t i o 3 .   A t   t h e   e n d ,   m a j o r   c o n c l us i o n s   o f   t h i s   w o r a r e   hi g hl i g ht e d.         2.   S Y S TE M   D ES I G N   A N D   I TS   C A LC U LA TI O N S   T h e   pr o po s e s y s t e m   c o n s i s t s   t w o   m a j o r   s e c t i o n s   s uc h   a s   R F   e n e r gy   h a r v e s t i n s e c t i o n   a n c h a rge   pum c i r c u i t .   F i g u r e   s h o w s   t h e   b l o c di a gra m   o f   RF   e n e r g y   h a r v e s t i n s y s t e m .   T h e   f i r s t   t e rm i na l   de v i c e   i s   t h e   a n t e nna   w h i c h   i s   us e t o   c o l l e c t   t h e   R F   pul s e s   f r o m   t h e   f r e e l y   a v a i l a b l e   R F   f i e l a t   t h e   po pul a t e pl a c e s .   T h e   a n t e nna   i s   us e t o   c o n v e r t   R F   s i gn a l s   i nt o   A pul s e s   o n   t h e   f r e que n c y   s p e c t r um   t ha t   i s   h a r v e s t e d.     T h e   c o l l e c t e R F   s i gn a l   i s   n o t   m uc h   e n o ugh  t o   s upp l y   t h e   po w e r   t o   t h e   l o a a n d   h e n c e   n e e de t o   b e   e n ha n c e w e l l .   A   c ha r ge   p um p   c i r c ui t   i s   us e h e r e   t o   e nh a n c e   t h e   c a pt ur e s i g na l .   It   i s   a n   e l e c t r o n i c   c i r c ui t   t h a t   c o n s i s t s   of   r e c t i f i e r   a n v o l t a ge   do ub l e r   t o   ge n e r a t e   t h e   s uf f i c i e n t   dc   s i g n a l   t o   pow e r   up  t h e   l o a d.   T h e   r e c t i f i e s i g n a l   i s   pa s s e i nt o   t h e   IC  7 56  b a s e v o l t a ge   do ub l e r   c i r c ui t   t o   s t e p - up  t h e   v o l t a ge   up  t o   2. 4V   w h i c h   i s   t h e   m i ni m u m   r e qui r e m e n t   f o r   p ra c t i c a l   us a ge .   Th e   c ha r ge   pu m p   c o n t a i n s   a   Co c kr o f t - W a l t o m ul t i p l i e r   c i r c ui t   w hi c i s   us e t o   b oo s t   t h e   s i g na l   b a s e o n   t h e   a s s i g n e n u m b e r   o f   s t a ge s .   A s   t h e   v o l t a ge   m a y   n o t   b e   s t a b l e   a s   e xpe c t e a n m i g ht   f l uc t ua t e ,   M A X   756  IC  w a s   i m pl e m e n t e t o   r e duc e   t h e   f l uc t ua t i o n   a n d   m a ke   s us t a i n e po w e r   a t   t h e   c ha r ge   po rt .   I t   a l s o   c o n t a i n s   t h e   m a t c h i ng  c i r c ui t   f o r   i m pe da n c e   b a l a n c i n g.   T h e   f r e que n c i e s   p r o po s e t o   h a r v e s t   w e r e   2G   G S M   (850 - 950  M H z ),   3G   G S M   (2. G H z ),   W i - F i   b a n (2 . 45  G H z a n W i - F i   b a n (5  G H z a s   a   r e s ul t   o f   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   15 ,   N o .   1 J ul y   201 9   :     3 1 4   -   3 2 3   316   ov e r w h e l m i n us a ge   due   t o   a b un da n c e   i n   c us t o m e r s .   I pra c t i c e ,   pa t c h   a nt e nna s   w e r e   c o n s i de r e f o r   ha r v e s t i n due   t o   i t s   o m n i d i r e c t i o n a l   a n c o m pa c t   f e a t ur e   [13].   B ut   t h e   ga i n   o f   t h e s e   a n t e nna s   a r e   n o t   s uff i c i e n t   t o   h a r v e s t   t h e   R F   s i gna l s   f r o m   t h e   f r e e   s pa c e   e n e rg y .   H e n c e   a   2x2  A r ra y   a n t e nn a   i s   de s i g n e a n d   pr o po s e a s   c o n j o i n e pa t c h e s   t o   a t t a i n   h i g h e r   ga i n   f o r   be t t e r   s i g na l   r e c e pt i o n .   T h e r e f o r e   pa t c h   a rr a y   i s   de s i gn e a n d   s i m ul a t e d   f o r   go o s i gna l   s t r e n gt f e a s i b i l i t y .   F i gu r e   2   s h o w   P a t c h   a nt e nna   l a y o ut .       Mu l t i b a n d   A n t e n n a ( R F   t o   A C   c o n v e r s i o n ) I mp e d a n c e   Ma t c h i n g   C i r c u i t R e c t i f i e r   ( A C   t o   D C ) S mo o t h e r   C i r c u i t Ma x   7 5 6   IC ( s t e p   u p   v o l t a g e ) C h a r g i n g   D e v i c e C o c k r o f t - W a l t o n   Mu l t i p l i e r C h a r g e - P u m p   C i r c u i t     F i gu r e   1 .   B l o c di a g r a m   o f   e n e r gy   h a r v e s t e r   c i r c u i t           F i gu r e   2 .   P a t c h   a n t e nna   l a y o ut       3. 1 .       P at c h   A r r ay   A n te n n a   D e s i gn   H e r e   t h e   v a r i a b l e s   W a n L r e pr e s e nt s   l e ngt h   a n w i dt h   o f   t h e   a n t e nn a   s t ruc t u r e .   T h e   v a r i a b l e   E r e p r e s e n t s   d i e l e c t ri c   c o n s t a n t   a nd  H   r e pr e s e nt s   s ub s t r a t e   t h i c kn e s s .   T h e   a nt e nna   s t r uc t u r e   c a n   b e   de t e r m i n e d   by   us i n c o n v e n t i o na l   a nt e nna   de s i g n   f o r m u l a   [ 18] .   H ow e v e r ,   s i n g l e   pa t c h   a nt e nna   do e s   n o t   ha v e   e n o ugh  ga i t o   c o l l e c t   a n d   p r o c e s s   t h e   R F   s i gna l   f r o m   t h e   f r e e l y   a v a i l a b l e   s pe c t r u m .   H e n c e   t h e   m i c r o   s t ri p a t c h   a n t e nn a   a rr a y   i s   de s i gn e a n s i m ul a t e t o   h a r v e s t   t h e   m a xi m um   s i g na l   t o   s uppl y   p ow e r   t o   t h e   r e s i s t i v e   l o a ds .   T h e   a rr a y   a nt e nna   m o de l   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   d i s pl a y i n t he   pa ra m e t e r s   us e f o r   e a c h   di v i s i o n.   A   2x2  a rra y   a n t e nn a   w a s   c o n s t r uc t e w i t h   r e c t a n gu l a r   p a t c h   a nt e nn a s .   T h e   de s i gn   c a l c ul a t i o n s   a n p a ra m e t e r   s e t t i ngs   of  a rr a y   pa t c h   a nt e nna s   w e r e   s i m i l a r   t o   w h a t   i s   de s c r i b e i n   t h e   pr e v i o us   s e c t i o n   of  s i n gl e   pa t c h   a nt e nn a   de s i g n.   H ow e ve r   t h e   f e e i m pe da n c e   o f   100  Ω   i s   us e i n   t h e   a rra y   a nt e nna   i n s t e a o f   50  Ω .   I t h e   c a s e   o f   a rra y   a n t e nn a s   i n   w h i c h   t h e   p a t c h   a nt e nn a s   a r e   t o   b e   f e d,   t h e   10 Ω   f e e de r   l i n e s   a r e   t r a n s f o r m e i nt o   50  Ω   o n e s ,   by   us i n a   qu a r t e r   w a v e   t ra n s f o r m e w i t h   a   qu a r t e r   w a v e   l e ngt a n d   m a t c h e i m pe d a n c e   of   70. o h m s     ( . . Z 7 70 1 0 0 50 0 ).   A nt e nn a   D e s i g n   P a r a m e t e r s   f o r   S i m ul a t i o n   a s   s h o w n   i T a b l e   1.       T a b l e   1 .   A nt e nna   D e s i g n   P a ra m e t e r s   f o r   S i m ul a t i o n   P a ra m e t e r s   V a l u e   D i e l e c t r i c   c o n s t a n t   ( E r)   4 . 4   D i e l e c t r i c   s u b s t ra t e   t h i c k n e s s   ( h )   0 . 8   m m   F re q u e n c y   (i n   G H z )   0 . 9   /   2 . 1   /   2 . 4 5   /   5   In p u t   i m p e d a n c e   ( z )   50Ω       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       W i r e l e s s   c har gi ng  s y s t e m   us i n s p e c t r a l   e n e r gy   har v e s t i ng  t e c hni q ue   ( Chandr as e k har an   Nat ar aj )   317       F i gu r e   3 .   2x A rra y   a nt e nna   l a y o ut       T h e   100  Ω   l i n e s   i s   a g a i n   c o n v e r t e b a c t o   50  Ω   o n e s   w h i c h   a r e   t h e n   s pl i t   a ga i n   t o   f e e t h e   i n di v i du a l   p a t c h   a nt e nna s .   T h us ,   t h e   f e e of   e a c h   pa t c h   i s   10 Ω .   I n   a dd i t i o n,   e a c h   p a t c h   i s   f e by   t h e   f e e de r s   of   t h e   s a m e   l e n g t h   w hi c h   e n s u r e s   f e e di n w i t h   s a m e   p ha s e   i nt o   e a c h   p a t c h .   T h e   c l e a r a n c e   b e t w e e n   e a c h   pa t c w a s   s e t   t o   0. ,   w hi c m i ni m i z e s   t h e   i nt e r f e r e n c e   i t h e   ra di a t i o o f   e a c h   p a t c h .     3. 2 .       C h a r ge   P u mp   C i r c u i D e s i gn   T h e   Co c kr o f t - W a l t o n   m ul t i p l i e r   w a s   f o un t o   b e   t h e   m o s t   s u i t a b l e   v o l t a ge   m ul t i p l i e r   c i r c ui t   a nd  a l s c o m m o n l y   a do pt e fo r   a m p l i f i c a t i o n   c i r c u i t ri e s   [19].   F i gu re   s h o w s   t h e   P CB   l a y o ut   of   m ul t i p l i e r   c i r c ui t ,   w h i c h   c o n s i s t s   o f   c a s c a de s t a ge s   of   di o d e s   a n c a pa c i t o r s   t h a t   h e l ps   t o   r e c t i fy   a n b oo s t   t h e   v o l t a ge   ha r v e s t e by   t h e   a nt e nna   a t   t h e   i nput .   T h e   c a pa c i t o r   c a l c u l a t i o n   i s   us e t o   de t e rm i n e   t h e   n u m b e r   o f   s t a ge s   a nd  o ut put   v o l t a ge .   T a b l e   s h o w   c a pa c i t a n c e   de s i g f o r   d i f fe r e nt   f r e que n c y   b a n ds .   T h e   e xp r e s s i o n   f o r   t h e   v o l t a ge   r i ppl e   a n d   v o l t a ge   d r o i s   gi v e n   a s   f o l l ow s :     2 1 ) N ( N fc I V L   (1)     W h e r e   N   i s   t h e   n u m b e r   o f   c a pa c i t o r s   us e d.     T h e   o pt i m um   n u m b e r   o f   s t a ge s   i s   c a l c ul a t e b y   t h e   f o l l ow i ng  f o r m ul a ,     I fC V n max op t   (2)     n × 2 × V = V in o u t   (3)     T h e   o ut put   v o l t a ge   w o ul b e ,   V + V - V = V m a x o u t   (4)     1 ) } + (n 2 f C I + 1) - 3n + ( 4 n   6 f C I - n { 2 V = V 2 m a x O   (5)     By   s o l v i n t h e   a b o ve   (6) ,     0 = I   4V + ) f I ) C   9V - ( ( 1 6 V + C f 16V m a x 0 2 m a x 2 2 3 0   (6)     T h i s   i s   i n   t h e   f o r m   o f   qua d r a t i c   na t u r e   a nd  c a b e   s o l ve us i ng  t ra di t i o n a l   f o r m u l a   a s   f o l l ow s :     2a 4 a c ) - (b ± b -    = x 2   (7)     R e w r i t i n g   t hi s   e qu a t i o n   b y   s ubj e c t i n g   t h e   c a pa c i t a n c e   C   f r o m   p r e v i o us   e qua t i o n,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   15 ,   N o .   1 J ul y   201 9   :     3 1 4   -   3 2 3   318   . ) f I 9V - 2 ( 1 6 V ) I V )( f 16V ( ) fI ) 9V - ( ( 1 6 V ± ) f I ) 9V - ( ( 1 6 V -    = C 0 m a x 2 m a x m a x 3 0 m a x 2 0 m a x 2 4 4 2 2   (8)       T a b l e   2 .   C a pa c i t a n c e   D e s i g f o r   D i f f e r e n t   F r e que n c y   B a n ds   N a m e   o f   Ba n d   F re q u e n c y   Ca p a c i t a n c e   2 G   G S M   9 0 0   M H z   6 . 8 n F / 3 3 p F   3 G   G S M   2 . 1   G H z   2 . 7 n F / 1 5 p F   Wi - F i   Ba n d   1   2 . 4 5   G H z   2 . 3 n F / 1 3 p F   Wi - F i   Ba n d   2   5   G H z   1 . 1 n F / 6 p F       3. 3 .       M at c h i n g   C i r c u i D e s i gn   T h e   M a t c hi n c i r c ui t   e n s u r e s   t h a t   t h e r e   i s   m i n i m a l   r e f l e c t i o a n m a x i m u m   po w e r   t ra n s f e r   f r o m   t h e   a n t e nn a   t o   t h e   c o r e   c i r c ui t .   A   s i m pl e   R L c i r c ui t   i s   us e a s   a   m a t c h e c i r c ui t   b e t w e e n   s o ur c e   a nd  l o a f o r   a c hi e v i n b e t t e r   pe r f o r m a n c e .   H e r e   a rra y   a n t e nna   a n c h a r ge   pum c i r c ui t   a r e   b e i n c o n s i de r e a s   s o ur c e   a n l o a r e s pe c t i v e l y .           F i gu r e   4 .   C ha r ge   pum c i r c ui t   P CB   l a y o ut       3. 4 .       En e r g H a r v e s te r   D e s i gn   T h e   v o l t a ge   ge n e r a t e a t   t h e   n e xt   s t a ge   o f   c h a rge   pum c i rc ui t   i s   us ua l l y   r e f e r r e a s   R F   h a r v e s t e r .   P r a c t i c a l l y   D e c i be l s   r e l a t i v e   t o   F ul l   S c a l e   (dB F S i s   us e t o   m e a s ur e   t h e   f i e l i n t e n s i t y   a n a l s o   m a xi m um   i n put   po w e r   r a t i n o f   t h e   S of t w a r e   D e f i n e R a di o   (S D R i s   10  dB m ,   i . e . ,   10  dB m   i s   t h e   f ul l   s c a l e   de f l e c t i o n   (0  dB F S fo r   t h e   S D R   a c c o r di n t o   t h e   R e gi s t e r   T ra n s f e r   L e ve l - S of t w a r e   D e f i n e R a di o   (R T L - S D R)   da t a s h e e t   [20]  a n h e n c e   d B F s d B m 0 10   a n dB d B m 30 0 .   T h e   f e a s i b i l i t y   s t ud y   c o n duc t e fo r   924  M H z   us i n t h e   S D R   w a s   r e a t o   b e   - 10  dB F S   s o   t ha t   t h e   s c a l i n c a b e   e xpr e s s e a s   f o l l ow s :     d Bm d Bm d BF S 10 10 10 0     (9)     d B m d B F S 0 10   (10)     T h e   po w e r   e qua t i o n   i s   g i v e n   i n   t e rm s   o f   dB m   a s mW P l o g P d B m 10     mW P P d B m mW 10 10 a n h e n c e mW P mW 1   (11)     T h e   po w e r   a c c o r di n g   t o   t h e   O h m ’s   l a w ,       R V P 2 a n d PR V   (12)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       W i r e l e s s   c har gi ng  s y s t e m   us i n s p e c t r a l   e n e r gy   har v e s t i ng  t e c hni q ue   ( Chandr as e k har an   Nat ar aj )   319   In   t h e   (12) ,   t h e   v a r i a b l e   r e f e r s   t a n   a c h i e v e r a di a t i o n   r e s i s t a n c e   of  t h e   a n t e nn a .   S i m i l a r l y   i n   a n o t h e c a s e   o f   920  M H z   t h e   S D R   h a r e a d   up   t o   6 dB F S   w h i c h   i s   j us t i f i e us i ng  t h e   f o l l ow i n g   e qua t i o n s .     d Bm d Bm d BF S 6 10 6 0   (13)     d B m d B F S 4 6   (14)     mW P l o g d B m 10 4   a n d   h e n c e   mW . P mW 5 1 2 2   (15)     V . . . V 6 0 61 1 6 0 10 5 1 2 2 3   (16)     T h e   r e s ul t s   - 10  dB F S   a n d   - dB F S   a r e   p r o v e n   t o   b e   a c h i e v e i n   T a b l e   4   un de r   S e c t i o n   3   a n h e n c e   t h e s e   v a l ue s   a r e   us e i n   t h i s   s y s t e m   de s i gn .   V o l t a ge s   a c h i e v e d   fo r   o t h e r   dB F S   v a l ue s   w e r e   c o m put e a n d   l i s t e i n   T a b l e   a s   w e l l .   It   i s   m a i n t a i n e w i t h   t h e   us e   o a   uni f o r m   i n pu t   v o l t a ge   0. V   fo r   t h e   s i m u l a t i o n   t c o m put e   h a r v e s t e vo l t a ge   of   t h e   de ve l o p e s y s t e m   [7].   I n   a ddi t i o n,   a   M A X   756  I n t e g ra t e Ci r c u i t   (IC)  w a s   i m p l i e a s   a   v o l t a ge   b o o s t e r   t o   s t a b i l i z e   a n d   c o n di t i o t h e   ha rv e s t e pul s e s .         3.   TES TI N G   A N D   R ES U LTS   A N A L Y S I S   T h e r e   w e r e   f o ur   di f f e r e n t   t e s t s   s uc h   a s   t h e   m e a s u r e m e n t   o s pe c t r u m   a v a i l a b i l i t y ,   m e a s ur e m e nt   o ga i n   a n r e t u rn   l o s s   o a n t e nna ,   m a t c hi n c i r c ui t   a n o ut p ut   v o l t a ge   m e a s ur e m e nt   o f   c h a r ge - pu m c i r c ui t   w e r e   c o n duc t e t o   e n s u r e   t h e   s y s t e m   f e a s i b i l i t y   a n d   e ff i c i e n c y .   In   o r de r   t o   de s i gn   t h e   h a r v e s t e r   c i r c ui t ,     t h e   i n v e s t i ga t i o n   a n i de n t i f i c a t i o n   o f   f r e e l y   a v a i l a b l e   RF   s pe c t r um   i s   t h e   m o s t   s i g n i f i c a n t   p a r t .   T h e   R T L   S D R   i s   b e i n us e t o   s t ud y   t h e   s pe c t r u m   i n   ge n e r a l   a r e a s .   S D R   i s   a   de v i c e   t h a t   c a n   b e   pl ugge i nt o   a n y   c o m put e r   a n c a n   a n a l y z e   t h e   s urr o u n di ng  s i g n a l s   o f   t h e   s pe c t r u m   w i t h   t h e   h e l o f   S D R   S h a r s o f t w a r e ,   w h i c i s   b a s i c a l l y   a   pl a t f o r m   t o   r e a d   t h e   S D R   de v i c e .   In  t hi s   w o r k,   t h e   f i e l s t udy   w a s   c o n duc t e a t   t hr e e   di f fe r e nt   l o c a t i o n s   w hi c i s   hi g hl y   po pul a t e d,   s uc h   a s   p l a c e   of   e duc a t i o n   (A s i a   P a c i f i c   U n i v e r s i t y ,   B uki t   J a l i l ),   pl a c e   of   r e s i de n c e   (O n e   S o ut h   a p a r t m e nt s ,   S e r d a n g)  a n d   pl a c e   of   pub l i c   t ra n s po rt   (L R T   s t a t i o n,   B uki t   J a l i l ).   T o   e xpl o r e   t h e   c o n c e pt   o s pe c t r um   de t e c t i o n,   t h e   de t e c t e R F   s p e c t r um   a n d   i t s   e n e rgy   l e v e l s   a t   o n e   o t h e   a f o r e m e nt i o n e l o c a t i o n s   (B uki t   J a l i l us i n g   2G   G S M   b a n d   a r e   di s p l a y e i F i gu r e   5.           F i gu r e   5 .   R F   S pe c t rum   t e s t   r e s ul t s   a t   2G   G S M   f r e que n c i e s   (8 50 - 950   M H z f o r   A P U   B uki t   J a l i l   a t     (a m o rni n g ,   (b n o o (c ni g h t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   15 ,   N o .   1 J ul y   201 9   :     3 1 4   -   3 2 3   320   T h e   r e a s o n   f o r   t h e   c h o s e n   l o c a t i o n   w a s   t o   i de n t i fy   pl a c e s   w h e r e   us a ge   of  c e l l   ph o n e s   i s   i n   a b unda nt ,   s o   t h a t   i t   r e s u l t s   i n   hi g h e r   R F   s i g na l s   i n   t h e   s u rr o un d i n g .   T he   f i e l s t udy   h a s   b e e n   c o n duc t e f o r   t hr e e   t i m e s   i n   a   da y   s uc h   a s   m o rni n g ,   n o o n   a nd  n i g h t   t i m e   t o   o b s e r v e   t h e   s pe c t r u m   c o n s i s t e n c y .   T h e   R T L   S D R   h a d   a   l i m i t   o f   a na l y z i n up  t o   G H z ,   t h e r e f o r e   t h e   s t udy   w a s   p r o c e e de fo r   a n   a ddi t i o na l   b a n d   o f   U l t r a   H i g F r e que n c y   ( U H F ),   i n   w h i c h   t h e   f r e que n c y   of   550  M H z   us e d   fo r   t e l e v i s i o n   r e c e pt i o n .   O t h e r   f r e que n c i e s   us e d   i n   t h i s   s y s t e m   a r e   2G   G S M   a n d   3G   G S M   f o r   m e a s u r e m e n t s   a n d   v a l i da t i o n s .   T h e   r e s pe c t i v e   a c qui r e R F   e n e r gy   v a l ue s   a r e   - 10. 45  dB F S   (m o rn i ng),   - 10 . 45  dB F S   (n o o n ),   a n - 13. 33  dB F S   (ni g ht ).   T h e   s a m e   c o n c e pt   i s   us e a t   o t h e r   l o c a t i o n s   a nd  t h e i r   r e l a t i v e   R F   s i gn a l s   a r e   de t e c t e d,   w h i c h   a r e   s h o w n   i n   t h e   T a b l e .   3.   I t   i s   o b s e r ve t ha t   t h e   s pe c t r um   w a s   a na l y z e i n   t hr e e   di f fe r e nt   l o c a t i o n s   a t   t hr e e   di f fe r e nt   t i m e s   t o   e n s u r e   t h e   c o n s i s t e n c y   of   s i gn a l   s t r e ngt h .   I n   t h e   o ve r a l l   m e a s u r e m e n t s   pe r f o r m e w i t h   t hr e e   di ff e r e n t   l o c a t i o n s   a nd  t i m e   dura t i o n s ,   t h e   b e s t   vo l t a ge s   h a r v e s t e a r e   t a b ul a t e i n   T a b l e   4.   F i gu r e s   a n 7   s h o w s   t h e   s i m ul a t e r e s ul t s   o f   pa t c h   a rra y   a n t e nn a s   s uc h   a s   r e t u rn   l o s s ,   ga i n   a nd  i m pe da n c e   di a g ra m s   f r o m   A n s o f t   H F S S   w i t h   t h e   f r e que n c y   of   924  M H z .   I n   p r a c t i c e ,   t h e   m i n i m u m   r e qui r e m e n t   o f   r e t urn   l o s s   i s   - 10  dB   fo r   t h e   e ffe c t i ve   pe r fo r m a n c e   [10].   R e t u rn   l o s s e s   w e r e   c l a r i f i e t o   be   r e a c h i n b e l ow   - 20  dB  w h i c h   i s   b e i n g r e a t e r   t ha n   t h e   r e qu i r e r e t u rn  l o s s .   S i m i l a rl y ,   ob t a i n e g a i i s   s i g n i f i c a n t l y   a ppr o p r i a t e   i t e rm s   o a n t e nn a   ge o m e t r y   a n d   i t s   s t r uc t u r e .         T a b l e   3 .   F i e l d   T e s t   R e s ul t s   w i t h   D i f fe r e nt   F r e que n c y   B a n ds   a t   D i f f e r e n t   L o c a t i o n s   N a m e   o f   Ba n d   F re q u e n c y   Ba n d   L o c a t i o n   S i g n a l   S t r e n g t h   ( d BF S )   M o r n i n g   D a y   N i g h t   U H F   450 - 5 5 0 M H z   A P U   - 1 2 . 2 7   - 1 2 . 4 2   - 5 . 4 5   O n e   S o u t h   - 1 0 . 4 5   - 10   0   L RT   - 2 . 7 3   - 1 . 1 4   - 12   2G   8 5 0 M H z - 9 5 0 M H z   A P U   - 1 0 . 4 5   - 10   - 6 . 1 4   O n e   S o u t h   - 1 0 . 6 1   - 1 1 . 9 7   - 1 3 . 3 3   L RT   - 9 . 3 5   - 1 0 . 2 5   - 7 . 4 5   3G   1 . 8 - 2 G H z   A P U   - 10   - 1 0 . 1 5   0   O n e   S o u t h   - 1 1 . 6 7   - 5 . 4 5   - 1 1 . 8 2   L RT   - 1 1 . 9   - 9 . 6   - 1 0 . 4 2       T a b l e   4 .   O u t put   V o l t a ge   G e n e r a t e by   A nt e nna   f o r   V a r i o us   R e c e i v e P ow e r s   P o w e re c e i v e d   (d BF S )   P o w e re c e i v e d   (d B)   V o l t a g e   ( V )   0   - 20   1 . 2 8 9   - 1 . 1 4   - 2 1 . 1 4   1 . 1 1 2 8   - 2 . 7 3   - 2 2 . 7 3   0 . 9 2 6 6   - 5 . 4 5   - 2 5 . 4 5   0 . 6 6 7 5   - 6 . 3 1   - 2 6 . 3 1   0 . 6 1 3 6           F i gu r e   6 .   S i m u l a t i o r e s ul t s   f o r   r e t u rn  l o s s   i t h e   a rra y   pa t c a n t e nn a   de s i g n       T h e   a b i l i t y   of   t h e   a nt e nn a   i s   t h e   m o s t   s i g n i f i c a nt   a n v i t a l   p a r a m e t e t o   ha r v e s t   t h e   e n e r gy   a n d   e v a l ua t e   t h e   s y s t e m   pe r fo r m a n c e .   A s   i t   i s   m e n t i o n e t ha t   2 x2  a rra y   t y pe   pa t c h   a nt e nna   i s   us e a s   t h e   i n p ut   de v i c e   t o   a b s o r b   t h e   r a d i o   f r e que n c y   e n e r gy   f r o m   f r e e l y   a v a i l a b l e   a m b i t i o us   R F   f i e l d.   T h e   s i m ul a t i o n   r e s ul t s   of   de ve l o pe a n t e nna   f o r   t h e   pu rpo s e   of   e n e r gy   ha r v e s t i n g   i s   pr e s e nt e d.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       W i r e l e s s   c har gi ng  s y s t e m   us i n s p e c t r a l   e n e r gy   har v e s t i ng  t e c hni q ue   ( Chandr as e k har an   Nat ar aj )   321       (a )   (b )     F i gu r e   7 .   S i m u l a t i o r e s ul t s   o f   a rra y   A n t e nn a   a t   2G   G S M   -   ( a ra di a t i o pa t t e rn  (b ga i n       T h e   a rra y   a nt e nna   pe rm i t s   f urt h e i m p r o v e m e n t   i r e t u rn  l o s s   a n di r e c t i v i t y   f r o m   t h e   pa t c h.   I t   w a s   ob s e r ve t ha t   a t   2 . 45  G H z ,   c o m pa r e t o   t h e   t h e o r e t i c a l   a rr a y   a n t e nn a s   w i t h   a   l e ngt h   (L a s   i n   c a l c ul a t i o n s o 42. 45   m m   t h e   o pt i m i z e a rra y   w i t a o pt i m a l   l e n g t h   o f   - 37. dB   pus h e t h e   r e t u rn   l o s s   t o   - 43. 83   dB ,   w hi c o n c e   a ga i n   de m o n s t ra t e s   t h e   s upe r i o ri t y   of   t h e   o pt i m a l   de s i g n   i n   t e rm s   o f   pe r fo r m a n c e .   A   f e w   i m po r t a nt   m e a s u r e m e nt s   a r e   s h o w n   i n   t h e   T a b l e   5.   T h us ,   t hi s   p r o j e c t   c l a i m s   t h e   c o n s t r uc t i o n   o f   h i g h   pe r f o r m a n c e   c o m pa c t   o pt i m a l   a nt e nn a s   t ha t   a r e   e s pe c i a l l y   s ui t e fo r   t h e   t a s o f   R F   e n e r gy   h a r v e s t i n g .   F i gu r e   s h o w s   t h e   s i m ul a t i o o f   t h e   Co c kr o f t - W a l t o n   m ul t i p l i e c i r c ui t s ,   t h a t   p r e s e n t s   t h e   r e s pe c t i v e   s i m u l a t e o ut put   v o l t a ge .           F i gu r e   8 .   S i m u l a t i o o f   c h a r ge - pu m p   us i n g   A n s o f t   D e s i gn e r   fo r   a   7   s t a ge o ut pu t   v o l t a ge       T h e   o ut put   v o l t a ge   o f   f i n a l i z e c i r c ui t   i s   t e s t e a nd  s i m u l a t e us i n g   A n s o f t   D e s i gn e r.   T h e   s i m ul a t i o r e s ul t   o f   t hi s   c h a r ge - pu m p   a t   2G   G S M   i ndi c a t i n g   t h e   o ut p ut   v o l t a ge   o f   s e v e n   s t a ge c ha r ge - pum c i r c ui t .     A l l   o f   t h e s e   de s i gn s   w e r e   s i m ul a t e a t   t h e   o pe r a t i n g   f r e que n c y   of   924  M H z .   W i t h   a n   i n pu t   o f   0. V ,     t h e   v o l t a ge   m u l t i pl i e m a na ge t o   ge n e r a t e   a o ut pu t   v o l t a ge   o f   3. V   [20] .     T h e   o ut put   v o l t a ge s   a r e   o b s e r v e a t   t h e   r e s pe c t i v e   l oc a t i o a r e   t a b ul a t e i n   t h e   T a b l e   6.   T h e   v a l ue s   a r e   a t t a i n e w i t h   r e s pe c t   t o   t h e   n um b e o f   s t a ge s   us e a n f r e que n c y   b a n ds .   A   s e v e n   s t a ge v o l t a ge   m u l t i pl i e w e r e   us e i n   t h i s   c a s e   due   t o   c e r t a i n   i n c o n s i s t e n c i e s   f a c e dur i n r e s ul t s   v e r i f i c a t i o n   w h i l e   s i m u l a t i n g .     In   o r de r   t o   i de n t i fy   t h e   f e a s i b i l i t y   of   r e c t i f i c a t i o n   a n v o l t a g e   s t e p - up  e ffe c t s ,   e a c h   c a t e go r y   w a s   s i m ul a t e a t   t h e   s ugge s t e f r e que n c i e s   us e f o r   h a r v e s t i n g .   T h e   v o l t a ge s   a t t a i n e w e r e   c o n s i de r a b l y   l ow   i n   c o m pa ri s o n   t o   t h e   e xpe c t e o ut put   w hi c l e t o   f ur t h e m o di f i c a t i o n   a n a l t e ra t i o n s   i n   t h e   c a pa c i t a n c e   t a c h i e v e     a   hi g h e r   o ut pu t .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   15 ,   N o .   1 J ul y   201 9   :     3 1 4   -   3 2 3   322   T a b l e   5 .   S i m u l a t i o R e s ul t s   f o r   t h e   A rra y   A n t e nna   a t   M ul t i p l e   R F   F r e que n c y   B a n ds   N a m e   o f   Ba n d   F re q u e n c y   M a x i m u m   G a i n   ( d B)   Re t u r n   l o s s   ( d B)   2 G   G S M   9 0 0   M H z   1 . 6 6 2 2   - 2 3 . 9 7   3 G   G S M   2 . 1   G H z   1 . 8 2 0 9   - 2 2 . 2 6   Wi - F i   Ba n d   1   2 . 4 5   G H z   1 . 6 8 1 7   - 2 3 . 5 2   Wi - F i   Ba n d   2   5   G H z   1 . 7 2 0 8   - 2 2 . 8 8       T a b l e   6 .   S i m u l a t i o R e s ul t s   o f   Ch a rge - P um p   a t   M u l t i pl e   R F   F r e que n c y   B a n ds   F re q u e n c y   Ca l c u l a t e d   Ca p a c i t a n c e   ( p F )   O u t p u t   V o l t a g e   3   S t a g e s   7   S t a g e s   9 0 0   M H z   33   9 0 0   m V   2 . 5   V   2 . 1   G H z   15   1   V   2 . 4   V   2 . 4 5   G H z   13   1 . 0 5   V   2 . 4 1   V   5   G H z   6   1 . 2   V   2 . 7 V       4.   C O N C LU S I O N   T h i s   p a pe s h o w s   t h e   a dv e nt   a n pl a us i b i l i t y   of   e m pl oy i n R F   e n e r gy   h a r v e s t i n s y s t e m .     T h i s   s y s t e m   e n a b l e s   w i r e l e s s   c h a r gi ng  i a n y   l o c a t i o n   a t   a n y   t i m e   w i t h o ut   r e s t r i c t i o n .   T h e   s y s t e m   i s   de ve l o pe d   w i t h   de di c a t e o pt i m a l   o m ni di r e c t i o n a l   a n t e nn a ,   m a t c hi n a n c h a r ge   pu m c i r c ui t   f o r   e ff e c t i ve   s i g n a l   ha r v e s t i ng.   F o ur   m a j o r   c o n c l us i o n s   c a n   b e   dr a w n   f ro m   t h e   r e s ul t s   po rt r a y e i n   t h i s   w o r k.   F i r s t ,   t h e   a m o u n t   o f   pow e r   m o r e   t ha n   - 30   dB   c a b e   c a pt ur e r e l a t i v e l y   e a s i e r   i rr e s pe c t i v e   of   pl a c e   a n t i m e .   S e c o n dl y ,   s y s t e m   s uppo r t s   t o   ge n e r a t e   a   v o l t a ge   m o r e   t h a n   0 . v o l t s   c o n v e n i e nt l y .   T h i r d l y ,   t h e   us e   of   a rr a y s   of   pa t c h   a n t e nn a s   i n   c o n j u n c t i o n   w i t h   o pt i m i z a t i o n ,   e xhi b i t s   m uc h   b e t t e r   r e t u rn   l o s s   a nd  g a i n   m e t r i c s .   T h e   o pt i m a l   pa t c h   a n t e nna   po rt ra y s   e xt r e m e l y   e n c o ur a gi ng  b e ha v i o r   a n s upe r i o r   pe r f o r m a n c e   c o m pa r e t o   m a n y   pr e s e nt e i n   l i t e r a t u r e .   F i na l l y ,   i t   i s   o bs e r v e t h a t   Co c kr o f t - W a l t o n   c h a rge - pum i s   c a pa b l e   o f   boo s t i n t h e   v o l t a ge   s uppl i e by   t h e   a n t e nn a   t o   l e v e l s   t ha t   a r e   r e qu i r e fo r   pr a c t i c a l   us a ge .   F u rt h e r   de v e l o pm e n t   i s   t o   m a ke   t h i s   ha r v e s t e r   c i r c ui t   i n b ui l t   w i t h   t h e   m o b i l e   de v i c e   w h i c h   w o ul e n a b l e   a n   a ut o m a t e c ha r g i n a n d   di s c ha r gi ng  c a p a b i l i t y   a n d   a l s o   i n d i r e c t l y   e l i m i n a t i ng  t h e   n e e o f   pl uggi ng  i n   a n d   o ut .       R EF ER EN C ES   [ 1]   H o s s a i n ,   E k r a m ,   a n M o no w a r   H a s a n.   5G   C e l l u l a r :   K e y   E na bl i ng   T e c hno l o g i e s   a nd  R e s e a r c C h a l l e ng e s .   I E E E   I ns t r um e n t at i on   a nd  M e as ur e m e nt   M ag az i ne .   2015;   18 ( 3) : 11 - 21.   [ 2]   J a bb a r ,   H a m i d ,   Y o ung   S .   S o ng ,   a nd   T a i ky e o n g   T e J e o ng .   R F   E ne r gy   H a r v e s t i ng   S y s t e m   a nd   C i r c ui t s   F o r   C ha r g i ng   o f   M o bi l e   D e v i c e s .   I E E E   T r an s ac t i ons   on   C o ns um e r   E l e c t r oni c s .   2010;   56 ( 1) .   [ 3]   C ha nd r a s e kh a r a N a t a r a j ,   S he r o z   K ha n,   M o ha m e d.   H .   H a ba e bi ,   a nd  A s a n .   G .   A .   M u t ha l i f .   R e s o na nt   C o i l s   A na l y s i s   f o r   I nduc t i v e l y   C o upl e W i r e l e s s   P o w e r   T r a ns f e r   A ppl i c a t i o ns .   I E E E   I n t e r na t i ona l   I n s t r um e nt a t i on  an M e as ur e m e nt   T e c hno l og y   C o nf e r e nc e   ( I 2 M T C   20 1 6)   P r oc e e di ng s .   2016;   ( 1 ) :   109 114 .   [ 4]   A t i ka   A r s ha d,   S he r o z   K ha n,   A . H . M   Z a h i r ul   A l a m ,   T e ddy   S .   G una w a n,   a nd  C ha nd r a s e k ha r a N a t a r a j .   A A c t i v i t y   M o ni t o r i ng   S y s t e m   f o r   S e n i o r   C i t i z e ns   L i v i ng   I nde pe nde n t l y   U s i ng   C a pa c i t i v e   S e ns i ng   T e c hn i qu e .   I E E E   I nt e r n at i on al   I ns t r um e nt a t i o an M e as ur e m e nt   T e c hno l og y   C onf e r e nc e   ( I 2M T C   201 6)   P r oc e e di ngs .   201 6;     ( 1) :   449 454 .   [ 5]   C ha nd r a s e kh a r a N a t a r a j ,   S he r o z   K ha n,   M o ha m m e H a d i   H a ba e bi ,   A s a G . A .   M u t h a l i f   a nd  R a v i   L a ks hm a n a n .   D e v e l o pm e nt   o f   L o w   P ow e r   W i r e l e s s   P o w e r   T r a n s f e r   S y s t e m   U s i ng   R e s o na nc e   P r i nc i pl e   w i t S e c ur i t y   F e a t ur e s I I U M   E ng i ne e r i ng   J ou r na l   ( I I U M E J ) .   2 017;   18( 2) : 117 - 127.   [ 6]   T a L i n l i n ,   Q i a ng   H a o ,   H ua ng   X ue l i a ng ,   C a o   W e i j i e ,   a nd   S un   W e nhui .   A   N ov e l   O pt i m i z a t i o M e a ns   o f   T r a ns f e r   E f f i c i e nc y   f o r   R e s o na nc e   C o upl e W i r e l e s s   P o w e r   T r a n s f e r .   T E L K O M N I K A   I nd one s i a J ou r na l   of   E l e c t r i c al   E ngi ne e r i n g.   20 13;   1 1( 5 ) :   2747 - 275 2.   [ 7]   H o ng w e i   L i ,   G a nr o ng   P e ng .   E ne r gy   H a r v e s t i ng   D e v i c e   B a s e o S pa t i a l   E l e c t r i c   F i e l i S ubs t a t i o ns .   T E L K O M N I K A   I nd one s i a J ou r na l   of   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng .   2014 ;   12( 6 ) :   4771 - 477 7.   [ 8]   A ndo ,   B r uno ,   S a l v a t o r e   B a g l i o ,   V i nc e nz o   M a r l e t t a ,   A nt o ni o   P i s t o r i o ,   a n A di   R .   B u l s a r a .   P e r f o r m a nc e   I n v e s t i g a t i o o f   a   N o nl i ne a r   E ne r gy   H a r v e s t e r   w i t R a ndo m   V i br a t i o ns   a nd  S ub t hr e s ho l D e t e r m i n i s t i c   S i g na l s .   I E E E   T r an s a c t i on s   o I n s t r um e nt a t i on  and   M e as ur e m e nt s .   2017;   6 6( 5 ) :   992 - 1001 .   [ 9]   P o r t o ,   R o dr i g o   W o l f f ,   V a l ne r   J .   B r u s a m a r e l l o ,   I v a M ü l l e r ,   F a b i a n   L e o na r do   C a br e r a   R i a no ,   a nd  F e r na n do   R a ng e l   D e   S o us a .   W i r e l e s s   P o w e r   T r a n s f e r   f o r   C o nt a c t l e s s   I ns t r um e n t a t i o a nd  M e a s u r e m e n t .   I E E E   I ns t r um e nt a t i on  &   M e as ur e m e nt   M agaz i ne .   20 17;   2 0( 4 ) :   49 - 54.   [ 10]   Y e K he ng   T a n,   a n S a nj i K um a r   P a nd a .   E ne r gy   H a r v e s t i ng   F r o m   H y br i I nd o o r   A m bi e nt   L i g ht   a nd  T h e r m a l   E ne r g y   S o ur c e s   f o r   E nha nc e P e r f o r m a nc e   o f   W i r e l e s s   S e n s o r   N o de s .   I E E E   T r ans ac t i o ns   on  I n dus t r i a l   E l e c t r oni c s .   201 1;   58 ( 9 ) : 4424    443 5.   [ 11]   A l i   Q .   D e s i g &   I m pl e m e nt a t i o a f   A   M o bi l e   P ho ne   C ha r g i ng   S y s t e m   B a s e o S o l a r   E n e r g y   H a r v e s t i ng .   1 s t   I nt e r n at i on al   C on f e r e nc e   on   E ne r gy ,   P ow e r   and   C on t r ol   ( E P C - I Q ) .   201 0;   B a s r a h,   I r a q.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       W i r e l e s s   c har gi ng  s y s t e m   us i n s p e c t r a l   e n e r gy   har v e s t i ng  t e c hni q ue   ( Chandr as e k har an   Nat ar aj )   323   [ 12]   Y a Y ,   N a a y a g i   R ,   a nd  W o o   W .   T h e r m o e l e c t r i c   E ne r g y   H a r v e s t i ng   f o r   M o bi l e   P ho ne   C ha r g i ng   A ppl i c a t i o n.   I E E E   R e gi on   10   C on f e r e nc e   ( T E N C O N ) .   2 016 .   [ 13]   A j a y   S ,   a nd  J e g a dhi s K um a r   K .   A   H i g hl y   E f f i c i e nt   P o w e r   M a na g e m e nt   S y s t e m   f o r   C ha r g i ng   M o bi l e   P ho ne s   us i ng   R F   E n e r g y   H a r v e s t i ng .   I n t e r na t i ona l   J o ur n al   o f   I n f or m at i on  T e c hn ol o gy   C o nv e r ge nc e   and  Se r v i c e s   2011;   1 ( 5 ) .   [ 14]   P i nu e l a   M ,   M i t c he s o P ,   a n L uc y s z y n   S .   A m bi e nt   R F   E ne r g y   H a r v e s t i ng   i U r ba a n S e m i - U r b a n   E nv i r o nm e nt s .   I E E E   T r a ns a c t i on s   on   M i c r ow av e   T he or y   an T e c hni que s .   2013;   61 ( 7) .   [ 15]   D a ni l o   D e   D o nno ,   L uc a   C a t a r i nuc c i ,   a nd  L uc i a no   T a r r i c o ne .   A U H F   R F I D   E ne r gy - H a r v e s t i ng   S y s t e m   E nha nc e d   by   a   D C - D C   C ha r g e   P um i S i l i c o n - o n - I ns ul a t o r   T e c hno l o gy .   I E E E   M i c r ow av e   and  W i r e l e s s   C om p one nt s   L e t t e r s .   2 013;   23( 6) : 315 - 317.   [ 16]   H a r r i s t .   W i r e l e s s   B a t t e r y   C ha r g i ng   S y s t e m   us i ng   R a di o   F r e que nc y   E ne r gy   H a r v e s t i ng .   T he   Sc hoo l   of   E ngi ne e r i n i n   pa r t i a l   f u l f i l m e n t   o f   t he   r e qui r e m e nt s   f or   t he   d e gr e e   of   M a s t e r   o f   Sc i e nc e .   2 001;   P i t t s bu r g h.   [ 17]   H i na   T a b a s s um ,   E k r a m   H o s s a i n ,   M d.   J a ha ng i r   H o s s a i n ,   a nd  D o ng   i K i m .   O t he   S p e c t r a l   E f f i c i e nc y   o f   M ul t i u s e r   S c he dul i ng   i R F - P o w e r e U pl i nk  C e l l u l a r   N e t w o r k s .   I E E E   T r ans a c t i on s   on  W i r e l e s s   C om m u ni c at i on s .   20 15;   14( 7 ) :   3586   -   36 00.   [ 18]   B a l a ni s .   A nt e nna   T he o r y :   A na l y s i s   a nd   D e s i g n.   20 15;   3 r d   e d i t i o n ,   J o hn  W i l e y   &   S o ns .   [ 19]   M a e nne l   C .   I m pr ov e m e nt   i t he   m o de l l i ng   o f   a   h a l f - w a v e   C o c kr of t - W a l t o v o l t a g e   m ul t i p l i e r .   R e v i e w   of   Sc i e nt i f i c   I ns t r um e nt s .   2013;   84 ( 6) : 064701 .   [ 20]   R T L - S D R .   H i g P e r f o r m a nc e   L o w   P o w e r   A d v a nc e   D i g i t a l   T V   S i l i c o T une r   D a t a s he e t .   A v a i l ab l e   at : h t t p: / / r t l - s dr . c om / w p - c on t e nt / up l oa ds / 201 3/ 0 4/ R 820T _R 201 1113 0_un l o c k e d . pd f .   20 17 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.