Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   9 , No .   1 ,  J anu a ry  201 8 ,  pp. 1 8 3 ~ 1 90   IS S N:  25 02 - 4752 ,  DOI: 10 .11 591/ ijeecs . v9.i 1 . pp 1 8 3 - 1 90     183       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Encrypti on Tech niq ues   and  Wireless Po wer Trans f er Sche mes       Nu r  Ha z w a ni  Hussin * ,  Az iz an ,  M.M . ,  Ali,  A . ,  Albreem,   M.   A. M .   Cent re   of  Exc e llence for  R ene wa ble   Ene rg y   (CE RE),   Schoo l  of   El e ct ri ca l   S y st e m   Engi nee r ing,   Univer siti   Malays ia   Perl is ,   Ma lays ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   A ug   2 6 , 201 7   Re vised  N ov   2 , 201 7   Accepte d  Nov   20 , 201 7       W ire le ss   power  tra nsfer  (W PT)  is  one  of  the   m ost  useful  wa y s   to  tra nsfer  power.   Based  on  power  tra nsfer  dista nce s,  th e  W PT  sy stem  can  be  divi de d   int o  thr ee  cate gorie s,  n amel y ,   nea r ,   m edi um ,   and  f ar  fi el ds .   Induc ti v e   coupl ing  and  c a pac i ti ve  coup li n g  cont actle ss   te c hnique s  are   used   in  the   nea r - fie ld   W PT.  Ma gnet i c  re son ant   coupl ing   techni que  is  used   in   t he  m edi um - fie ld  W PT.  Ele ct rom agne t ic   ra dia ti on  is  used  in  the   fa r - f ield  W PT.  Thi s   pape r  re v ie ws   t he  technique s  u sed  in  W PT.  In  addi ti on ,   en erg y   en cr y pt ion   play s   a  m aj or  ro le   in  ensuring  th at   power  is  tra n sferre d  to  the   tr ue  re c ei v er .   The re for e,   thi s  pape r  re vi ews  the   ene rg y   enc r ypt ion  te chn ique s   in  WPT.   A   compari son  betw ee n  diff ere n t  t ec hniqu es  show s  tha t   th e  dist ance,   eff i ci e n c y ,   and  num ber   of  re ceive rs  ar e  the   m ai n  fa ct ors  in  s el e ct ing  the   suit abl e  ener g y   enc r y pt ion  t ec hn ique .     Ke yw or d s :   Border  D ist ort ion   Power Q ualit y (PQ)   S - T ran s f or m   W i ndow  Len gt h   Copyright   ©   201 8   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Nur Hazw a ni  Hu s sin ,   C ent re   of  Exc e llen ce for  R ene wa ble   Ene rg y   (CE RE),   School  of  Elec tr i ca l   S y st em E ngi nee ring ,   Univer siti   Malays ia   Perl i s , Mal ay sia .   E m a il :   nu r haz wan i hussin @yahoo.c om       1.   INTROD U CTION   W i reless  po we r  trans fer   ( WPT )  te ch no l og ie s  can  be  cat e gorize d  into  in duct ive  co upli ng,  ca pacit ive  couplin g,   m agn et ic   res on a nc e,  an d  el ect r om agn et ic   ra diati on  [ 1]. W P T r eq uires   dif fere nt  opti m iz at ion   crit eri a   for  tw o  us es ,  nam el y,  con ti nuou s   po wer  deli ver y  a nd  pe rio dic  cha r ging.  Howe ver,  f or  c on ti nu ous  c hargin g  of   veh ic le s,  wh et her   un der   the  s ta ti on ary  or   m ov i ng   sta te s,  w irel ess  com m u nicat ion   s houl d  be  fast,  reli a ble,  an d  energy  ef fici en t  [2 ] .  T he  WPT   syst e m   is  increasin gly  at tract ing   at te ntio n  in  va rio us   fiel ds ,  s uc h  as  c hargi ng   portable  el ect r on ic   de vices,  i m planting   m edical   dev ic e s,  usi ng   inte gr at ed  ci rcu it s,  an d  en erg iz in g  so la r  powe r   sat el li te s  [3 ] .  WPT  is   su it a bl e  for  el ect ric  veh ic le s  (E Vs),  su c h  a s  batte ry  cha rg i ng  f or   norm al   vehi cular   op e rati on  a nd  e nergy  e xch a ng e   [ 4],  [ 5].  The  c on c ept  of   WPT   is  a  grow i ng  pl ug - in  featu re  i n  t he  E V     m ark et  [6].    Encr y ption   in  wireless  com m un ic at io n  cha nnel s  is  m or e  vital   and   necess ary  in  the  pr es ent  than  in   the  pa st.  Data  ha ve  to   be  w el l  encr ypte d  durin g  tra ns m i ssion  of  data  secur el y  over  the  wi reless  m edium .   Energy  is  e xp ect ed  to   tran sf er  to   sp e ci fic  r ecepto rs  a nd  s witc h  off  oth e r  un a uthorize d  ene rg y  t ran s m issi on  channels.  T hu s,  the  secu rity   of   ene rg y  t ran sm issi on   is  an  im po rtant  issue  [ 7].  In  [8 ] ,  the  fr e quenc y   char act e risti cs  of   res onance   w ere  in vestigat e d.   When   the  frequ e ncy  of  the   source   of  t he  t ran sm it te r  equal s  the   resona nt  fr e quency  of   the  e nt ire  syst e m ,  the  load  will   achieve  m axi m um  ener gy.  H oweve r,   the  tra ns m itted  powe r  of   l oad  powe r  c on st raints  act io ns   to   m ini m iz e  load  powe r  by  us i ng  the   cha r ging  con t ro l  al gorithm   fo r   op ti m iz ing   the  rec ei ver   loa ds   resist ance.  I n  a dd it io n,   cha os   theo ry  te chn iq ue  of   e ncr y ptio n  is  app li ed  in  WPT   for  sec ur it y  pe rfor m ance.  T his  rev ie w  e xam ines  the  te c hn i qu e s  us e d  i n  di ff ere nt  m et ho ds   of   WPT  a nd  th e   energy  enc ryp ti on   te ch nique s  us e d  in   WPT   syst e m s  [9 ] .   Finall y ,  this  pap e r  e xp l or es   the  ad va ntag es  an d  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
    IS S N : 2502 - 47 52   Ind on esi a n  J   E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   9 ,  No.  1 ,  Jan ua ry 2018   :    1 8 3 – 1 90   184   disad va ntages  of  the  i nductive  a nd  cap aci ti ve  co upli ng,  m agn et ic   res onant  c oupli ng  and  el ect ro m agn et ic   rad ia ti on tech ni qu es  in  t he W PT syste m . Re com m end at io ns o n fu t ur e  r ese arch are als o  li ste d.         2.   TE CHN I QUE S FO R  E NER GY  E NCR YP TION  A ND  WPT S YS TE M   This  sect ion   presents  the  ene r gy  encr y ption   t echn i qu e s  an d  con ce pts  in  the   near - fiel d,   m edium - fiel d,  and fa r - fiel d WPT  syst em s.       2 . 1.      Te ch niq ues of  WPT   WPT  tech niqu es are  div i ded i nto  t hr ee  whic h  is  near fiel d,  m edium   fiel d  and fa r fie ld.  E a ch  te chn iq ue wil l  be discus sed  in  d et ai l i n  t he  s ubse qu e nt secti ons.     a)   Nea r - Fie ld W PT   Near - fiel d  WPT  consist s  of in du ct ive  cou pling an d  ca pacit ive c ouplin g.       1 .  I ndu c tive  Couplin g   Ind uctive  co upli ng   us es  m a gn et ic   fiel d  in du ct io n  the or y   as  transm issio n  te ch nique  [ 10 ] .  F or   the   WPT   syst em   util iz ing   the   i nductive   co upli ng  te ch nique,   the  r otati ng   m agn et   is  a pp li ed  to  t ran s fe r  power.   Howe ver,  the  inducti ve  c oupl ing   te ch nique  has  a  lim i t  f or  power   tra ns f e r  of   up   t o  275  m W   over  th e   1  c m   distance  [ 11] .   The n,   the  te chn i qu e  will   deliver   678  m W  wi relessl y  ov e r  the  1  c m   distance  [10].  The   el ect ro dy nam i cs  inducti on   wireless  tra nsm issi on   te chni qu e  f or   t he  near   fiel d  is  non - ra diati ve.  In   the   el ect ro dy nam i cs  inducti on  te chn i qu e ,  tw o  coppe r  coils  are  set   up,  i n  wh ic h  the  prim ary  coil  is  at   the  transm itter  an d  the  sec onda ry  coil  is  at   the  re cei ver .   T he  pr i m ary  coil  is  at ta ched  to   the  powe r  s ource   an d  the   receiver   c oil  is  at ta ched  to  t he   load .  F or  high   e ff ic ie ncy,   the  tw o  wires   i ncr ease d  by  w ind in g  i nto  coi ls  an d  placi ng   cl os er  tog et he r  on  a  com m on   axis,  su ch  that  the  m agn et ic   fiel d  of  one  coil  pass es  throu gh   the  othe r   coil  [11].   Fig ure  1  s hows  the   flow   of   the  i nductive  c oupl ing   pr ocess.   In  this  te c hn iq ue ,  un i ver sal   wir el ess   chargin g pa ds   for port able el e ct ronic d e vices , s uc h  as cel lp hone s,  a re suit able [ 10] , [ 11] .          Figure  1 .   I nduc ti ve  Co up li ng  Pr oc es s  [10],  [ 11]       Figure  1   s hows  the circ uit m od el  of t he  in du ct ive coup li ng  te chn iq ue f or   WPT . In  t his ci rcu it , t he  par am et ers  us e d for       res on a nc e fr e quencies  of all  co il s a re t he  sam e as [12]                                                                               (1)     wh e re      is i nduc ta nce and      is t he  capacit ance .      2.   C apacitive   Coupli ng   The  capaci ti ve   power   tra ns fe r  te chn i qu es  ha ve   bee n  co nducted  beca us e  of   the  sm al l   po we r  de ns it y  com par ed  with   oth e r  m et ho ds  [13].  T he  ad va ntages  of   t he  capaci ti ve  co upli ng   te c hn i qu e  include  t he  s i m pl e   stru ct ure  of   c ouplin gs,  li gh t  weig ht,  lo w  c ost ,  posit ion   flexibili ty ,  and   hi gh   fr e quency .  This  te ch nique   cou l d  us e  LC  res ona nce  to  en ha nce   power   tra nsfer .  Howe ver,  the   disad van ta ge  of   ca pacit ive  couplin g  syst em   is  the   sm a ll   po wer   densi ty   of   the   s m al l  cou pling   ca pacit anc e  [13].  Fig ur e   2  sho ws  the   ci rcu it   for  ca pacit ive   couplin g of  WPT  as  well  as t he pr ocess  of  WPT  in  ca paci ti ve  co up li ng techn i qu e  [1 3].    The  ca pacit ive  couplin g  te ch nique  util iz es  se ver al   m et hods ,  s uc h  as  usi ng   a  highe r  vo lt age  sourc e   and a  higher  fr equ e ncy a nd dec reasin g  th e i m ped ance of c ouplin g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci   IS S N:  25 02 - 4752     Encry ption Tec hn i qu e s   and  W ire le ss Po we r  Transfer  Sc he mes   ( Nur  Haz wa ni  H us sin )   185     Figure  2 .   Ca pa ci ti ve  Coupli ng  of  W irel ess  P ow e r  T ra ns fe r [13]       b)   Medium - Fie ld  WPT   The  te c hn i qu e   us e d  for  the   m edium - fiel d  W PT   is  m agn et ic   resonan t  c ouplin g,   w hich   is  base d  on   wireless tra ns f er o f  ene rg y t o m ul ti ple s m all  receiver s and  powe r  ove r  lo ng tran sm issi on  di sta nces [14 ] . T hus ,   m agn et ic   res onant  co upli ng  in   W P T  does   not   em it   rad ia ti on  [14].  T he refore ,  the  m agn et i c  res on a nt  c ouplin g  m et ho d  of  WPT   has  seve ral  adv a ntage s  w hich  is  can  trans f er   powe r  in  lo ng   tra ns m issi on   distance  a nd   it ’s  no   rad ia ti on.  How ever,  duri ng  th e  process  of  WPT ,  ad justi ng  the  resona nt   fr e qu e ncy  f or   m ulti ple  receivers  i n   m agn et ic   res on ant  co upli ng  is   dif ficult ,  wh ic h  is  on e   of  t he   wea kn e sses  of  this  m et ho d  [ 14 ] .  Fig ur e   3   s hows  the  ci rc uit  des ign   f or  m agn et ic   resona nt  co up li ng  of  WPT .  T his  ci rc uit  sho ws  how   the  m agn et ic   r eso na nt   couplin g  of  WPT  w orks  to  tr ansf e r  po wer   f ro m   the  transm it te r  to  the  receiver.   T he  ci rc uit  is  div ide d  in  thre e   par ts,   nam el y,  powe r  s upply,  transm i ssion   c hannel,   an d  l oa d.   I n  the   po w er  s upply,  DC  powe r  go es   th r ough  the  DC/AC  in ver te r  [15].  T he   DC/AC  inv e rter  tran sf or m s  DC  powe r  to  AC  powe r  sup ply.  The n,   the  input  vo lt age  will   su pply   the  pri m ary  un it ,  w hi ch  is  com po s ed  of  the  re sist ance,  capaci t or,  an d  in duct ance.  All  these  va riables   tog et he r  are  know n  as  im pe dan ce .  Im ped a nce  is  cal culat ed,   as  s how n  in  Eq uatio ns   ( 3),  ( 4),   and ( 5),  for  eac h part  of the ci rcu it  [1 5].            Figure  3 .   The   Ci rcu it  D esi gn  for  Ma gn et ic  R eso nan t C oupling o f Wirel ess  Power Tra nsfe r  [ 15]                                                                                                                                                     ( 2 )                                                                                                              ( 3 )                                                                                                            ( 4 )     Ther e f or e,   f r om   Equ at ion s   2 - 4 ,  determ ine  the  im ped ance   in  the   pri m ary ,  res onant ,  a nd  seco ndary   un it s,  respec ti ve ly .  In   the  E qu at ion   2 - 4 ,      ind ic at es  the  switc hing  f reque ncy.  The  c urren t  i s  m ai ntained  a t  a  const ant  value   in  that  ci rcu it .  The  sam e   equat ion   is  us ed  f or   the  res onant   and   seco ndar y  par ts  to  der i ve  the   value  of   im ped ance  [ 15 ] .  Se qu e ntial ly ,  the  resist ance  in   the  ci rcu it   act s   t o  re du ce   the   current  flo w  and   t o  lowe r  the  vo lt a ge  le vel.  The  c apacit or   ca n  store  el ect ric  en erg y  w hen   it   is  connecte d  to  it s  ci rcu it .  In du ct ance  work   is  obse r ved   in  the  el e ct ric  ci rcu it   in  wh ic h  a  ch a ng e  in  c urren t   flow s  th r ough  it   and   in duces  an  el ect ro m otive  fo rce  i n  the  c on du ct or.  T hu s ,  im ped ance  is  th e  eff ect ive  resi sta nce  of  a n  el ect ric  ci rcu it   to  A C   arisi ng   from   t he  com bin ed  eff ect s  of  resi sta nce  an d  re act ance  [ 16 ] .  Fu rt her m or e,  each  of  the  pri m ary,   resona nt,  an d  seco nd a ry  unit s  yi el ds   a  certai n  volt age.  T he  outp ut  volt age  at   the  sec onda ry  un it   ca n  go  thr ough  the  lo ad.   At  the  loa d,  the  AC/DC  c onve rter  cha ng es  the  AC  volt age  in  the  ci rc uit  to  the  DC  vo lt age   for  tra ns fe rr i ng  powe r  f ro m   the  transm it te r  to   the  receive rs.   The  process  is  known  a s  a  rec ti fie r.   H ow e ve r ,  th e   resona nt unit  is o ne  m edium  t hat trans m it s t he  po wer  t o  th e receiver . A t a  p arti cular  res onant  fr e qu e ncy  o f  t he  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
    IS S N : 2502 - 47 52   Ind on esi a n  J   E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   9 ,  No.  1 ,  Jan ua ry 2018   :    1 8 3 – 1 90   186   el ect ric ci rcu it , p arts of the im ped a nce  of  the  ci rcu it  ele m ent cancel eac h other. More over ,  the r eso na nt circuit   can g ene rate h igh e r  volt ages  a nd  cu rr e nts,   w hich  m akes  the   ci rcu it   s uitabl e  f or  u se   in w ir el ess  transm issi on  i n  the tra ns m itter an d rece ptor  [17].     c)   Far - Fie ld WP T   F ar - fiel d  WPT   is  a  syst em   wit h  l ong - ra ng e   powe r  t ran s fer,  su c h  as   f or  lo w - pow er   sens ors ,  ne tw orks ,   an d  sp ace   ap pl ic at ion s  [ 18] .  I n  gen e ral,  far   f ie ld  has  t he  a dvanta ge  of   us i ng  a  lo w - fr e qu ency  ante nn a ,  wh e re  si m ple  patte rn  m easur em ent  is  re qu i red  [ 18] .  I n  a ddit ion ,   f ar - fiel d  powe ring  ha s  se ver al   pr act ic al   ad va nt ages  ov e r  in duct ive   powe rin g,   w hich  is  t he  a c cur at e  al ig nme nt  of  pr im ary  and   seco nd ary  coils  f or  eff ic ie nt  op e rati on.  T he   far - fiel d  syst em   is  an  al te rn a ti ve  wireless  powe rin g  sc hem e  for  t he  recei ve  power  capa bili ti es   of   im plantable  dev ic es  [19].  More ov e r,   t he  far - fiel d  syst e m   m us t  be  aime d  at   the  re cei ver   t o  tran sm i t   powe r.  In   l ong  distanc es  or  in  the f ar - fiel d  syst em ,  electro m agn et ic   rad ia ti on  is  use d  to  tra ns m it   po we r.   T he  e xp os ure  to  ra diati on  of  people  a nd  othe r  li ving  t hing s  is  a  disad va nt age  of  t he  far - fiel d  syst em   [20],  [ 21] .  Mo re ov e r,   the  eff ic ie ncy  and   perform ance  of   the  far - fi el d  syst e m   are   the  m os t  i m p or ta nt  issues  in  obta inin g  a  higher   transm itti ng   an te nn a  ar ray  [22].  Im pr ovin g  the  trans fer   ef f ic ie ncy  decr ea ses  the  risks   of  hu m an  ex po s ur e  t o  el ect ro m agn et ic   fiel ds ,  th us   l eadin g  to  bette r  pe rfor m ance  of   the  far - fiel d  syst e m .  By   co ntrast,  the  e ff ic ie ncy  of   t he  near - fie ld  syst em   dep ends  on  th e  c ouplin g  c oeffici ent.  The n,  th e  la rg e r  the  va lue  of  the  c ouplin g  coeffic ie nt,  t he   stron ger   t he  a bili ty   of   the   syst e m   to  carry  e nergy  [ 22] .  I n  add it io n,   t he  na tural  syst em s  of   t he   fr e qu e ncy  an d  qu al it y  facto r  are  im pr ov e d.   Re du ci ng   t he  s yst e m   inh eren t   loss  rate  is  a  way  to  im pr ove  the  powe r  tra ns fe r e ff ic ie ncy  [22]. Furthe rm or e,  the ef fici ency  and p e rfor m ance o f  the  far - fi el d  syst em  d epen d o n  the an te nn a ar r ay  [ 23] .     d)   Co m pa ri s on s   Table  1  s hows  a  com par ison   betwee n  the  fiel ds   in  te rm s  of   eff ic ie ncy,  perf or m ance  and  char act e risti cs  of   distance,  f reque ncy  an d  nu m ber   of   tu r ns .  Ta ble  1  s hows  t hat,  the  energy  ef fici ency  of  wireless  powe r   trans fer  in  ne ar   fiel d  is  high   com par ed   to  m edium   and   fa r  fiel ds.  T he  pe rfor m ance  of  powe r   trans fer   is  hi gh  for  the  nea r  a nd   m edium   fie lds  com par ed  t o  the  fa r  fiel d.  Last ,  the  cha ra ct erist ic s  of   dis ta nce,   fr e qu e ncy a nd  nu m ber   of tu rn is m or e com plex  to  tra ns fe r p ow e r  i n  f a r fie lds syste m .    Table  2  li sts  t he  a dvanta ges   an d  disad va nt ages  for  eac h  te ch nique.  I n  inducti ve   an d  capaci ti ve  couplin g  te ch niques,  the  sy stem   of   W PT   is  si m ple  safe  with  a  shor t  transm issi on   distance.  T hus,  th e   app li cat io ns   of  inducti ve  c ou pling  is  im ple m ent  for  ba tt ery  c ha rg i ng   a nd  el ect ric  toot h  bru sh,  w hile  for   capaci ti ve  a ppli cat ion s  is  c ha rg i ng  po rtabl e  de vices.   I n  m agn et ic   res onant   co upli ng  te chn iq ue,  the   W P T   syst e m   is  lon g  tra ns m issi on   distance  an d  no  ra diati on.  Howe ver,  in  t his  te ch nique  the  disa dvanta ges  i s   diff ic ulti es  to  adjust  t he  re sonant  fr e quency .  Th e  ap plica ti on s   of  m agn et ic   res on a nt  c oupling  is  car   ch arg i ng .   In   el ect r om agn et ic   rad ia ti on   t echn i qu e ,  the  WPT  syst em   is   ver y  hi gh   t ransm issi on   pe rce nt  over  lo ng  di sta nce   bu t t he radiat io n need  li ne of  s igh t.  The  a ppli cat ion s  of this t echn i qu e  is im plem ents in  bi om edical  [ 23 ] .       Table  1.   C om par iso n betwee n nea r,  m edium   and fa r fie lds  of  WPT   Asp ect   The Nea r  Field   The Mediu m   Field   The Far  Field   The Energ y  E f f icie n cy   Hig h  [ 1 0 ]   Hig h  [ 1 5 ]   Low [ 2 1 ]   The Perfo r m an ce o f  po wer  trans f er   Hig h  [ 1 1 ]   Hig h  [ 1 6 ]   Low [ 2 2 ]   The   Ch arac te ristic  o f  dis tan ce,  f requ en cy  and  num b er  o f  turn   Easier  to   trans f er  p o wer  [ 1 3 ]   Easy  to trans f er  p o wer  [ 1 7 ]   More co m p l ex  to t rans f er  p o wer  [ 2 2 ]       Table  2.   A dv a ntages  and  disa dv a ntage s  of   w irel ess po wer  t ran s fer t ech niques   The W i reless  Po w er  T rans f er  Techn o lo g y   Ad v an tag es   Disad v an tag es   Ap p licatio n s   The Ind u ctiv e Co u p lin g   Si m p le  saf e,  h ig h   ef f icien cy  in sh o rt  rang e  [ 1 0 ]   Sh o rt  trans m iss io n  dis tan ce [1 1 ],   n eed accu rate alig n m en t [ 1 1 ]   Electr i c too th  bru sh  and   razor  b atte ry ch arg in g ,  in d u ctio n  sto v eto p s an d   in d u strial heaters  [ 1 1 ]   The Cap acitiv e Co u p lin g   Si m p le structu r e of   co u p lin g s, ligh tweig h t,  lo w  co st, po sitio n  f lex i b ility  an d  hig h  f requ e n cy  [ 1 2 ]   S m all po we r  d en sity  o f  the s m al l  co u p lin g  capacitan ce [1 2 ]   Ch argin g  po rtable d ev ices,  p o wer  rou tin g  in large scale  in teg rated cir cu its,   S m art cards   [ 1 2 ]   The Magn etic R eso n an t  Co u p lin g   Lon g  tr an s m iss io n   d istan ce,  n o  r ad iati o n  [ 1 5 ]   Dif f icu lt to ad ju st  reso n an ce  f requ en cy  f o r  m u lt ip le dev ices [ 1 5 ]   Cars ch argin g  [ 1 7 ]   The Elec t ro m ag n et ic   Rad iatio n   Ver y  hig h  tr an s m is sio n   p erce n t ov er  lo n g  dis tan ce  [ 2 1 ]   Rad iatio n  need  line o f  sig h t [ 2 1 ]   I m p le m en t in b io m ed ical  [ 2 3 ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci   IS S N:  25 02 - 4752     Encry ption Tec hn i qu e s   and  W ire le ss Po we r  Transfer  Sc he mes   ( Nur  Haz wa ni  H us sin )   187   2.2.       E ncry pti on  Tech nique  for WPT     This  sect io n  discuss es  t he  e nc ryptio n  te ch ni qu e s  of  the   WPT  syst em .  Pr evio us   researc h  pr ese nte d  sever al   te ch ni qu e s,  su c h  as  chaos  theo ry,  pass word   sec uri ty   syst e m ,   a nd   RF  sig nal,   app li ed  in  th e  WPT   syst e m . Each  t echn i qu e  w il l  be discus sed  in  d et ai l i n  t he  s ubse qu e nt secti ons.     a )    C haos  The ory   Chaos  t heory  is  us ed  t o  enc rypt  the  tra ns f er  ene rg y  of   m agn et ic ,  in duct ive,  an d  el ect ro m agn et i c   resona nt cou pling base d o n W PT [9].  Durin g t he pr ocess o f c haos for  the  s ecur it y key,  m at hem atics is us ed  to   gen e rate  discr et e - tim e  chao ti c  values.   T he   power   facto r   of   tra ns fe r  e nergy  shou l d  be  m ai ntained  at   the   m axi m u m   val ue  to  achieve  m axi m u m   po wer   at   the  load  [9 ] .  T hu s ,  re act ive  power   will   be  red uce d  in  the   transm issi on   powe r.   T hus,  th e  resonan t  f re qu e ncy  will   rem ov e  the  irrelevant  reacti ve  powe r  at   the  pr im ary   ci rcu it  [ 9]. Mo reover , cap aci t or  ar rays are  use d  to im pr ov e  secur it y per for m ance.  The refor e , m axi m u m   powe r   trans fer   ene r gy  can  be  util i zed,  w here  the  r eso nan t,  pr im a ry,  an d  seco ndary  un it s  ha ve   resonan t  f requen cy .   On the  oth e r h and, the  en c ryp te d  s witc hing freq ue ncy can  be o btained  as                                                                                                            ( 5 )     wh e re        is t he  c hao ti c sec ur it y  and can  b e  exp resse d  as                                                                                                                    ( 6 )       Sw it chin g   fr e quency   ca n  be  c on t ro ll ed   to   ch ang e  t he  ra nge   arr ay                   chao ti ca ll y  [9 ] .  Accor di ng   to  t he  powe r  le vel  a nd  tra ns m issi on   distance ,  the  r egu la ti ng  rang e  can  be  ge neral ly   sel ect ed.   So   t hat,  to   m a xim iz e  the  trans fer  po wer,  the  c hao t ic   secur it y  key ,  pri m ary,  resonan t  a nd   seco nd a ry  capaci to rs  can  be  regu la te d  wh ic h  is e xpre ssed  as                                                                                                                     ( 7 )                                                                                                                                ( 8 )                                                                                                                                      ( 9 )      The  c hao ti c  se qu e nce  is  util iz ed  as  th e  sec ur it y  key  to  e nc rypt  tra ns fe r  energy.  T he  lo gisti c  m ap  is  util iz ed  to  ge ne rate t he 1 - D d isc rete - tim e chao ti c series as   giv e n by [ 9]                                                                                                                  (1 0 )     wh e re        de note s  the   se quence   and  A   de no te s   the  bif ur cat io n  par am et er.  Th e  ph ase  portrai ts  of        and            exh i bit  va rio us  topolo gical   str uctu res  al on g  with  the   incre a se  in  A.   Mo reover ,       act s   as  a  const ant  value  for                 ,  a  pe rio d  1  os ci ll at ion   for                 ,  a  per io d  n   os ci ll at ion  f or                     ,   a nd  a  c ha otic   os ci ll at ion   f or                     .  In   a dd it io n,   the  la r gest   Ly apunov  e xponent  diag r a m   as  a  m a t hem atical   expressi on   of   t he  cha otic  be ha vior.  T hus,  th e  la rg est   Ly ap unov  ex pone nt   beco m es  po sit ive  w hen                 it  is  beca us e  of  in  c hao ti c  os ci ll at ion   pe rio d  and  at   sam e  tim e  the  cha otic   be ha vio r   occ ur s   if              [ 24] .  Ther e f or e,               is  sel ect ed  t o  ge ner at e  t he  ra ndom   bounde d  sec ur it y  k ey                    f or  the   e nergy   encr y ption sch e m e [24].     b )      P as sw or d  Sy s tem   The  pass w ord  secur it y  W PT  syst e m   is  the  i nteg rati on   int o  wireless  el ect rical   po wer   desi gn   in  w hich  a  sepa rate  power  desi gn  from   so urce  to   load   is  c on tr ol le d  by  a  pass word  c on t ro l le r.   In  [ 25] ,  t he   desi gn  dev el op e d  a   pa sswor d  sec ur it y  syst e m   by  usi ng   t he  Ard uino  Deu m il ano ve   m ic ro co ntr ol le r  that  was  ba sed  on  an  aut hen ti cat ion   te c hn i qu e  t o  co ntr ol  the  wireless  power  syst e m .  Ho we ver,  the  f re qu e ncy  ge ner at or   us e d  t o  const ru ct   t he  pa sswo r d  protec ti on   syst em   and   to   ge ner at e  t he  high - fr e que ncy  sig nal  res onat or  w as  s pec ific   at  the  130  kHz  f r equ e ncy.  T his  process  ac hiev ed  su c cessf ul  powe r  trans fe r   from   the  transm itter  to  the  re cei ver   for  the   act ivati on  loa d.  The   c on t ro ll er   only   al lows   t he  a ut horized   use r  w it h  pass w ord  t o  act ivate   t he  wireless   powe r  syst e m   for  the  co ns tr uc te d  pass word  pr otect io n  syst e m .  The  trans fer   proc ess  in  high  fr e quency   is  at  m egah ertz,  a nd  the  m axi m u m   po wer   tra nsfer  bet ween   s ource  an d  loa d  of   wireless  powe r  syst e m   can  be   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
    IS S N : 2502 - 47 52   Ind on esi a n  J   E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   9 ,  No.  1 ,  Jan ua ry 2018   :    1 8 3 – 1 90   188   dev el op e d  us i ng   t he  re sona nce  in duct ive  couplin g  WPT   te chn i qu e  [ 25] .  Fo r   the  res on a nt  f re qu e nc y,  the  i m ped ance  is   osc il la te d  betwe en  in put an d o utput. E quat io n ( 5 )  s hows  the  r es on a nt  fr e quency.                                                                                                                            (1 1 )     Figure  4  s how s  the  password   blo ck  diagr a m   of   the  securi ty   wireless  po wer   syst em .  T he  fr e quenc y   gen e rato r  ci rc uit  us es  IC  an d  LM5 55   to  ge ner at e  hi gh - f r equ e ncy  os ci ll at ion   at   130  kHz.  Th e  DC  to  AC  inv e rter  ci rc uit  is  us ed  t o  co nvert  the  ti m er  DC  outp ut  to  AC  outp ut  os ci ll at ing   at   130  kH z .  Acc ordi ng  to  the   desig n  of  the  pass word   sec uri ty   wireless  po we r  syst em ,  f our  pi ns   act   as  extern al   trig ge rs  with  in pu t  sign al s   from  the p ass w ord  c ontrolle r .          Figure  4 .   Pass word  Sec ur it y  W i reless  Powe r  Syst em  Bl ock   Diag ram  [ 25]       More ov e r,   t he  eff ic ie ncy  at   the  outp ut  f or  no   l oad   of  the  WPT  syst em   i s  60%  an d  for   load  is  36%  [25].  T he  m axim u m   ou tpu t  at   the  c oil  inters ect ion   for  the   r ang e   bet ween  5  cm   and   6  c m   dia m et er.  T he  c oil  esca la te s to  a c orner, a nd the i ntersecti on a re a d ec reases.     c)      Ra di o  Fre quenc y  Si gnal   In   [ 26 ] ,  t he  c oncepts   of  sec uri ty   centers  on  t he  tra ns m itted  powe r  sig nal  t o  be  r ecei ve d  by  a  r ecei ve r   in  wireless   po wer   t ran sm issio n  syst em .  By  us in g  t he  RF   sign al ,   t he  c oncept  of  the  e ncr y ption – decry ption  al gorithm   is  introdu ce d  to  ac hieve  the  sec uri ty   of   power   tr ansf e r.   F or   im pro ving  eff ic ie ncy,  a  low  s witc hin g  fr e qu e ncy is  use d  to  drive  the  gate of t he  MO SFET.         Figure  5 .   Bl oc k Diag ram  o f W i reless  powe r  T ran scei ver   [ 26 ]       Figure  5  sho w s  the  blo c k  di agr am   of  the  wireless  powe r  tra ns cei ve r.  The  proces s  of  the   bl ock  diag ram   is  wh ere  the  sign al   f lows   with out  any  interr up ti on   to  the  transm itter  inp ut.  T he  RESET  switc h  resets   the  pro gr am m i ng   c odes  in  t he   PI C  m ic ro con t ro ll e r.   The  si gnal   giv e n  to  t he   PI C  m ic ro co ntr oller  PI C 16F877A  with  40  pi ns   and  5  in pu t – outp ut  pi ns   a nd   15  inte rrup ti ons  a nd  sta bili ty   will   be  m ain ta ined   wit h  c rysta l  os ci ll at or   ci rc ui t.  The  si gn al   is  co ntro ll ed   by   the  PI C   m icr oc ontrolle r .  T his  sig nal  is  tr ansf e rr e d  t o  th e  R F   m od ule  throu gh  MA X  232.  MOSFET  s witc hes  are  c onne ct ed  to  each  oth er  a nd   th e  cu r ren t  will   pass  t hro ugh  by  switc hing  be tween  O N  a nd  OF F   sta te s.  The  passc ode  can  be  ge ner at ed  in   MA X  23 2  a nd  se nt  th rough  t he  RF  tran sm i tt er.  The   recei ver  process   is  the   r ever se   of   t he  tr ansm itter  proc ess.  F r om   this  te chn iq ue,  the   resu lt   of   powe r  tra nsfer red   from   the  transm it te r  to  the  recei ver   is  m axi m u m   at   the  cl os est   posit ion  with  distan ces  of   3,   2,   1, an d 0.5  f eet , whic h  ar e increase d, an d  the  powe r re cei ved  i n   the  re cei ver  is  reduc ed.  T hus,  t he r ecei ver  has  m at ched  th e p assc ode to  re cei ve  the  po w er s ig nal s ucce ssfu ll y [ 26] - [ 29] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci   IS S N:  25 02 - 4752     Encry ption Tec hn i qu e s   and  W ire le ss Po we r  Transfer  Sc he mes   ( Nur  Haz wa ni  H us sin )   189   3.   CONCL US I O N   WPT  is  am on g  the  m os t  com m on ly   us ed  te chnolo gies  of  this  centu ry.   Thu s ,  WPT  m us t  e m p loy   secur it y  m easur es   to  protect   the  syst em   fr om  un kn own  re cepto rs  or   rec ei ver s.   This  re view  e xam ined  the  var i ou s   te ch ni qu e s  f or  e nerg y  encr y ption  of  the   WPT  syst e m   by  fo c us i ng  on   m ediu m - fiel d  WPT.   C le arly ,   m any  m et ho ds  of   m agn et ic   resonan t  te ch niq ue s  ha ve  bee n  pro posed  t o  red uce  com plexity ,  bu t  at   sam e  tim e  perform   IM  m et ho ds   well .   Re so na nt  fr e qu e ncy  an d  free   po sit ion i ng   m et ho ds   ha ve   low  com plexity   and   perform ance  disad van ta ges.   T he  m os t  us efu l  m et ho d  is  the  strongly  co up l ed  res on a nce  m et ho d  beca use   of   it s  adv a ntage  i n  com plex it y  and   pe rfor m ance   on   th e  m agn et ic   reso na nt  couplin g  te ch nique.  T his  r eview  pr ese nted  e nc r ypti on   te ch niques  f or   WPT ,  bu t  the  discuss ion   was  lim it e d  to  cha os   t he or y.  As  an  e nc ryptio n   te chn iq ue f or   WPT , c hao s  th eor y i s c om plex,   but ex hib it s  good  perform a nce .       ACKN OWLE DGE MENTS     This  st ud y  wa s  sup ported   by   Un i ver sit i  Ma la ysi a  Perlis  ( Un iM A P)  a nd  the  Mi nistr y  of  Hi gh e r  Ed ucati on ( M oH) u nder a  Gra nt Num ber   Un i MAP/ RM IC/  FRGS/  9003 - 00 - 0056 2.         REFERE NCE S   [1]   X.  Mou  and   H.  Sun,  “ Wirel ess  power  transfer:  Surve y  and  roadm ap ,”  IEE E  Ve hic ul ar  Te chno l olog y   Confer ence ,  vol.   2015 ,   pp .   1 – 13,   2015 .   [2]   N.H  Hus sin,  M.   M.  Aziz an ,   A  Ali,   M.  A.  M  Albre em ,   “ Compar ison  of  Pe rform ance   based  on  Powe r  of  Ene r gy  Enc rypt ion  in  Me dium  Field  f or  Wirel ess  Po wer  Tr ansfer  Syste m ,”  I n te rn at i onal   Journal   on   Advanc ed   Science ,   Engi ne eri ng  and   Inform at ion   Tec hnolog y ,   vo l. 7,  pp.   1805 – 1810 ,   2017 .   [3]   O.  H.  Sti elau  and  G.  a  Cov i c,   “ Design  o f  l oosely   coupl ed   induc t ive  pow er  transfer  syst ems ,”  Int ern a ti o nal  Confe re nc e  on   Pow er  S y st em T e chnol og y   Proc eedings ,   vol .   1 ,   pp .   85 – 90,   2000.   [4]   W .   Chwei - Sen,   O.  H.  Stie la u ,   a nd  G.  A.  Covic ,   “ Design  consid erati ons  for  a  cont act l ess  el ectric   ve h ic l e  batter y   charge r , ”   IEEE Transacti on  o n  I ndustria l   Elec t ro nic s ,   vo l. 52, pp.  1308 – 1314,   200 5.   [5]   A.  W ooji n,   J.  Sungkw an,   L.   W onk y um ,   K.  Sangsik,   P.  Juns eok,   S.  Jae gue,   K.  Hongs eok,   and  K.  K y oungchoul,   “ Design  of  coupl ed  resonators   for  wirel ess  pow er  transfer  to  m obil e  de vi c es  using  magneti c  fiel d  shaping , ”  IEEE  Inte rna ti ona l  S ym posium   on  El e ct rom agna t ic Co m pat ibi lit y ,                                       pp.   772 – 7 76,   2012 .   [6]   Agbin y a ,   Johns o n  I.,  " W ire l ess p ower  tra nsf er, "  Rive r  Publ ishers,   vol .   45 ,   2015 .   [7]   R.   A.   Bercic h ,   D.  R .   Duff y ,   and  P.   P.   Ira zoqui ,   “ Far - fi e l d  RF  powering   of  implant abl e   devic es:  Safet y  c onsiderati ons ,”  IEEE Transa ct i ons on  Biom edi c al   Engi ne eri ng ,   vol.   60 ,   pp .   2107 – 2112,   2013 .   [8]   S.  Bhu y an ,   K.  Sivana nd,   S.  K .   Panda,   R.   Ku m ar,   and  H.  Ju nhui,   “ Re sonan ce - Based  W ireless   Ene rgizing  of  Pi ezoe le c tric Co mponents ,”  IEEE  Magne ti cs   Let te rs ,   vo l. 2, pp.  6 000204,   2011 .   [9]   V.  Ciri m el e ,   S.  G.  Rosu,  P.  Guglie lmi ,   and  F.  Fr esc hi,   “ P erformance   e val uat ion  of  wirel ess  powe r  transfer  systems   for  el ectric   v ehicle s  using  the   o ppositi on  metho d , ”  IE EE   1st  Int ern ational   Foru m   on  Resea rc h  a nd  Te chnol og ie s   for   Socie t y   and   I ndu str y   Le v era g ing a  be tt er   tomorro w,  pp.   546 - 550,   2015.   [10]   M.  K.  Juniotj a   and  P.  Kum ar,   “ A  Study   on  Co ntac tless   Ene rgy   Tr ansfer ,”  Internat ion al   Confer enc e  of  Adv ance  Resea rc h   and   In novat ion ,   pp .   55 7 – 561,   2014 .   [11]   S.  A.  Khidri,  A.   A.  Mali k ,   and  S.  H.  Mem on,   “ W iT ric i t y  :  A  W ire l ess  Ene rg y   S olut ion  Ava il ab l e  at   An y t ime  an d  An y where , ”   vol .   2,   pp.   26 – 34,   20 14.   [12]   J.  Kim   and  F.   B ie n,   “ El e ct ric   fie ld  coup li ng  te ch nique   o f  wire le s s  power  transfer   for  e le c tric  ve h i cl es , ”  I EE E   201 3   Te ncon   -   Spring ,   TE NCO NS pring  2013  -   Confer e nce   Proc ee d ings ,   vol. 1, pp. 267 – 271,   2013 .   [13]   H.  Funato,   H.  Koba y ashi,   and  T.   Kit abay ashi ,   “ Anal ysis  of  transfer  power  of  capac i ti v e  powe r  transfer  system ,”  Proce edi ngs of   t he  Int ern a ti ona l Confere nc e  on   Pow er   Elec troni cs   and  Driv e  S y ste m s ,   pp.   1015 – 10 20,   2013 .   [14]   T.   C.   B.   T.   C.   B eh,   T.   Im ura ,   M.   Kato,   and  Y.  Hori,   “ Basic   study   of  improving  ef f ic i enc y  of  wirele ss   power   transfe r   vi a  magnet ic   re sonance   couplin g  based  on  impedanc e  mat chi n g ,”  IE EE   In te rn at ion al   S y m pos i um   on  Industria l  El e ct roni cs ,   pp .   2011 – 2016,   201 0.   [15]   T.   Im ura ,   H.  O kabe ,   and  Y.   Hori,   “ Basic  ex p e rimental   study   o n  hel i cal   an te nn as  of  wireless   power  transfer  fo r   el e ct ric   ve h icles   by  using  magne ti c  resonant   cou pli ngs ,”  5 th  I EEE  Vehi cl es  Pow er  and  Propulsio n  Confer en ce ,   p p.   936 – 940,   2009 .   [16]   Z.   W ang ,   X.   W ei ,   and  H.   Dai,  “ P rinci ple  e laborat ion  and  syst em  structure  val ida tion  of  wire le ss   p ower  transfer  via  strongly  coup le d   magnetic  reson ance s , ”   9th   IE E E  Vehi cl e   Pow er   and  Propulsion   Confer ence ,   pp.   261 – 266,   2013 .   [17]   S.  Das  Barman,   A.  W .   Rez a ,   N.  Kum ar,   M.  E.   Kari m ,   and  A.  B.   Munir,   “ Wirel es s  powering  by  magnetic  resonant  coupl ing:  Re c en t  trends  in  wire l ess  power  transfer  system  and  it s   appli cations ,”  Rene wabl e  and  Sus ta ina ble  Ene r g y   Revi ews ,   vo l. 51 ,   pp .   1525 – 1552 ,   2015.   [18]   E.   Falke nst ei n ,   D.  Costine tt,  R.   Za ne ,   and  Z .   Popovic,   “ Far - fiel d  RF - powered  v ariable   duty   cy c le   wireless   sens or   plat form , ”   IE EE   Tra nsac ti ons on   Circ uit s   S y st ems  II  Exp re ss   Brief s ,   vol. 58, pp. 82 2 – 826,   2011 .   [19]   H.  Viss er,   “ Far - Fi el d   R F Ene rgy   Tr anspor t ,”  IE E E  Rad io and  W ir el ess S y m posiu m ,   2013 ,   pp .   34 – 36,   2013 .   [20]   S.  S.  Valt ch ev,   E.   N.  Ba ikova,  a nd  L.   R.   Jorge ,   “ El e ct rom agnet i c   fi el d  as  th e  wire le ss   transpor te r  of  ene rgy ,”  Fa cta  Univer sitatis  -   Serie s  El e ct ron ic s   and Ene rg et i cs ,   vol.   25 ,   pp .   171 – 181,   2012 .   [21]   A.  A.  Thora t  a nd  S.  S.  Kata riy a ,   “ Solar  Powe r  Sate ll i te ,”  I OS R  Journal  of   El ectroni cs  an d  Comm unic at i on   Engi ne eri ng ,   vol .   5 ,   pp .   59 – 64 ,   2 013.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
    IS S N : 2502 - 47 52   Ind on esi a n  J   E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   9 ,  No.  1 ,  Jan ua ry 2018   :    1 8 3 – 1 90   190   [22]   T.   L inl in ,   H.  Xu el i ang,   L .   Hui ,   a nd  H.  Hui,   “ Stu dy  of  Wire le ss   P ower  Tr ansfer  S yste m  Thr ough  Strongly   Coupl e d   Res onance s , ”  In t ern ational Conference on El e ct r ical and  Cont rol E ngine er ing ,   pp.   4 275 – 4278,   2010 .   [23]   M.  Xia  and  S.  As sa,   “ On  the   Ef fici enc y  o f  Fa r - Fi el d  Wire le ss   Powe r  Tr ansfer ,”  IEEE  Tra ns ac t ions  on  Signal  Proce ss ing ,   vol .   63,   pp .   2835 – 28 47,   2015 .   [24]   K.  T .   Chau   an d   Z.   W ang ,   " Chao s in  E lectr i c  Dri ve  S y st em , " Joh n  W il e y   Publ ishers,   2001 .   [25]   K.  O.  K.  H .   O.  E.   Ke at,  “ Wirel e ss   Powe r  Tr ansf er  for  Small  S ca le   App licati on , ”  IEE E   Confer en c e  Paper   Score d ,   vol.   2009 ,   pp .   16 – 17,   2013 .   [26]   B.   R.   R and y   an d  R.   A.  Kum ar,  “ Sec ured  Wireless   Powe r  Tr ansm ission  Us ing  Radi o  Frequ ency , ”   Inte rn at ion a l   Journal  of  Infor m at ion  Sci ences  and  T ec hniqu es ,   vol.   4 ,   pp .   115 – 1 22,   2014 .   [27]   MH   Misran  and  SK A   Rahi m ,   " Optimum  Tr an s mitt er  Receive r  Rat io  for  Max i mum   Wirel ess  Ene rgy  Tr ansfer , "  Indone sian  Jour nal   of   E le c tri c al  Engi ne eri ng  and   Com pute r  Sci en ce ,   vol .   5 ,   pp .   59 9 - 605,   2017 .     [28]   M  Fitra   and   S  Elv y ,   " Wireless   Po wer  for  Mobile  Bat te r y  Charger , "  Indone sian   Journal  of  Elec tr ical  Eng ineeri ng  a nd   Com pute r  Scie n ce ,   vol .   6 ,   pp .   27 8 - 285 ,   2017 .    [29]   M  Rehman ,   Z  Baha rudin  and  P  Nall agownde n ,   “ Mode lling  an d  E fficienc y - An aly sis  of  Wir el e ss   Powe r  Tr ans fe r   using  Magne ti c  Re sonance   Coup li ng , ”  Indone sia n  Journal  of  El e ct ri ca l  Engi ne ering  and  Com pute r  Scie nc e ,   vol .   6 ,   pp. 563 - 571 ,   201 7 .    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.