I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   201 6 ,   p p .   946 ~ 9 53   I SS N:  2088 - 8 694 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v7 . i 3 . p p 9 4 6 - 953           946       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   I m ple m e ntatio n o a  MI M O   Sy ste m   forWirel ess  P o w er  Tra nsfer Using   A co ustic App ro a ch       T ho riq  Z a i d 1 Sh a k ir  Sa a t 2 No re z m i J a m a l 3 Siti   H uza i m a h   H u s in 4 ,   Y us m a r nita   Yus o f 5 ,   SK   Ng ua ng 6   1 , 2, 3, 4 , F a c u lt y   o f   El e c tro n ic &   Co m p u ter E n g in e e rin g Un iv e rsiti   T e k n ik a M a la y sia   M e la k a ,   M a la y s ia   De p a rtm e n o f   El e c tri c a a n d   Co m p u ter E n g in e e rin g ,   Un iv e rsity   o f   A u c k lan d ,   Ne w   Ze a lan d       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   1 2 ,   2 0 1 5   R ev i s ed   A p r   7 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   Ma y   8 ,   2 0 1 6       T h is  p a p e p re se n ts  a   d e v e lo p m e n o f   A c o u stic  e n e rg y   tran s f e ( AET s y st e m   th ro u g h   a ir  m e d iu m b y   i m p le m e n ti n g   a   M u lt i p le  I n p u t - M u lt i p le  Ou tp u (M IM O)  a rra n g e m e n o f   tran sd u c e rs  to   tran sm it   e n e rg y .   A ET   s y s tem   a ll o w s   p o w e to   b e   tran sm it ted   w it h o u w ire  c o n n e c ti o n .   T h e   M IM s y ste m   i s   p ro p o se d   i n   t h is  p a p e to   in c re a se   th e   e f f i c ien c y   o f   th e   tran sm it ti n g   p o w e b y   m u lt ip ly in g   th e   re c e iv e d   p o w e r.   T h e   si m u latio n   a n d   e x p e rim e n tal  w o rk a re   c a rried   o u u sin g   a   Clas p o w e c o n v e rter  a n d   th e   o b tain e d   re su lt a re   a n a ly z e d   a c c o rd in g ly .   Ba se d   o n   th e   e x p e ri m e n tal  re su lt s,  th e   1 8 . 5 7 m o u t p u p o w e is  o b tain e d   a 4 0 k Hz   o p e ra ti n g   f re q u e n c y   wh e n   tri p le  tran sd u c e is  u se d It  c o n tri b u tes   to   3 0 . 9 6 %   e ff icie n c y   to   th e   p o w e tran sfe r   s y ste m .   K ey w o r d :   A co u s tic  e n er g y   tr an s f er   MI MO   s y s te m   Ultr aso n ic  tr a n s d u ce r   W ir eless   p o w er   tr an s f er   Co p y rig h ©   201 6   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   T h o r iq   Z aid ,     Dep ar t m en t o f   I n d u s tr ial  E lect r o n ic,     Facu lt y   o f   E lectr o n ic  &   C o m p u ter   E n g in ee r i n g ,   Un i v er s i t y   T ek n i k al  Ma la y s ia  Me lak a ,   Ma l a y s ia.   E m ail: t h o r iq za id @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   A co u s tic   en er g y   tr an s f er   ( A E T )   is   an   e m er g i n g   n e w   m et h o d   o f   tr an s f er r i n g   en er g y   w ir el ess l y   w h ic h   ex p lo its   v ib r atio n   o r   u ltra s o u n d   w av e s .   A E T   is   s till   i n   it s   ea r l y   p h ase s   an d   h a s   s ee n   v er y   li t tle  d ev elo p m en as  co m p ar ed   to   o th er   C o n tactle s s   E n er g y   T r an s f er   ( C E T )   s y s te m   l ik I n d u cti v P o w er   T r an s f er   ( I PT )   o r   C ap ac itiv P o w er   T r an s f er   ( C PT ) .   E v en   th o u g h   th o t h er   C E T   s y s te m   w as  estab li s h ed   ea r lier   y ea r s   ag o ,   A E T   h as  ad v a n ta g es  in   s o m tr ait s A s   it  p r o p ag ate s   t h r o u g h   v i b r atio n ,   it  ca n   tr an s m it  e n er g y   t h r o u g h   m etal   m ed iu m   w h er I PT   an d   C PT  f ail  to   ac h iev e. T h m etal  w all s   h av s h ield i n g   e f f ec w h ic h   li m it s   th co u p l i n g   o f   elec tr o m ag n etic  f ield s   an d   in d u ce s   ed d y   c u r r en ts   i n   th m etal  r es u lti n g   i n   h i g h   lo s s e s .   Ho w ev er ,   an   A E T   s y s te m   w o u ld   n o f ac s u c h   d if f icu lties   d u to   th ab s e n ce   o f   elec tr o m a g n et ic   f ie ld s .   Se v er al  d ev elo p m en t s   p r o v e d   th at  A E T   ca n   s u s ta in   its   co m p ete n c y   ac r o s s   a   co n d u cti v p r o p ag atio n   m ed iu m   a n d   o b tain   lar g e r   d is tan ce   o f   tr an s m i s s io n   [ 1 ] .   I n   b io m ed ical  ap p licatio n s p r esen ce   o f   e lectr o m a g n et ic  f ie ld s   w ill  ca u se   s id ef f ec ts   an d   it  is   co n tr o lled   u n d er   m ed ical  r eg u latio n   [ 2 ] .   A b s en ce   o f   elec tr o m ag n etic  f ie ld s   h as  m ad A E T   m o r p r ac tical  to   b u s ed   i n   b io m ed ical  ap p licatio n s   a n d   ca n   b e ap p lied   in   m i n iat u r ized   s ize  [ 1 ] .   Oth er   th a n   th at,   ac o u s tic   v elo cit y   i n   h u m an   ti s s u es   u s ed   b y   m ed ical  i m ag i n g   ap p licatio n   p r o d u ce s   v er y   s m al l   w a v ele n g t h .   T h i s   m ak e s   A E T   an   attr ac tiv e   m eth o d   to   e n er g ize   i m p la n ted   m icr o - d e v ices  w ir ele s s l y   a n d   allo w i n g   r ea s o n ab le  d ir ec tio n al  tr an s m i s s io n   s i n ce   t h tr an s d u ce r s   o f   o v er all  d i m e n s io n s   ar u s e d   a s   f e m illi m eter s   [ 3 ] .   A lth o u g h   th e   A E T   s y s te m   co u ld   tr an s f er   en er g y   o v er   lo n g er   d is tan ce ,   th e   p o w er   r ec ei v ed   at   r ec eiv er   q u ite  lo w   esp ec iall y   w h e n   ai r   m ed iu m   o f   tr an s m i s s io n   is   u s ed .   T h u s ,   t h i s   p ap er   p r esen ts   a   d ev elo p m en t   o f   M u ltip le   I n p u t - M u ltip le   O u tp u t   ( MI MO )   ar r an g e m e n o f   tr a n s d u ce r s   t o   tr an s m it   en er g y to   in cr ea s t h ef f icie n c y   o f   th t r an s m itti n g   p o w er   b y   m u l tip l y in g   t h r ec ei v ed   p o w er .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       I mp leme n ta tio n   o a   MIMO  S y s tem  fo r W i r eles s   P o w er T r a n s fer Usi n g   A co u s tic  A p p r o a ch   ( Th o r iq   Za id )   947   A   t y p i ca ac o u s tic  en er g y   tr a n s f er   s y s te m   co n s i s ts   o f   p r i m ar y   a n d   s ec o n d ar y   u n it  w h er e   b o th   s id es  co m p r is e   o f   u l tr aso n ic   p iezo elec tr ic  tr an s d u ce r   a n d   s ep ar ated   b y   tr a n s m i s s io n   m ed iu m ,   as  s h o w n   i n     Fig u r e   1 .   T h m ai n   i m p o r tan ele m en t s   t h at   w ca n   c lass i f y   i n   t h i s   s y s te m   ar e;  p o w er   co n v er ter ,   r ec ti f ier ,   tr an s m is s io n   m ed iu m   a n d   tr an s d u ce r .   P o w er   co n v er ter   an d   r ec tif ier   w ill  tak p ar in   tr an s m itti n g     an d   r ec eiv i n g   e n er g y   u s i n g   d esire d   u ltra s o n ic  tr an s d u ce r .   Me an w h ile,   t h tr an s m i s s io n   m ed iu m   d eter m in e s   h o w   t h w a v p r o p ag ates. .   T h d ev elo p m e n o f   A E T   in   b io m ed ical  t h r o u g h   tis s u a n d   w a ter   ac h ie v ed   q u ite   g o o d   r esu lt  as  i n   [ 3 ] [ 7 ] .   T h er ar also   s ev er al  r esear ch   a n d   d ev elo p m e n o f   A E T   th r o u g h   m e tal  m ed i u m   as  in   [ 8 ] [ 1 1 ] b u t v er y   f e w   w o r k s   d is cu s s ed   A E T   th r o u g h   air   [ 1 2 ] ,   [ 1 3 ] .           Fig u r 1 .   A   g e n er al  A E T   s y s te m   th a t c o n s i s ts   o f   3   p ar ts ; p r im ar y   u n it,  tr an s m i s s io n   m ed i u m     an d   s ec o n d ar y   u n it       A E T   s y s te m   is   b a s ed   o n   s o u n d   w a v es   o r   v ib r atio n   a n d   is   b asicall y   ap p lied   u s in g   a n   u ltra s o n ic   tr an s d u ce r .   A t h p r i m ar y   u n i t ,   p o w er   co n v er ter   is   u s ed   to   d r iv th a m o u n o f   p o w er   n ee d ed   b y   th p r i m ar y   tr an s d u ce r .   T h p r im ar y   tr a n s d u ce r   w il tr an s f o r m   elec tr ical  en er g y   in to   p r ess u r o r   ac o u s tic  w a v e.     I g e n er ates  w a v e s   in   t h f o r m   o f   m ec h a n ical  e n er g y   a n d   p r o p ag ates  th r o u g h   m ed iu m .   T h p r i m ar y   tr an s d u ce r   s h o u ld   b d r iv en   at   s p ec if ic  f r eq u en c y   a n d   is   n o r m al l y   r ep r esen ted   in   s in u s o id al  w a v e f o r m   to   o b tain   t h b est  p er f o r m a n ce   t h at  is   m atc h ed   w i th   t h e   p r o p ag atio n   m ed iu m [ 1 4 ] .   I n   t h is   p ap er ,   C las s   E   p o w er   co n v er ter   is   u s ed   as  p o w er   co n v er ter   d u to   it s   s i m p lici t y   an d   t h eo r etica l l y   it  ca n   p r o d u ce   ze r o   s w itc h in g   lo s s es,  b esid es   its   s i m p licit y   a n d   o n l y   h a s   s in g le  s w itc h   co m p o n en t t h at  n ee d   to   b co n tr o lled as p u b lis h ed   in     [ 1 5 ] [ 1 7 ]   f o r   h ig h   f r eq u e n c y   i n d u cti v C E T .       T h s ec o n d ar y   tr an s d u ce r   is   p lace d   at  p o in alo n g   th p ath   o f   th s o u n d   w a v f o r   th in v er s e   p r o ce s s   o f   co n v er ti n g   b ac k   i n to   elec tr ical  e n er g y .   I n   o th e r   w o r d s ,   t h is   ac o u s t ic  w a v i s   p ick ed   u p   b y   t h e   s ec o n d ar y   tr a n s d u ce r   at  a   s p ec if ic  f r eq u e n c y   a n d   co n v er t s   th m ec h a n ical  e n er g y   b ac k   to   t h elec tr ical  en er g y .   I t h e n   ca n   b u s ed   f o r   p o w er i n g   u p   a n   elec tr ica lo ad .   T h s in e   w av e   is   als o   p r o d u ce d   at  th e   s ec o n d ar y   tr an s d u ce r .         2.   ACO UST I E NE R G T RA NSFER U SI N G   M I M O   SYST E M   Sin g le  i n p u t - o u tp u t   tr an s d u ce r   h as   b ee n   d e v elo p ed   in   [ 1 8 ]   s h o w s   lac k   o f   o u tp u p o w er   r ec eiv ed   b y   th tr an s d u ce r ,   s ee   Fi g u r 1 .   T h u s ,   th i s   p ap er   p r o p o s es  n e w   ar r an g e m en o f   tr an s d u ce r   p o s itio n   s o   th at  t h e   r ec eiv ed   p o w er   ca n   b m u l tip lied   u s in g   m u lt ip le - i n p u t   m u lt ip le  o u tp u t   ( MI MO )   tr a n s d u c er ,   s ee   Fi g u r 2 .   I n   o th er   w o r d s ,   th er ar m u l tip l tr an s d u ce r s   u s ed   o n   b o th   s id tr a n s m itter   a n d   r ec eiv er .   T h MI MO   s y s te m   is   ap p lied   to   in cr ea s th ab ilit y   o f   th s y s te m   to   r ec eiv m o r p o w er   f r o m   o n p o w er   s o u r ce .             Fig u r 2 Mu ltip le  in p u t - o u tp u t A E T   s y s te m   b lo ck   d ia g r a m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   9 4 6     9 5 3   948   A ll  o f   th tr an s m itti n g   tr an s d u ce r s   co n n ec to   th p o w er   co n v er ter   i n   p ar allel  co n n ec tio n .   T h is   w il l   m ak e   t h tr a n s m it tin g   tr an s d u ce r   tr an s m it  eq u al  p o w er   f r o m   t h co n v er ter .   T h r ec eiv i n g   tr an s d u ce r   co n n ec ted   to   th r ec tif ier   in   s er ies  co n n ec tio n ,   th u s   th i n p u o f   th tr an s d u ce r   w ill  g e m ax i m u m   v al u o f   p o w er   to   th lo ad . T h s ch e m a tic  o f   th co n n ec tio n   ca n   b s i m p li f ied   as   s h o w n   i n   Fi g u r 3 ( a)   an d   3 ( b ) .             Fig u r 3 ( a)   C o n n ec tio n   o f   m u ltip le  tr an s m itter s ,   T x   in   p ar allel  ( b )   C o n n ec tio n   o f   m u lt ip le  r ec eiv er s ,     R x   i n   s er ie s       3.   DE S I G o f   P O WE CO NV E RT E R   P o w er   c o n v er ter   p la y s   a n   i m p o r tan r o le  to   d r iv e   p o w er   t o   th c ir cu it.   I n   th is   p ap er ,   t h C las s   E   p o w er   co n v er ter   is   c h o s en   to   ap p ly   in   t h A E T   MI MO   s y s t e m .   T h C las s   E   co n v er ter   is   ch o s e n   b ec a u s e   it   o p er atio n   is   b ased   o n   th Z er o   Vo ltag S w itc h i n g   ( Z VS)   c o n d itio n   w h er th s w itch in g   lo s s es  is   m in i m ized .   T h u s ,   th e f f icien c y   o f   t h s y s te m   ca n   b i n cr ea s ed .     3 . 1 .     Cla s s   E   Co nv er t er   O pe ra t io n   B asicall y ,   t h cla s s   e   co n v e r ter   co n s is t s   o f   P W g en er ato r   w h ich   is   in   th i s   w o r k   w u s e   m icr o co n tr o ller ,   MO SF E T   d r i v er   an d   C la s s   E   a m p li f ier   cir cu it.   Fi g u r 4   s h o w s   t h s ch e m atic  cir cu it  o f   t h e   class   E   co n v er ter .           Fig u r 4 .   C lass   E   co n v er ter   s c h e m a tic  cir cu it       T h m icr o co n tr o ller   u s e s   to   g en er ate  t h P W p u ls w i th   s p ec if ied   f r eq u e n c y .   T h g e n er ated   p u ls e   co n n ec to   th MO S FET   d r iv er   as  s w i tch i n g   d ev ice  to   r ap id ly   an d   co m p letel y   s w it ch   th g a te  o f   th e   MO SF E T   of   t h C las s   E   a m p lif ier .   T h MO SF E T   o p er ates  as  a n   o n /o f f   s w itc h   o f   th e   a m p li f ier .     T h L cho k e   u s ed   to   n eg lect  it s   cu r r en r ip p le  o r   ac ts   as  cu r r en s o u r ce   w h e n   th s w itc h   is   o f f T h is   is   to   li m it  th i n p u t   cu r r en to   b a   co n s ta n t   cu r r e n t.   T h s h u n t   ca p ac ito r ,   C shunt   ac r o s s   t h s w itch   is   to   s h ap d r ain   v o lta g a n d   cu r r en w av e f o r m   d u r i n g   o n   t o   o f f     tr an s itio n   an d   n et  s er i es  lo ad   in d u ctan ce   o f f er   t h r eq u ir ed   p h ase  s h i f t   f o r   th f u n d a m e n tal  w a v an d   b eh av as  h ar m o n ic  o p en   cir cu it  [ 1 5 ] Ser ies  ca p ac ito r ,   C series   an d   s er ies  in d u cto r   L series   ac t   as a   f ilter   to   r ed u ce   t h h a r m o n ic  e f f ec t s   a t si n w av e.   I t   o p er ates b ased   o n   t h ze r o - v o lta g e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       I mp leme n ta tio n   o a   MIMO  S y s tem  fo r W i r eles s   P o w er T r a n s fer Usi n g   A co u s tic  A p p r o a ch   ( Th o r iq   Za id )   949   s w itc h in g   ( Z V S)  an d   ze r o - d er iv ati v s w itc h i n g   ( Z D S)  co n d itio n s   at  t h o n - s tate  s w itc h   [ 1 9 ] .   Sin ce   C la s s   E   co n v er ter   cir c u it  f u l f ill s   t h Z VS / Z DS  co n d itio n ,   th u s ,   t h p o w er   lo s s   i n   C la s s   E   co n v er ter   cir cu i ca n   b e   m i n i m ized   to   ze r o   d u r in g   th s w itc h i n g   o p er atio n   [ 1 5 ] ,   th u s   in cr eses   t h ef f ic ien c y   o f   t h e n er g y   tr an s f er .   B ased   o n   th a n al y s i s   i n   [ 2 0 ]   an d   ap p lied   ac co r d in g l y   i n   [ 2 1 ]   [ 2 2 ] ,   th lo ad   r esis ta n ce   ca n   b e   d eter m i n ed   a s   RL 0 . 5 5 1 4   ( V DD 2 /P O ) T h e   s h u n ca p ac ito r ,   C shunt ac r o s s   th e   s w i tch   ca n   b ca lcu lated   a s   C shunt 0 . 1 9 7 1 / ω R L Mo r eo v er ,   t h s er ies  ca p ac it o r ,   C series ca n   b d eter m in e d   as  C series 0 . 1 0 6 2 / ω R L . T h e   v alu o f   s er ies  in d u cto r ,   L series   is   t h e   s u m m atio n   o f   r eso n an i n d u cto r ,   L res   an d   s er ies  lo ad in g   i n d u c to r ,   L ext w h er e L series = L ext +L res T h u s ,   t h r eso n an in d u c to r ,   L res an d   ex ce s s   s er ies  in d u ctan ce ,   L ext ca n   b ec alcu lated   as   L res 1 0 . 6 2 ( R L / ω )   an d   L ext = 1 . 1 5 3 ( R L / ω ).     3. 2   Cla s s   E   Co nv er t er   Desig n   T h s p ec if icatio n s   an d   p ar a m e ter   o f   th C lass   E   co n v er ter   ci r cu it  ar s h o w n   i n   T ab le  I .   I n   th is   p ap er ,   th C la s s   E   co n v er ter   cir cu it  i s   d esig n ed   b ased   o n   th r eq u ir e m en o f   th tr an s m itter   w h i ch   m u s s atis f y   th e   f o llo w in g   s p ec i f icatio n s in p u t   v o lta g e,   V in =9 V,   m a x i m u m   o u tp u t   p o w er   is   ass u m ed ,   P o =1 0 0 m W ,   d u t y   c y c le,   D= 5 0 %,  o p er atin g   f r eq u e n c y ,   4 0 k Hz  ± 0 . 5   an d   q u alit y   f ac to r ,   o f   s er ies  r eso n an cir c u it  i s   1 0 .     T h s p ec if icatio n   n ee d ed   is   ap p lied   to   th f o r m u la  a n d   o b tain ed   th v al u as i n   T ab le  I .   I n   ad d iti on ,   th cir cu it  d esig n   f o r   C la s s   E   co n v er ter   c ir cu it a s   s h o w n   in   Fi g u r 5   b a s ed   o n   th e   id ea l c a s w h er e   t h in ter n al   r esis ta n ce   in   th M OSFET   an d   all  p ass i v ele m en ts   w er ig n o r ed .       T ab le  1 .   C lass   E   C o n v er ter   C i r cu it Sp ec if icatio n s   P a r a me t e r s   C a l c u l a t e d   O p e r a t i n g   F r e q e n c y ,   f   R a t e d   P o w e r ,   P   Q u a l i t y   F a c t o r ,   Q   D C   V o l t a g e ,   V D D   S w i t c h   D u t y   C y c l e ,   D   4 0 . 0   k H z   1 0 0 mW   1 0 . 0   9 . 0 V   0 . 5   C h o k e   I n d u c t o r ,   L c hok e   3 5 . 0 mH   S h u n t   C a p a c i t o r ,   C s hunt   1 . 8 nF   S e r i e s C a p a c i t o r ,   C s e r i e s   0 . 9 nF   S e r i e I n d u c t a n c e ,   L s e r i e s   2 0 . 9 m H   L o a d   R e si st a n c e ,   R L   4 4 6 . 0 Ω       Fig u r e   5   s h o w s   th s c h e m atic   d iag r a m   o f   th C lass   E   cir cu it  th at  h a s   b ee n   d esig n ed   in   t h is   w o r k .   T h L T Sp ice  s o f t w ar i s   u s ed   in   t h i s   w o r k .   A l t h v al u e s   u s ed   ar th s a m e   as  g i v en i n   T ab le  I .   T h g ate  o f   th MO S FET   w ill  b d r iv en   b y   th P W s ig n al  t h at  i s   g e n e r ated   b y   th m icr o co n tr o ller .   T h m icr o co n tr o ller   u s ed   in   th i s   w o r k   is   P I C   1 6 F 8 1 9 .   T h PW is   d esig n ed   t o   p r o d u ce   a   4 0 k Hz  ± 0 . 5   f r eq u en c y   a n d   th i s   is   t h o p er atin g   f r eq u e n c y   o f   t h is   s y s te m .   T h r esu l ts   w il l b d is cu s s ed   n e x t.           Fig u r 5.   C lass   E   co n v er ter   d esig n   cir cu i t       4.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S   T h is   s ec tio n   co n s i s ts   o f   s i m u l atio n   a n d   e x p er i m e n tal  r e s u l ts   o f   th e   C la s s   E   co n v er ter   a n d   th o u tp u t   o f   th e n er g y   tr an s f er   b ased   o n   th p ar a m e ter   v al u s et  i n   T ab le  1   T h ty p o f   M OSFET   th at  is u s ed   is   I R F5 1 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   9 4 6     9 5 3   950   w h ile  t h MO SF E T   d r iv er   is   T C 4 4 2 2   ty p e.   T h class   E   c o n v er ter   cir cu i s i m u latio n s   a r o b tain ed   f ir s to   d eter m in t h Z V co n d itio n   o f   th co n v er ter .   B o th   s i m u lat io n   en d   ex p er i m e n tal  r esu lts   w il b p r esen ted   in   th is   s ec tio n .     4 . 1 .   Cla s s   E   S i m u la t io n Re s ults   Fig u r e   6 ( a)   s h o w s   th h alf   s i n u s o id al  w a v e f o r m   o f   t h d r ain - to - s o u r ce   v o lta g e,   V DS th g ate - to - s o u r ce   v o ltag e,   V GS a n d   cu r r en d r ain ,   I D Du to   th ch ar g es  s to r ed   in   th s h u n ca p ac ito r ,   th V DS   v al u e   in cr ea s es  to   al m o s 3 . 0   ti m es   g r ea ter .   Me an w h ile,   t h s q u ar w a v ef o r m   of   g ate - to - s o u r ce   v o ltag e,   V GS ,   i s   s p ec if ied   as  5 V.   T h is   is   b ec au s e,   in   th OF s tate  tr an s itio n ,   th cu r r en w ill  f lo w   t h r o u g h   C shunt   a n d   p r o d u ce s   th v o lta g ac r o s s   t h ca p ac ito r   an d   V DS .   T h u s ,   th e   C shunt   s h a p es th d r ain - to - s o u r ce   v o lta g e.                 ( a)                                                                                                                                                                               ( b )     Fig u r 6 ( a) .   T h o u tp u w av e f o r m   o f   V GS   V DS   a n d   I D   ( b )   T h e   o u tp u w a v ef o r m   o f   V O   an d   I O       T h r esu lts   s h o w   t h at  t h Z VS   co n d itio n   is   o b tain ed   s u cc es s f u ll y .   Me a n w h ile,   F ig u r 6 ( b )   s h o w s   t h o u tp u w a v e f o r m   o f   th e   C l ass   E   co n v er ter   s i m u lated   f o r   o u tp u v o lta g e,   V O   a n d   o u tp u c u r r en I O   T h m a x i m u m   o u tp u t   v o ltag e   o b tain ed   i s   6 . 5 an d   th e   m a x i m u m   o u tp u c u r r en t   is   1 5   m A .   T h u s ,   th e   o u tp u t   p o w er   o b tain ed   is   9 7 . 5   m W .   T h is   s i m u latio n   r e s u lt s   co n f ir m ed   th a t h p r o p o s ed   r eq u ir e m en ts   ar s atis f ied   an d   th er ef o r ca n   b p r o ce ed   w it h t h ex p er i m e n tal  w o r k .     4 . 1   E x peri m e nta l R esu lt   T h DC   i n p u v o lta g t h at  i s   s u p p lied   to   th P I C   m icr o co n tr o ller   is   5 .0 w h i le  t h C las s   E   a m p li f ier   is   p o w er ed   b y   9 . 0 th e n   co n n ec ted   to   th etr a n s m it tin g   tr an s d u ce r .   T h s ec o n d ar y   tr an s d u ce r   is   p lace d   in   o p p o s ite  an d   p er p en d icu lar   t o   th tr a n s m it tin g   tr a n s d u ce r   w it h   air   g ap   o f   2 0 . 0 m m   as   m ed iu m B o th   tr an s d u ce r s   th at  h av e   b ee n   u s ed   in   th is   e x p er i m e n is   M u lt ico m p   ce r a m ic  d is k   tr a n s d u ce r   w h er e   t h ce n ter   f r eq u en c y   o f   th i s   co m p o n e n t   is   4 0   k Hz.   A   s i m p le  b r id g e   r ec tif ier   is   u s ed   at   t h s ec o n d ar y   u n it.  Fi g u r e   7   s h o w s   t h ar r an g e m en t o f   MI MO   s y s te m   w h er m u lt ip le  tr an s d u ce r   i s   u s ed   o n   b o th   s id es .                    ( a)                                                                                         ( b )     Fig u r 7 T h ar r an g e m en t o f   t h A E T   MI MO   s y s te m   w h er all  th r ec eiv i n g   tr an s d u ce r   co n n ec ted   to   th e     ( a)   s in g le  lo ad   an d   ( b )   m u lt ip le  lo ad   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       I mp leme n ta tio n   o a   MIMO  S y s tem  fo r W i r eles s   P o w er T r a n s fer Usi n g   A co u s tic  A p p r o a ch   ( Th o r iq   Za id )   951   T h ese  ar r an g e m e n t s   o f   tr an s d u ce r   ar m ad to   d if f er en t iate  th o u tp u an d   an al y ze   h o w   t h e   p er f o r m a n ce   o f   th r ec eiv in g   p o w er   o f   th is   s y s te m   b y   u s in g   d if f er e n n u m b er s   o f   lo ad .   T h e   air   g ap   is   co n s tan t   at  2 0 . 0 m m   f o r   b o th   ex p er i m e n ts .   A ll   th e   i n p u t   an d   o u tp u t   o f   t h tr a n s m itter   an d   r ec ei v e r   ar ca p tu r ed   u s i n g   an   Ag ile n d i g ital   o s cillo s co p an d   al s o   m ea s u r ed   u s in g   a   T ek tr o n ix d ig ital  m u lti m eter .   T h ex p er i m e n tal   s etu p   o f   t h o v er all  s y s te m   i s   s h o w n   i n   Fi g u r 8 .   Fig u r 9 ( a)   d ep icts   th r esu lt  o f   th Z VS  co n d itio n   o f     th C las s   E   cir cu it   an d   it  is   o b v io u s   t h at  th e   Z VS   i s   ac h iev ed   w ell.   T h i s   w i ll e n s u r t h m i n i m izatio n   o f   t h s w itc h i n g   lo s s .   A s   i n   t h s i m u latio n ,   w h e n   th e   s w itc h   is   o f f ,   t h cu r r e n f lo w   t h r o u g h   s h u n ca p ac ito r ,   C shunt ,   an d   p r o d u ce s   th v o ltag ac r o s s   it.  T h u s ,   it   s h ap es  t h d r ain - to - s o u r ce   v o ltag e,   V DS   w h ic h   i s   3 7 . 4 V pp .   T h p ea k   d r ain   cu r r en a n d   d r ain   p ea k   v o ltag is   d is p lace d   in   ti m d u r in g   t h Z V co n d itio n ,   th u s   it  will  ca u s t h ze r o   p o w er   o f   s w itc h i n g   lo s s e s .     T h f r eq u en c y   o b tai n ed   is   3 9 . 6 8 k Hz  an d   s till   i n   t h r an g o f   th tr an s d u ce r s   o p er atin g   f r e q u en c y .   Fig u r 9   ( b )   s h o w s   t h r es u lt  o f   th o u tp u v o lta g e,   Vo   at  th tr an s m i tter   u s in g   4 6 0   lo a d   r esis to r .   T h u s ,   th o u tp u p o w er   o b tain ed   at  th tr an s m itter   s id is   5 9 . 9 8   m W .   T h is   is   th m a x i m u m   p o w er   ca n   b tr an s f er r ed   b ased   o n   th d esi g n ed .   T h en ,   th tr a n s m itter   i s   r ea d y   to   tr an s m it  p o w er ,   th o u g h   s i n g le  o r   m u ltip le   tr an s d u ce r s   as  ar r an g ed   in   F i g u r 7 .   T h r ec tif ier   cir cu it  is   test ed   w it h   d if f er en v al u o f   r esis to r   ( lo ad )   an d   r esu lt s   o b tain ed   a r s h o w n   i n   Fig u r 1 0 .   B ased   o n   th r esu lt s   s h o w n   i n   Fi g u r 1 0 ,   th o u tp u p o w e r   r ec eiv ed   u s in g   s i n g le  tr an s ce iv er   is   4 . 2 m W   w h ic h   is   7 . 0 2 ef f ic ien c y .   W h e n   d o u b le  tr an s ce iv er   is   u s ed ,   th o u tp u p o w er   o b tain ed   is   1 1 m W   w h ic h   co n tr ib u tes  to   1 8 . 3 2 ef f icien c y .   T h h ig h es o u tp u t   p o w er   o b tain ed   is   w h e n   tr ip le   tr an s ce i v er   i s   u s ed   w h er th e f f icie n c y   r ea ch   to   3 0 . 9 6 %.  T h ese  v alu e s   ar th m ax i m u m   o u tp u t p o w er   o b tain s   i n   ea c h   p ar w h e n   th lo ad   r esis to r   is   3 . 3 k .   T h ac h ie v e m e n is   p er f o r m   b etter   an d   o b tain ed   h i g h er   r esu lt  co m p ar ed   to   th e   d ev elo p m en i n   [ 1 8 ]   w h ic h   u s in g   s i m ilar   t y p es  o f   tr an s d u ce r .   Fro m   th e s r esu lt s ,   it  is   co n f ir m ed   th at  th e   ef f icien c y   o f   th e   s y s te m   is   in c r ea s ed   w h e n   t h MI MO   ar r an g e m e n t   o f   th e   tr an s ce i v er   is   ap p lied   to   th e   s y s te m .   Of   co u r s e,   it  ca n   b ef u r th er   i n cr ea s ed   if   m o r tr a n s ce i v er   is   u s ed .   T h is   i s   b ec au s e   w h e n   m u ltip le  tr an s m itter s   ar u s ed ,   it  w ill  tr a n s m it   t h s a m p o w er   to   e v er y   tr an s d u ce r .   Ho w e v er ,   in   r ec ei v er   t h e y   r ec eiv ed   th s a m p o w er   at  ev er y   r ec eiv in g   tr an s d u ce r .   T h is   ar r an g e m e n m ad th r ec eiv er   m u ltip l y   th r ec e iv ed   p o w er   f r o m   a   s in g le  s o u r ce   o f   p o w er   s u p p l y .           Fig u r 7 .   A E T   MI MO   s y s te m   ex p er i m e n tal  s et u p              Fig u r 9 E x p er i m en tal  r esu lt  o f   th ( a)   Z V S C la s s   E   C o n v er ter   ( b )   Ou tp u t v o ltag o f   C la s s   E   C o n v er ter   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   9 4 6     9 5 3   952       Fig u r 1 0 .   Ou tp u t p o w er   o b tai n ed   b y   d if f er en n u m b er s   o f   tr an s ce i v er   u s in g   d if f er e n t v al u o f   th lo ad   r esis to r       5.   CO NCLU SI O N   T h is   p ap er   h as  p r esen ted   an   a n al y s i s   o f   t h C la s s   E   co n v er t er   th at  b ein g   ap p lied   to   an   AE T   s y s te m   th r o u g h   t h air   m ed iu m   u s i n g   MI MO   ar r an g e m en o f   tr an s d u ce r s .   T h is   t y p o f   tr a n s d u ce r s   ar r an g e m en i s   p r o v in g   ca n   i n cr ea s t h ef f ic ien c y   o f   t h p o w er   tr a n s f er .   As  r esu lt,  th tr ip le  tr an s d u ce r   r ea ch ed   3 0 . 9 6 ef f icien c y   r at h er   th a n   d o u b le   an d   s i n g le  tr an s ce iv er   u s ed   wh er th e f f icie n c y   is   b elo w   t h an   t h at.   T h er ef o r e,   t o   in cr ea s th e f f icien c y ,   t h e   A E T   s y s te m   n ee d s   f o cu s   b ea m   w it h   co n s ta n ali g n m e n th at  o p er at e s   w i th   o p tim u m   f r eq u en c y   to   o p ti m ize  its   ca p ab ilit y   to   en er g y   t r an s f er . Oth er   t h an   th at,   t h r ated   p o w er   o f   th e   d esig n ed   p o w er   co n v er ter   is   p o s s ib le  to   b in cr ea s ed ,   th u s   m o r p o w er   ca n   b tr an s f er r ed   an d   r ec eiv es.       ACK NO WL E D G E M E NT S   Sin ce r el y   to   e x p r ess   ap p r ec iatio n   to   U n i v er s itiT ek n ik a Ma l a y s ia   Me la k ( UT eM )   f o r   f u ll y   f u n d i n g   th is   r esear c h   w o r k   u n d er   P J P /2 0 1 3 /FKEKK ( 4 0 C ) /S0 1 2 5 4   a n d   R A GS /2 0 1 3 /FKEKK /T K0 2 /0 6 /B 0 0 0 3 5   g r an t.       RE F E R E NC E S   [1 ]   M. G . L .   Ro e s,  S .   M e m b e r,   J.L .   Du a rte,  M . A . M .   He n d rix ,   E. A .   L o m o n o v a ,   a n d   S .   M e m b e r,   Ac o u stic  En e rg y   T ra n s f e r:  A   Re v ie w” ,   IEE T ra n s .   In d .   El e c tro n . ,   v o l.   6 0 ,   n o .   1 ,   p p .   2 4 2 2 4 8 ,   2 0 1 3 .   [2 ]   G .   C a lca g n in i,   F .   Ce n si,  a n d   P .   B a rto li n i ,   El e c tro m a g n e ti c   i m m u n it y   o m e d ica d e v ice s:   th e   Eu ro p e a n   re g u lato r y   f ra m e w o rk ,   An n   Ist  S u p e S a n it a   2 0 0 7 ,   v o l.   4 3 ,   n o .   3 ,   p p .   2 6 8 2 7 6 ,   Ja n .   2 0 0 7 .   [3 ]   A .   De n iso v   a n d   E.   Ye a t m a n ,   Ul tras o n ic  v s.  In d u c ti v e   P o w e De li v e r y   f o M in iatu re   Bio m e d ica I m p lan ts” ,   2 0 1 0   In t.   C o n f .   Bo d y   S e n s.  Ne tw o rk s ,   p p .   8 4 8 9 ,   J u n .   2 0 1 0 .   [4 ]   S .   A rra ,   J.  L e s k in e n ,   J.  He ik k il ä ,   a n d   J.   V a n h a la,  Ultras o n ic  P o w e a n d   Da ta  L in k   f o W irel e ss   I m p lan tab le  A p p li c a ti o n s” ,   W ire l.   Per v a siv e   Co mp u t .   2 0 0 7 .   I S W PC  ’0 7 .   2 n d   I n t.   S y mp . ,   p p .   5 6 7 5 7 1 ,   2 0 0 7 .   [5 ]   S . Q.  L e e ,   W .   Yo u m ,   a n d   G .   H w a n g ,   Bi o c o mp a ti b le  wire les p o we tra n sfe rr in g   b a se d   o n   u lt ra s o n ic  re so n a n c e   d e v ice s” ,   P r o c .   M e e t.   A c o u st. ,   v o l.   1 9 ,   p p .   1 9 ,   2 0 1 3 .   [6 ]   F .   M a z z il li ,   M .   P e isin o ,   R.   M i t o u a ss iw o u ,   B.   Co tt e ,   P .   T h o p p a y ,   C.   L a f o n ,   P .   F a v re ,   E.   M e u rv il le,  a n d   C.   De h o ll a in ,   In - v it ro   p la t fo rm   to   stu d y   u lt r a so u n d   a so u rc e   fo wire les e n e rg y   tra n sfe a n d   c o mm u n ica ti o n   f o r   imp la n ted   me d ica d e v ice s” ,   En g .   M e d .   Bio l.   S o c .   (EM BC),   2 0 1 0   A n n u .   I n t.   Co n f .   IEE E ,   p p .   3 7 5 1 3 7 5 4 ,   Ja n .   2 0 1 0 .   [7 ]   P .   S h ih   a n d   W .   S h ih ,   De sig n ,   F a b rica ti o n   a n d   A p p li c a ti o n   o f   Bio - Im p lan tab le  A c o u stic  P o w e T ra n sm is sio n ,   J .   M icr o e lec tro me c h a n ica S y st. ,   v o l.   1 9 ,   n o .   3 ,   p p .   4 9 4 5 0 2 ,   2 0 1 0 .   [8 ]   D.J.  G ra h a m ,   J. A .   Ne a sh a m ,   B. S .   S h a rif ,   a n d   S .   M e m b e r,   In v e stig a ti o n   o f   M e th o d f o Da ta  Co m m u n ica ti o n   a n d   P o w e De li v e r y   T h ro u g h   M e tals” ,   In d .   El e c tro n .   IE EE   T r a n s. ,   v o l.   5 8 ,   n o .   1 0 ,   p p .   4 9 7 2 4 9 8 0 ,   2 0 1 1 .   [9 ]   Y.  Hu ,   X.  Z h a n g ,   J.  Ya n g ,   a n d   Q.  Jia n g ,   T ra n s m it ti n g   e lec tri c   e n e rg y   th ro u g h   a   m e tal  w a ll   b y   a c o u stic  w a v e s   u sin g   p iez o e lec tri c   tran sd u c e rs” ,   IEE T ra n s.  Ultra s o n .   Fer ro e lec tr.   Fre q .   Co n tro l ,   v o l.   5 0 ,   n o .   7 ,   p p .   7 7 3 8 1 ,   Ju l.   200 3.   [1 0 ]   T . J.  L a wr y ,   G . J.  S a u ln ier,  J.D.   A sh d o w n ,   K.R.   W il t,   H.  a .   S c a rto n ,   S .   P a sc a re ll e ,   a n d   J.D.  P i n e z ich ,   Pen e tra ti o n - fre e   sy ste fo tra n sm issio n   o f   d a t a   a n d   p o we th ro u g h   so li d   me ta b a rr ier s” ,   2 0 1 1   -   M IL C OM  2 0 1 1   M il .   Co m m u n .   Co n f . ,   p p .   3 8 9 3 9 5 ,   N o v .   2 0 1 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       I mp leme n ta tio n   o a   MIMO  S y s tem  fo r W i r eles s   P o w er T r a n s fer Usi n g   A co u s tic  A p p r o a ch   ( Th o r iq   Za id )   953   [1 1 ]   T . J.  La w r y ,   K.R.   W il t,   J.D.  A sh d o w n ,   H.  a   S c a rto n ,   a n d   G . J.  S a u ln ier,  A   h ig h - p e rf o r m a n c e   u lt ra s o n ic  sy ste m   f o th e   sim u lt a n e o u tran sm issio n   o f   d a ta  a n d   p o w e th ro u g h   so li d   m e tal  b a rriers ,   IEE E   T ra n s.  Ultr a so n .   Fer ro e lec tr.   Fre q .   Co n tro l ,   v o l.   6 0 ,   n o .   1 ,   p p .   1 9 4 2 0 3 ,   Ja n .   2 0 1 3 .   [1 2 ]   M . G . L .   Ro e s,  M . a . M .   He n d rix ,   a n d   J.L .   Du a rte,  Co n ta c tl e ss   e n e rg y   tra n sfe th ro u g h   a ir  b y   me a n o u lt ra s o u n d ,   IECON 2 0 1 1   -   3 7 th   A n n u .   C o n f .   IEE In d .   El e c tro n .   S o c . ,   p p .   1 2 3 8 1 2 4 3 ,   N o v .   2 0 1 1 .   [1 3 ]   I.   T o sh ih ik o ,   Y.  Ka n a i,   J.  O h w a k i,   a n d   M .   M i n o ,   Im p a c o A   W irele ss   P o w e T ra n s m is sio n   S y ste m   Us in g   A n   Ultras o n ic  A ir  T r a n sd u c e f o Lo w - P o w e M o b il e   A p p li c a ti o n ,   Ultra so n .   2 0 0 3   I EE S y mp . ,   v o l .   2 ,   p p .   1 3 6 8 1 3 7 1 ,   2 0 0 3 .   [1 4 ]   T .   Zaid   a n d   S .   S a a t,   C o n t a c tl e ss   En e rg y   T ra n sfe Us in g   Ac o u s ti c   Ap p r o a c h   -   Rev iew ,   Co m p u t.   Co m m u n .   Co n tr o T e c h n o l .   (I4 CT ),   2 0 1 4   I n t.   Co n f . ,   p .   3 7 6 , 3 8 1 ,   2 0 1 4 .   [1 5 ]   N.  Ja m a l,   S .   S a a t,   N.  A z m a n ,   a n d   T .   Zaid ,   T h e   Ex p e rim e n tal  A n a l y sis  o f   Clas Co n v e rter  Circu it   f o In d u c ti v e   P o w e r   T ra n s f e A p p li c a ti o n s ,   T e c h n o l .   M a n a g .   Eme rg .   T e c h n o l.   ( IS T M ET ),   2 0 1 4   In t.   S y mp . ,   p p .   5 1 6 5 2 0 ,   2 0 1 4 .   [1 6 ]   J.J.  Ca sa n o v a ,   Z. N.  L o w ,   a n d   J.   L in ,   De si g n   a n d   Op ti m iza ti o n   o f   a   Clas s - Am p li f ier  f o a   Lo o se ly   Co u p led   P la n a W irele ss   P o w e S y ste m ,   I EE T ra n s.  Circ u it   S y st. ,   v o l.   5 6 ,   n o .   1 1 ,   p p .   8 3 0 8 3 4 ,   2 0 0 9 .   [1 7 ]   A. K.  Ra m r a k h y a n i,   S .   M irab b a si,  a n d   M .   Ch ia o ,   De sig n   a n d   O p ti m iz a ti o n   o f   Re so n a n c e - Ba se d   Ef ficie n W irele ss   P o w e D e li v e r y   S y st e m s   f o Bio m e d ica I m p lan ts” ,   IEE T ra n s.  Bi o me d .   Circ u it S y st. ,   v o l.   5 ,   n o .   1 ,   p p .   4 8 6 3 ,   2 0 1 1 .   [1 8 ]   T .   Zaid ,   S .   S a a t,   a n d   N .   Ja m a l,   De v e lo p me n o L o w - P o we Aco u stic  En e r g y   T ra n sfe S y ste Us in g   P u sh - P u ll   Po we r Co n v e rte r” ,   Clea n   En e rg y   T e c h n o l.   (CEA T ),   2 0 1 4   IET   Co n f . ,   p p .   1 5 ,   2 0 1 4 .   [1 9 ]   Y.  L i,   A u to - tu n in g   Co n t ro ll e De sig n   o Clas s   In v e rt e w it h   Re so n a n Co m p o n e n ts  V a ry in g ,   In d .   El e c tro n .   ( IS IE) ,   2 0 1 2   IEE I n t.   S y mp . ,   p p .   2 1 7 2 2 1 ,   2 0 1 2 .   [2 0 ]   M .   T h ian   a n d   V .   F u sc o ,   Id e a li se d   o p e ra ti o n   o f   z e ro - v o lt a g e - s w it c h in g   se ries - L /p a ra ll e l - tu n e d   Clas s - p o w e a m p li f ier” ,   IET   Circ u it s,  De v ice s S y st. ,   v o l.   2 ,   n o .   3 ,   p p .   3 3 7     3 4 6 ,   2 0 0 8 .   [2 1 ]   N.  Ja m a l,   S .   S a a t,   a n d   Y.  Yu sm a r n it a ,   A   De v e lo p m e n o f   Cla ss   Co n v e rter Ci rc u it   f o L o o se ly   Co u p led   I n d u c ti v e   P o w e T ra n s f e S y ste m ,   W o rld   S c i.   En g .   Aca d .   S o c . ,   2 0 1 4 .   [2 2 ]   No re z m Ja m a l,   S .   S a a t,   Y.  Yu sm a rn it a ,   T .   Zaid ,   a n d   A .   Is a ,   In v e stig a ti o n o n   Ca p a c it o r   Co m p e n sa ti o n   T o p o lo g ies   Ef f e c ts  o f   Di ff e re n I n d u c t iv e   Co u p li n g   L in k Co n f ig u ra ti o n s” ,   I n t.   J .   P o we El e c tro n .   Dr ive   S y st. ,   v o l.   6 ,   n o .   2 ,   2 0 1 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.