I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E )   V o l . 2 ,   N o . 4 ,   A u g u s t   2 0 1 2 ,   p p .   4 9 5 ~ 5 0 2   I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8             4 9 5       J o u r n a l   h o m e p a g e :   h t t p : / / i a e s j o u r n a l . c o m / o n l i n e / i n d e x . p h p / I J E C E   A   P r o t o t y p e   S y s t e m   f o r   T r a n s m i t t i n g   P o w e r   t h r o u g h   R a d i o   F r e q u e n c y   S i g n a l   f o r   P o w e r i n g   H a n d h e l d   D e v i c e s         O l a k a n m i   O .   O l a d a y o   D e p a r t e m e n t   o f   E l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o n i c   E n g i n e e r i n g ,     T e c h n o l o g y   D r i v e ,   O f f i c e   6 ,   N e w   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g   Bu i l d i n g .                                   U n i v e r s i t y   o f   I b a d a n ,   I b a d a n   N i g e r i a   E m a i l :   O l a k a n m i . o l a d a y o @ u i . e d u . n g       A r t i c l e   I n f o     A B S T R A C T     A r t i c l e   h i s t o r y :   R e c e i v e d   J u n   1 7 ,   2 0 1 2   R e v i s e d   A u g   3 ,   2 0 1 2   A c c e p t e d   A u g   1 0 ,   2 0 1 2       M i n i a t u r e   d e v i c e s   d e v e l o p m e n t   h a s   b e e n   g r e a t l y   c o m p l e m e n t i n g   t h e   t e c h n o l o g y   d e v e l o p m e n t a l   t r e n d   i n   t e l e c o m m u n i c a t i o n .   T h i s   m a k e s   t h e   n e w   c o m m u n i c a t i o n   t e c h n o l o g y   t o   s a i l   s m o o t h l y   i n t o   t h e   s o c i e t y   a n d   c r e a t i n g   u n e x p e c t e d   m a r k e t   f o r   b o t h   t h e   t e l e c o m m u n i c a t i o n   p r o v i d e r s   a n d   e m b e d d e d   s y s t e m   m a n u f a c t u r e s .   H o w e v e r   p o w e r   h a s   b e e n   t h e   m a j o r   p r o b l e m   i n   t h e   u s a g e   o f   s o m e   o f   t h e s e   d e v i c e s   m o s t   e s p e c i a l l y   i n   t h i r d   w o r l d   c o u n t r i e s   w h e r e   p o w e r   i s   e p i l e p t i c a l l y   s u p p l i e d . T h i s   p a p e r   p r o p o s e s   a   p r o t o t y p e   s y s t e m   w h i c h   w i r e l e s s l y   g e n e r a t e s   D f o r   c h a r g i n g   a n d   p o w e r i n g   p o w e r - c r i t i c a l   h a n d h e l d   a n d   r e m o t e l y   l o c a t e d   d e v i c e s .   T h e   d e s i g n   c a p t u r e s   9 0 0 M H z   r a d i o   f r e q u e n c y   s i g n a l   w i t h   a   d i p o l e   a n t e n n a ,   w h i c h   i s   c o n v e r t e d   i n t o   D a n d   s t o r e s   t h e   p o w e r   i n   t h e   d e v i c e s   b a t t e r y   o r   u s e   i t   t o   p o w e r   i t .   T h e   m a j o r   a i m   o f   t h i s   p a p e r   i s   t o   p r o v i d e   a   p r o t o t y p i c a l   s y s t e m   w h i c h   p r o v i d e s   a   c h e a p ,   c o n s t a n t   a n d   e n v i r o n m e n t a l   f r i e n d l y   s y s t e m   f o r   p o w e r i n g   a n d   c h a r g i n g   p o w e r   c r i t i c a l   h a n d h e l d   a n d   r e m o t e   d e v i c e s   t h e r e b y   p r e v e n t s   s y s t e m s   f a i l u r e   d u e   t o   p o w e r   l o s s .         K e y w o r d :   R a d i o   w a v e   P o w e r   G r e e n   E n e r g y   W i r e l e s s   P o w e r   t r a n s m i s s i o n     Co p y r i g h t   ©   2 0 1 2   I n s t i t u t e   o f   A d v a n c e d   E n g i n e e r i n g   a n d   S c i e n c e .     A l l   r i g h t s   r e s e r v e d .   C o r r e s p o n d i n g   A u t h o r :   O l a k a n m i   . O   O l a d a y o     D e p a r t e m e n t   o f   E l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o n i c   E n g i n e e r i n g ,   T e c h n o l o g y   D r i v e ,   O f f i c e   6 ,   N e w   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g   B u i l d i n g .   U n i v e r s i t y   o f   I b a d a n ,   I b a d a n   N i g e r i a   E m a i l :   O l a k a n m i . o l a d a y o @ u i . e d u . n g         1 .   I N T R O D U C T I O N     M a n y   r e s e a r c h e s   h a d   b e e n   d o n e   o n   h o w   p o w e r   c a n   b e   g e n e r a t e d   a n d   t r a n s m i t t e d .   T h e   c o m m o n   m e a n s   o f   g e n e r a t i n g   p o w e r   a r e   t h r o u g h   h y d r o ,   n u c l e a r ,   s o l a r ,   b i o m a s s   e t c .   H o w e v e r ,   t h e   m a j o r   c h a l l e n g e   i s   h o w   c a n   w e   g e n e r a t e   a n d   t r a n s m i t   u n i n t e r r u p t e d   p o w e r   t o   p o w e r   c r i t i c a l   r e m o t e   d e v i c e s   s u c h   a s   s a t e l l i t e s   i n   t h e   o r b i t s .   A l s o ,   t h e   r e s e a r c h e s   h a v e   s h o w n   t h a t   t h e   u s e   o f   c e l l   p h o n e   a n d   o t h e r   m i n i a t u r e s   d e v i c e s   h a s   e x p o n e n t i a l l y   i n c r e a s e d   i n   d e v e l o p i n g   c o u n t r i e s ,   h o w e v e r   s o m e   o f   t h e s e   c o u n t r i e s   a r e   e x p e r i e n c i n g   i n t e r r u p t e d   p o w e r   s u p p l y   a n d   m o s t   t i m e   c h a r g i n g   t h e s e   d e v i c e s   h a s   b e c o m e   b u r d e n   o n   t h e   u s e r s .   A s   t h e   w i r e l e s s   t e c h n o l o g y   i s   g e t t i n g   p o p u l a r   n o w a d a y s ,   t h e   d e m a n d   f o r   p o w e r   i s   a l s o   i n c r e a s i n g .   B a t t e r i e s   n e e d   t o   b e   r e c h a r g e d   o r   c h a n g e d   e v e n t u a l l y ,   h e n c e   t h e   n e e d   f o r   a   s y s t e m   t h a t   i s   c a p a b l e   o f   s u p p l y i n g   u n i n t e r r u p t e d   c h e a p   p o w e r   t o   s o m e   o f   t h e s e   d e v i c e s .   T h e   p r o t o t y p e   e l i m i n a t e s   t h e   h a s s l e   o f   l o o k i n g   f o r   p o w e r   o u t l e t   o r   c a r r y i n g   c a b l e d   c h a r g e r   w h e n e v e r   d e v i c e s   o r   b a t t e r i e s   a r e   f l a t .     T h i s   p a p e r   i s   l o o k i n g   a t   p o s s i b i l i t y   o f   c a p t u r i n g   t h e   R F   s i g n a l s   o f   t e l e c o m m u n i c a t i o n   p r o v i d e r s   b a s e   s t a t i o n s   w h i c h   a b o u n d   i n   o u r   e n v i r o n m e n t   t o   p o w e r   s o m e   o f   h a n d h e l d   a n d   r e m o t e   p o w e r   c r i t i c a l   s y s t e m s   s u c h   a s   c e l l   p h o n e s ,   c a m e r a s ,   a n d   s a t e l l i t e s .   I t   t h e r e f o r e   p r o p o s e s   a   s y s t e m ,   w h i c h   i s   c a p a b l e   o f   t r a p p i n g   9 0 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E   V o l .   2 ,   N o .   4 ,   A u g u s t   2 0 1 2   :   4 9 5     5 0 2   4 9 6 M H z   r a d i o   f r e q u e n c y   f r o m   a n y   s o u r c e   a n d   c o n v e r t   i t   t o   D C   w h i c h   c a n   b e   u s e d   t o   c h a r g e   a n y   h a n d h e l d   d e v i c e s .   T h e   r e m a i n i n g   p a r t   o f   t h e   p a p e r   i s   a r r a n g e d   a s   f o l l o w s :   s e c t i o n   2   i s   t h e   r e v i e w   o f   r e l a t e d   w o r k   o n   w i r e l e s s   t r a n s m i s s i o n   o f   p o w e r .   T h e   d e s i g n   m e t h o d o l o g y   o f   t h e   s y s t e m   a n d   w o r k i n g   p r i n c i p l e s   o f   s o m e   o f   t h e   c o m p o n e n t s   u s e d   a r e   e x p l a i n e d   i n   s e c t i o n   3 .   S e c t i o n   4   c o n t a i n s   t h e   t e s t   r e s u l t s   a n d   c o n c l u s i o n       2 .   R E L A T E D   W O R K S   N i k o l a   T e s l a   i n   a b o u t   1 0 0   y e a r s   a g o   w o r k e d   o n   t r a n s m i t t i n g   e n e r g y   t h r o u g h   a i r   [ 2 ] [ 7 ] .   W i l l i a m   C .   B r o w n   i n   [ 1 ]   d e m o n s t r a t e d   h o w   p o w e r   c a n   b e   t r a n s f e r r e d   t h r o u g h   f r e e   s p a c e   b y   m i c r o w a v e s .   T h e   p r i m a r y   c o m p o n e n t s   o f   h i s   p r o j e c t   i n c l u d e   a   m i c r o w a v e   s o u r c e ,   a   t r a n s m i t t i n g   a n t e n n a ,   a n d   a   r e c e i v i n g   r e c t i f i e r   a n d   a n t e n n a   c a l l e d   r e c t e n n a .   T h e   m i c r o w a v e   s o u r c e   c o n s i s t s   o f   a   m i c r o w a v e   o v e n   m a g n e t r o n   w i t h   e l e c t r o n i c s   t o   c o n t r o l   t h e   o u t p u t   p o w e r .   T h e   o u t p u t   m i c r o w a v e   p o w e r   r a n g e s   f r o m   5 0   W   t o   2 0 0   W   a t   2 . 4 5   G H z .   A   c o a x i a l   c a b l e   c o n n e c t s   t h e   o u t p u t   o f   t h e   m i c r o w a v e   s o u r c e   t o   a   c o a x - t o - w a v e g u i d e   a d a p t e r .   T h i s   a d a p t e r   i s   c o n n e c t e d   t o   a   w a v e g u i d e   f e r r i t e   c i r c u l a t o r   w h i c h   p r o t e c t s   t h e   m i c r o w a v e   s o u r c e   f r o m   r e f l e c t e d   p o w e r .   T h e   c i r c u l a t o r   i s   c o n n e c t e d   t o   a   t u n i n g   w a v e g u i d e   s e c t i o n   t o   m a t c h   t h e   w a v e g u i d e   i m p e d a n c e   t o   t h e   a n t e n n a   i n p u t   i m p e d a n c e .   T h e   s l o t t e d   w a v e g u i d e   a n t e n n a   c o n s i s t s   o f   8   w a v e g u i d e   s e c t i o n s   w i t h   8   s l o t s   o n   e a c h   s e c t i o n .   T h e s e   6 4   s l o t s   r a d i a t e   t h e   p o w e r   u n i f o r m l y   t h r o u g h   f r e e   s p a c e   t o   t h e   r e c t e n n a .   T h e   s l o t t e d   w a v e g u i d e   a n t e n n a   i s   i d e a l   f o r   p o w e r   t r a n s m i s s i o n   b e c a u s e   o f   i t s   h i g h   a p e r t u r e   e f f i c i e n c y   ( >   9 5 % )   a n d   h i g h   p o w e r   h a n d l i n g   c a p a b i l i t y   [ 1 ] [ 7 ] .   A   r e c t i f y i n g   a n t e n n a   c a l l e d   a   r e c t e n n a   r e c e i v e s   t h e   t r a n s m i t t e d   p o w e r   a n d   c o n v e r t s   t h e   m i c r o w a v e   p o w e r   t o   d i r e c t   c u r r e n t   ( D C )   p o w e r .   T h e   r e c t e n n a   c o n s i s t s   o f   6   r o w s   o f   d i p o l e s   a n t e n n a s   w h e r e   8   d i p o l e s   b e l o n g   t o   e a c h   r o w .   E a c h   r o w   i s   c o n n e c t e d   t o   a   r e c t i f y i n g   c i r c u i t   w h i c h   c o n s i s t s   o f   l o w   p a s s   f i l t e r s   a n d   a   r e c t i f i e r .   T h e   r e c t i f i e r   i s   a   G a A s   S c h o t t k y   b a r r i e r   d i o d e   t h a t   i s   i m p e d a n c e   m a t c h e d   t o   t h e   d i p o l e s   b y   a   l o w   p a s s   f i l t e r .   T h e   6   r e c t i f y i n g   d i o d e s   a r e   c o n n e c t e d   t o   l i g h t   b u l b s   f o r   i n d i c a t i n g   t h a t   t h e   p o w e r   i s   r e c e i v e d .   T h e   l i g h t   b u l b s   a l s o   d i s s i p a t e d   t h e   r e c e i v e d   p o w e r .   T h i s   r e c t e n n a   h a s   a   2 5 %   c o l l e c t i o n   a n d   c o n v e r s i o n   e f f i c i e n c y ,   b u t   r e c t e n n a s   h a v e   b e e n   t e s t e d   w i t h   g r e a t e r   t h a n   9 0 %   e f f i c i e n c y   a t   2 . 4 5   G H z .   I n   s p i t e   o f   t h e   e f f i c i e n c y   o f   t h i s   t e c h n i q u e   i n   p r o d u c i n g   D C   a t   r e c e i v i n g   e n d   t h e   h i g h   c o s t   c o m p a r e   t o   g e n e r a t e d   c u r r e n t   d e f e a t e d   t h e   e c o n o m y   v a l u e   o f   i t s   u s a g e   i n   c h a r g i n g   h a n d   h e l d   d e v i c e s .   A l s o   m i c r o   w a v e   r e q u i r e   l i n e   o f   s i g h t .   T h i s   m a y   n o t   b e   g u a r a n t e e   a l w a y s   w h i c h   r e d u c e s   t h e   f l e x i b i l i t y   o f   t h i s   t e c h n i q u e .   I n   [ 5 ]   a   p r o t o t y p e   p o w e r   t r a n s m i s s i o n   t h r o u g h   r a d i o   f r e q u e n c y   w i t h   e x p e c t e d   3 W   p o w e r   a t   t h e   r e c e i v i n g   e n d   w a s   d e v e l o p e d   b u t   d u e   t o   d e s i g n   s e t b a c k   c o u l d   o n l y   g e t   1 W   a n d   v e r y   l o w   v o l t a g e   o u t p u t .   T o s h i y u k i   U m e d a   e t   a l   a l s o   d e s i g n   a   9 5 0 M H z   w i r e l e s s   p o w e r   t r a n s m i s s i o n   s y s t e m   f o r   s e n s o r   n e t w o r k   t a g s   u s i n g   a   h i g h - s e n s i t i v i t y   r e c t i f i e r   w i t h   d y n a m i c   g a t e - d r a i n   [ 6 ] .         3 .   R E S E A R C H   M E T H O D   T h e   p r o t o t y p e   i s   d e s i g n e d   t o   o p e r a t e   a t   9 0 0 M H z .   T h e   d e s i g n   i s   d i v i d e d   i n t o   t w o   m a i n   p a r t s ;   t h e   t r a n s m i t t e r   a n d   t h e   r e c e i v e r   p a r t s   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   1 .   A   t r a n s m i t t e r   s e c t i o n   i s   d e s i g n   t o   a c t   a s   R F   s i g n a l   s o u r c e .   T h i s   i s   i n t e n d e d   t o   b e   r e p l a c e d   w i t h   n e a r b y   b a s e   s t a t i o n   o f   t e l e c o m m u n i c a t i o n   p r o v i d e r s .     T h e   t r a n s m i t t e r   s e c t i o n   c o n t a i n s   o s c i l l a t o r ,   a m p l i f i e r   a n d   t r a n s m i t t i n g   a n t e n n a   w h i l e   t h e   r e c e i v e r   s e c t i o n   c o n s i s t s   o f   r e c e i v i n g   a n t e n n a ,   r e c t i f i e r   a n d   c h a r g i n g   p o i n t   f o r   t h e   h a n d h e l d   d e v i c e .                               T h e   t r a n s m i t t e r   i s   m a d e   o f   t h e   O s c i l l a t o r ,   A m p l i f i e r ,   a n d   t h e   t r a n s m i t t i n g   a n t e n n a ,   w h i l e   t h e   r e c e i v e r   c o n s i s t s   o f   t h e   R e c e i v i n g   A n t e n n a ,   R e c t i f i e r   a n d   t h e   C h a r g i n g   p o i n t   f o r   t h e   b a t t e r y .           F i g u r e   1 .   B l o c k   d i a g r a m   o f   H a n d h e l d   C h a r g e r   R F   t o   D C   C o n v e r t e r     R a d i o w a v e   S o u r c e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8         A   P r o t o t y p e   S y s t e m   f o r   T r a n s m i t t i n g   P o w e r   t h r o u g h   R a d i o   F r e q u e n c y   S i g n a l   f o r     ( O l a k a n m i   O .   O l a d a y o )   4 9 7 3 . 1   T H E   T R A N S M I T T E R   T h i s   i s   a   m i n i a t u r e   t r a n s m i t t e r   w h i c h   g e n e r a t e s   9 0 0 M H z   r a d i o   f r e q u e n c y .   I t   i s   b u i l t   t o   r e p r e s e n t   t h e   s o u r c e   o f   r a d i o w a v e   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   2 .   I t   c o n t a i n s   V o l t a g e   c o n t r o l l e d   O s c i l l a t o r   ( M A X 2 3 2 6 ) ,   P r e l i m i n a r y   A m p l i f i e r   ( M A R - 4 S M ) ,   P o w e r   A m p l i f i e r   ( P F 0 8 1 0 9 B )   a n d   U n i t y   A m p l i f i e r - B u f f e r   C i r c u i t .     3 . 1 . 1   V o l t a g e   C o n t r o l l e d   O s c i l l a t o r   ( M A X 2 3 2 6 )   T h e   M A X 2 3 2 6   i s   m o n o l i t h i c   s e l f - c o n t a i n e d   v o l t a g e - c o n t r o l l e d   o s c i l l a t o r s   ( V C O s )   w h i c h   c o m b i n e s   a n   i n t e g r a t e d   o s c i l l a t o r   a n d   o u t p u t   b u f f e r   i n   a   m i n i a t u r e   8 - p i n   µ M A X   p a c k a g e .   T h e   i n d u c t o r   a n d   v a r a c t o r   e l e m e n t s   o f   t h e   t a n k   c i r c u i t s   a r e   i n t e g r a t e d   o n - c h i p ,   g r e a t l y   s i m p l i f y i n g   a p p l i c a t i o n   o f   t h e   p a r t .   I n   a d d i t i o n ,   t h e   c e n t e r   f r e q u e n c y   o f   o s c i l l a t i o n   a n d   f r e q u e n c y   s p a n   a r e   f a c t o r y   p r e s e t   t o   p r o v i d e   a   g u a r a n t e e d   f r e q u e n c y   r a n g e   v e r s u s   c o n t r o l   v o l t a g e .   A n   e x t e r n a l   t u n i n g   v o l t a g e   c o n t r o l s   t h e   o s c i l l a t i o n   f r e q u e n c y .   T h e   o u t p u t   s i g n a l s   a r e   b u f f e r e d   b y   a n   a m p l i f i e r   s t a g e   m a t c h e d   o n - c h i p   t o   5 0 .   T h e   M A X 2 6 2 3   o p e r a t e   f r o m   a   + 2 . 7 V   t o   + 5 . 5 V   s u p p l y   v o l t a g e   a n d   r e q u i r e   o n l y   8 m A   o f   s u p p l y   c u r r e n t .   I n   s h u t d o w n   m o d e ,   t h e   s u p p l y   c u r r e n t   i s   r e d u c e d   t o   0 . 1 µ A   [ 4 ] .                         F i g u r e   2 .   T r a n s m i t t e r   c i r c u i t       3 . 1 . 2   P r e l i m i n a r y   A m p l i f i e r   T h e   p r e l i m i n a r y   a m p l i f i e r ,   M A R - 4 S M ,   i s   u s e d   t o   b o o s t   t h e   R F   o s c i l l a t i o n   g e n e r a t e d   b y   t h e   V C O   b y   a   f r e q u e n c y   g a i n   o f   8 d b m .             F i g u r e   3 .   B i a s i n g   C o n f i g u r a t i o n   o f   M A R - 4 S M   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E   V o l .   2 ,   N o .   4 ,   A u g u s t   2 0 1 2   :   4 9 5     5 0 2   4 9 8 3 . 1 . 3   P o w e r   A m p l i f i e r   T h e   p o w e r   a m p l i f i e r   u s e d   ( P F 0 8 1 0 9 B )   i s   a   D u a l   B a n d   M O S F E T   P o w e r   A m p l i f i e r   M o d u l e   f o r   E - G S M   a n d   D C S 1 8 0 0   H a n d y   P h o n e   w i t h   d u a l   f r e q u e n c y   r a n g e s   o f   E - G S M   ( 8 8 0   M H z   t o   9 1 5   M H z )   a n d   D C S 1 8 0 0   ( 1 7 1 0   M H z   t o   1 7 8 5   M H z ) .   I t   c o n t a i n s   2   i n   /   2   o u t   d u a l   b a n d   a m p l i f i e r ,   S i m p l e   e x t e r n a l   c i r c u i t   i n c l u d i n g   o u t p u t   m a t c h i n g   c i r c u i t ,   H i g h   e f f i c i e n c y :   5 0 %   t y p e   a t   n o m i n a l   o u t p u t   p o w e r   f o r   E - G S M   4 3 %   t y p e   a t   3 2 . 7 d B m   f o r   D C S 1 8 0 0 .             F i g u r e   4 :   B i a s i n g   C o n f i g u r a t i o n   o f   P F 0 8 1 0 8 B       3 . 1 . 4     U n i t y   A m p l i f i e r - B u f f e r   C i r c u i t   T h e   U n i t y   A m p l i f i e r - B u f f e r   c i r c u i t   c o n s i s t s   o f   a   v o l t a g e   d i v i d e r ,   u n i t y   g a i n   o p e r a t i o n a l   a m p l i f i e r ,   a   b u f f e r   a n d   a   D a r l i n g t o n   p a i r   a s   i l l u s t r a t e d   i n   t h e   F i g u r e   5 .       F i g u r e   5 .   U n i t y   A m p l i f i e r - B u f f e r   c i r c u i t   d i a g r a m     T h e   v o l t a g e   d i v i d e r   g e n e r a t e s   a n   i n p u t   v o l t a g e   o f   a b o u t   2 . 5 V   i n t o   t h e   u n i t y   g a i n   o p - a m p   w h i c h   i n   t u r n   p r o v i d e s   a n   e f f e c t i v e   i m p e d a n c e   m a t c h i n g   a n d   s t a g e   i n t e r f a c e   b e t w e e n   t h e   p o w e r   s u p p l y   a n d   t h e   p o w e r   a m p l i f i e r   ( P F 0 8 1 0 9 B ) .   T h e   D a r l i n g t o n   P a i r   i s   m a d e   u p   o f   t w o   t r a n s i s t o r s   a r r a n g e d   a s   s h o w n   F i g u r e   5   t o   a m p l i f y   t h e   c u r r e n t   i n p u t   f r o m   t h e   s u p p l y   t o   t h e   3 m A   r e q u i r e d   t o   e n e r g i z e   t h e   P F 0 8 1 0 9 B .   I t   i s   a l s o   a n   e m i t t e r   f o l l o w e r   o r   b u f f e r   a m p l i f i e r   c i r c u i t ,   w h e r e   t h e   o u t p u t   i s   s i m p l y   e q u a l   t o   t h e   i n p u t   m i n u s   a   d i o d e   f o r w a r d   d r o p   ( a b o u t   1 . 4 V ) .   T h e   a d v a n t a g e   o f   t h i s   i s   t h a t   t h e   t r a n s i s t o r   c a n   p r o v i d e   c u r r e n t   a n d   p o w e r   g a i n   b y   d r a w i n g   l i t t l e   c u r r e n t   f r o m   t h e   i n p u t .   I t   p r o v i d e s   l o w   o u t p u t   i m p e d a n c e   t o   t h e   P F 0 8 1 0 9 B   u s i n g   t h e   o u t p u t   o f   t h e   f o l l o w e r ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8         A   P r o t o t y p e   S y s t e m   f o r   T r a n s m i t t i n g   P o w e r   t h r o u g h   R a d i o   F r e q u e n c y   S i g n a l   f o r     ( O l a k a n m i   O .   O l a d a y o )   4 9 9 m e a n i n g   t h a t   t h e   o u t p u t   w i l l   n o t   d r o p   u n d e r   l o a d .   T h i s   i s   n e c e s s a r y   t o   a c h i e v e   a n   R F   o u t p u t   p o w e r   o f   a b o u t   5 W   r e q u i r e d   f o r   t h e   p r o t o t y p e .       3 . 2   T H E   R E C E I V E R     T h e   r e c e i v e r   s e c t i o n   c o n t a i n s   t h e   r e c e i v i n g   a n t e n n a   a n d   r e c t i f i e r   c i r c u i t   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   6 .   T h e   r e c e i v e r s   m a i n   f u n c t i o n   i s   t o   r e c e i v e   t h e   R F   s i g n a l   f r o m   t h e   t r a n s m i t t e r ,   c o n v e r t   i t   t o   D C   s i g n a l   w h i c h   i s   u s e d   t o   c h a r g e   t h e   c o n n e c t e d   d e v i c e s   b a t t e r y .   A   s i m p l e   b a t t e r y   c h a r g i n g   t h e o r y   i s   t o   r u n   c u r r e n t   t h r o u g h   t h e   b a t t e r y ,   a n d   a p p l y   a   v o l t a g e   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   t h e   t e r m i n a l s   o f   t h e   b a t t e r y   t o   r e v e r s e   t h e   c h e m i c a l   p r o c e s s .   B y   d o i n g   s o ,   i t   r e c h a r g e s   t h e   b a t t e r y .   I n   t h i s   w o r k ,   t h e   c u r r e n t   i s   o b t a i n e d   f r o m   t h e   r a d i o   w a v e   s i g n a l   c o m i n g   f r o m   t h e   a n t e n n a .         F i g u r e .   6 :   F u l l - w a v e   R e c t i f i e r   C i r c u i t     3 . 2 . 1   A n t e n n a   T h e   a n t e n n a   p l a y s   a   v e r y   i m p o r t a n t   r o l e .   T o   c h a r g e   a   b a t t e r y ,   a   h i g h   D C   p o w e r   s i g n a l   i s   n e e d e d .   T h e   w i r e l e s s   b a t t e r y   c h a r g e r   c i r c u i t   m u s t   k e e p   t h e   p o w e r   l o s s   t o   t h e   m i n i m a l .   T h e r e f o r e ,   t h e r e   a r e   m a n y   c o n s i d e r a t i o n s   t o   c h o o s e   t h e   c o r r e c t   p a r t s   f o r   t h e   d e s i g n .   T h e   c o n s i d e r a t i o n s   o f   c h o o s i n g   t h e   a p p r o p r i a t e   a n t e n n a   a r e :     i .   I m p e d a n c e   o f   t h e   a n t e n n a     i i .   G a i n   o f   t h e   a n t e n n a     E r i c   ( 2 0 0 5 )   u s e d   Y a g i   a n t e n n a ,   b u t   i t   m a k e   t h e   p r o t o t y p e   t o   b e   b u l k y   a n d   i n e f f i c i e n c y .   A n   i m p r o v e m e n t   i s   m a d e   b y   u s e   o f   t h e   H a l f - w a v e   D i p o l e   A n t e n n a .   T h i s   a n t e n n a   e n h a n c e s   t h e   s i m p l i c i t y   o f   t h e   d e s i g n   w i t h o u t   d i v e r t i n g   f r o m   t h e   d e s i r e d   s p e c i f i c a t i o n   a s   h i g h l i g h t e d   a b o v e .   I t   a l s o   h a s   a n   a d v a n t a g e   o v e r   t h e   q u a r t e r   w a v e   m o n o p o l e   a n t e n n a   ( λ / 4   l e n g t h )   h a v i n g   a   l e s s e r   g a i n   o f   0 d B i   a n d   a n   i m p e d a n c e   v a l u e   l e s s e r   t h a n   5 0 .     3 . 2 . 2   R e c t i f i e r   A   f u l l - w a v e   r e c t i f i e r   i s   c h o s e n   f o r   t h e   p r o t o t y p e   d u e   t o   i t s   s i m p l i c i t y   a n d   e f f i c i e n c y   i n   c o n v e r t i n g   t h e   A C   s i g n a l .   T h e   f u l l - w a v e   r e c t i f i e r   c o n s i s t e d   o f   f o u r   d i o d e s .   S i n c e   t h e   p o w e r   r e c e i v e d   b y   t h e   r e c e i v e r   w i l l   b e   r e l a t i v e l y   l o w   a n d   t h e   s i g n a l   f r e q u e n c y   i s   h i g h ,   t h e   d i o d e s   a r e   r e q u i r e d   t o   h a v e   a   v e r y   l o w   t u r n   o n   v o l t a g e   a n d   o p e r a t i n g   f r e q u e n c y   a t   9 0 0   M H z   [ 2 ] .   T h e r e f o r e ,   a   S c h o t t k y   d i o d e   b y   S k y w o r k s   i s   u s e d   f o r   t h e   p r o t o t y p e   ( S M S 3 9 2 9 - 0 2 1   B r i d g e   Q u a d   S c h o t t k y   D i o d e ) .   A t   t h e   o u t p u t   o f   t h e   r e c t i f i e r ,   t h e   s i g n a l   i s   n o t   a   f u l l y   D C   s i g n a l   y e t .   T h u s ,   b y   a d d i n g   a   c a p a c i t o r   a n d   a   r e s i s t o r   c a n   s m o o t h   o u t   t h e   o u t p u t   t o   b e c o m e   D C   s i g n a l .         4 .   R E S U L T S   A N D   A N A L Y S I S     A f t e r   i m p l e m e n t i n g   t h e   c o m p l e t e   d e s i g n   c i r c u i t ,   t h e   o u t p u t   v o l t a g e s ,   c u r r e n t   a n d   p o w e r   o f   t h e   p r o t o t y p e   w i t h   r e s p e c t   t o   v a r i o u s   d i s t a n c e s   b e t w e e n   t h e   t r a n s m i t t e r   a n d   r e c e i v e r   w e r e   m e a s u r e d .   T a b l e   1   s h o w s   t h e   o u t p u t   v o l t a g e ,   c u r r e n t   a n d   p o w e r   a g a i n s t   t h e   d i s t a n c e   b e t w e e n   t h e   t r a n s m i t t e r   a n d   r e c e i v e r   a n t e n n a .   F i g u r e   7   d e p i c t s   t h e   o u t p u t   o p e n   v o l t a g e s   a n d   l o a d   v o l t a g e s   f o r   v a r i o u s   d i s t a n c e s   b e t w e e n   t r a n s m i t t e r   a n d   r e c e i v e r .   I t   s h o w s   t h a t   t h e   o u t p u t   v o l t a g e   d e p e n d s   o n   t h e   d i s t a n c e   b e t w e e n   t h e   r e c e i v e r   a n d   t r a n s m i t t e r   a n t e n n a .     F i g u r e   8   s h o w s   t h e   o u t p u t   c u r r e n t   ( m A )   f o r   v a r i o u s   d i s t a n c e s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E   V o l .   2 ,   N o .   4 ,   A u g u s t   2 0 1 2   :   4 9 5     5 0 2   5 0 0 T a b l e   1 .   O u t p u t   v o l t a g e   ( V ) ,   c u r r e n t   ( m A )   a n d   p o w e r   ( m W )   a g a i n s t   t h e   d i s t a n c e   ( f t )       W i t h     1 0   o h m   L o a d     D i s t a n c e   ( m )   O p e n   L o o p   V o l t a g e   ( V )   L o a d   V o l t a g e   ( V )   C u r r e n t   ( A )   T e m p e r a t u r e   o C   1 0   2 2 . 5   3 7 . 8   0 . 3 4   5 6   2 0   1 9   2 0 . 4   0 . 1 3   5 6   3 0   8   1 6 . 2   0 . 0 1 2   5 6   4 0   7 . 9   1 1 . 8   0 . 0 0 5   5 6   5 0   7 . 9   1 0 . 4   0 . 0 0 2   5 6           F i g u r e   7 .   L o a d e d   a n d   O p e n   O u t p u t   V o l t a g e   ( V )   a g a i n s t   t h e   d i s t a n c e         F i g u r e   8 .   L o a d   a n d   O p e n   O u t p u t   V o l t a g e   ( V )   a g a i n s t   t h e   d i s t a n c e       5 .   C O N C L U S I O N     T h e   p r o t o t y p e   s y s t e m   w i t h   t h e   e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s   h a v e   s h o w n   a n   a l t e r n a t i v e   m e a n s   o f   c h a r g i n g   h a n d   h e l d   d e v i c e s   l i k e   m o b i l e   p h o n e s .   T h e   b a s e   s t a t i o n s   o f   s o m e   o f   t h e   t e l e c o m m u n i c a t i o n   c o m p a n i e s   c a n   r e p l a c e   t h e   t r a n s m i t t e r   s e c t i o n   o f   t h e   p r o t o t y p e ,   a n d   t h e   r e c e i v e r   s e c t i o n   c a n   b e   i n c o r p o r a t e d   i n   a   s i l i c o n   c h i p   t h a t   c a n   b e   e m b e d d e d   i n   a n y   p o w e r   c r i t i c a l   d e v i c e .   T h i s   w i l l   a p a r t   f r o m   s o l v i n g   t h e   p o w e r   p r o b l e m ,   b u t   w i l l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8         A   P r o t o t y p e   S y s t e m   f o r   T r a n s m i t t i n g   P o w e r   t h r o u g h   R a d i o   F r e q u e n c y   S i g n a l   f o r     ( O l a k a n m i   O .   O l a d a y o )   5 0 1 p r o f f e r   a   c o s t   e f f e c t i v e   m e a n s   o f   p o w e r i n g   t h e   d e v i c e .   A s   w i r e l e s s   t e c h n o l o g y   i s   g e t t i n g   p o p u l a r   n o w a d a y s ,   t h e   d e m a n d   o f   b a t t e r y   i s   a l s o   i n c r e a s i n g .   B a t t e r i e s   n e e d   t o   b e   r e c h a r g e   o r   c h a n g e d   e v e n t u a l l y ,   h e n c e   t h e   n e e d   f o r   t h i s   k i n d   o f   w o r k .   T h e   p r o t o t y p e   w i l l   e l i m i n a t e   t h e   h a s s l e   o f   l o o k i n g   f o r   p o w e r   o u t l e t s   a r o u n d   t o   c h a r g e   b a t t e r i e s   w h e n   t h e y   a r e   f l a t ,   a n d   c a r r y i n g   c a b l e d   c h a r g e r s   a r o u n d .   A s   o f   n o w ,   t h e r e   a r e   n o   k n o w n   c o m p a n i e s   d e v e l o p i n g   t h e   R F   s o u r c e   b a t t e r y   c h a r g e r ,   t h i s   i m p l i e s   a   v e r y   g o o d   m a r k e t   o p p o r t u n i t y   f o r   t h i s   p r o d u c t ,   a s   p e o p l e   w i l l   b e   w i l l i n g   t o   s p e n d   m o r e   m o n e y   f o r   c o n v e n i e n c e .       A C K N O W L E D G E M E N T S     A p p r e c i a t i o n   g o e s   t o   t h e   E l e c t r i c a l   &   E l e c t r o n i c   E n g i n e e r i n g   d e p a r t m e n t   f o r   p r o v i d i n g   a l l   t h e   n e c e s s a r y   e q u i p m e n t   f o r   b u i l d i n g   t h e   p r o t o t y p e .   A l s o ,   t h e   i m p l e m e n t a t i o n   w a s   a c h i e v e d   w i t h   t h e   h e l p   o f   m y   p r o j e c t   s t u d e n t s   O m o t o s h o   F e m i   a n d   A s a k e   A b o s e d e   w h o   d a r e d   a l l   t h e   c h a l l e n g e s   i n   o r d e r   t o   i m p l e m e n t   m y   t h o u g h t .       R E F E R E N C E S   [ 1 ]   W . Br o w n ,   J . M i m s   a n d   N . I   H e e n a n ,   A n   E x p e r i m e n t a l   M i c r o w a v e - P o w e r e d   H e l i c o p t e r   9 6 5   I E E E   I n t e r n a t i o n a l   C o n v e n t i o n   Re c o r d   V o .   1 3 ,   P a r t   5 ,   P p .   2 2 5 - 2 3 5 .   [ 2 ]   N i k o l a   T e s l a ,   T h e   T r a n s m i s s i o n   o f   E l e c t r i c a l   E n e r g y   W i t h o u t   W i r e s   a s   a   M e a n s   f o r   F u r t h e r i n g   P e a c e ,   E l e c t r i c a l   W o r l d   a n d   E n g i n e e r .   J a n .   7 ,   p .   2 1 ,   1 9 0 5 .   [ 3 ]   I n v e n t i o n   o f   Ra d i o ,   r e t r i e v e d   f r o m   h t t p : / / e n . w i k i p e d i a . o r g / w i k i / I n v e n t i o n / I n v e n t i o n _ o f _ r a d i o .   [ 4 ]   L i n     G ,   T o p o l o g i c a l   G e n e r a t i o n   o f   V o l t a g e   M u l t i p l i e r   Ci r c u i t s   2 0 0 3 .   [ 5 ]   L o o   . E   e t a l   W i r e l e s s   Ch a r g e r   ( R F / M i c r o w a v e   t o   D Co n v e r s i o n )   2 0 0 5 .   [ 6 ]   U m e d a   . T   e t   a l ,   A   9 5 0 M H z   Re c t i f i e r   Ci r c u i t   f o r   S e n s o r   N e t w o r k   T a g s   w i t h   1 0 m   D i s t a n c e   I E E E   J o u r n a l   o f   S o l i d   S t a t e   Ci r c u i t s   V o l .   4 1   N o .   1 .   [ 7 ]   S .   S h e i k   M o h a m m e d ,   K .   Ra m a s a m y ,   T .   S h a n m u g a n a n t h a m ,   W i r e l e s s   P o w e r   T r a n s m i s s i o n     A   N e x t   G e n e r a t i o n   P o w e r   T r a n s m i s s i o n   S y s t e m   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   Co m p u t e r   A p p l i c a t i o n s   ( 0 9 7 5     8 8 8 7 ) ,   2 0 1 0   V o l . 1 .   N o . 1 3 .       B I B L I O G R A P H Y   O F   A U T H O R       O l a k a n m i   O l u f e m i   O l a d a y o   r e c e i v e d   h i s   B . T e c h   i n   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   f r o m   L a d o k e   A k i n t o l a   U n i v e r s i t y   o f   T e c h n o l o g y ,   N i g e r i a   i n   2 0 0 0 .   H e   s t a r t e d   h i s   c a r e e r   a s   a   L e c t u r e r   i n   Co m p u t e r   E n g i n e e r i n g   D e p a r t m e n t ,   F e d e r a l   P o l y t e c h n i c   O k o ,   N i g e r i a   ( 2 0 0 2   t o   2 0 0 7 )   b e f o r e   h e   l a t e r   p u r s u e d   h i s   M a s t e r   o f   S c i e n c e   i n   Co m p u t e r   S c i e n c e   f r o m   U n i v e r s i t y   o f   I b a d a n ,   N i g e r i a .   H e   c o n s u l t e d   f o r   RCM   o f   P o w e r   H o l d i n g   Co m p a n y   N i g e r i a   ( P H CN ) ,   I j o r a   D i s t r i c t   o n   G e o g r a p h i c   I n f o r m a t i o n   S y s t e m .   L a t e r ,   h e   m o v e d   t o   E l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o n i c   E n g i n e e r i n g   D e p a r t m e n t ,   F e d e r a l   P o l y t e c h n i c   N e k e d e ,   N i g e r i a   a s   a   L e c t u r e r   ( 2 0 0 7 ) .   H e   i s   p r e s e n t l y   a   L e c t u r e r   i n   E l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o n i c   E n g i n e e r i n g   D e p a r t m e n t ,   U n i v e r s i t y   o f   I b a d a n ,   N i g e r i a .   H e   i s   c u r r e n t l y   p u r s u i n g   h i s   P h D   r e s e a r c h i n g   o n   H y b r i d i z e d   M u l t i p r o c e s s o r   S y s t e m   a t   U n i v e r s i t y   o f   I b a d a n ,   N i g e r i a .   H i s   r e s e a r c h   a r e a   i n c l u d e s   D a t a   S e c u r i t y ,   P a r a l l e l   a n d   D i s t r i b u t e d   C o m p u t i n g .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.