I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em   ( I J P E DS)   Vo l.  1 7 ,   No .   1 Ma r ch   20 2 6 ,   p p .   5 0 2 ~ 5 17   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 7 . i 1 . p p 5 0 2 - 5 17           502       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Inv estig a tion o ef ficiency a nd  sa fety  in  wireless  capa citive  po wer t ra ns fer th ro ug h a sing le - la y er t iss ue  phan tom       Yus m a rnit a   Yus o p 1 ,   Am y   Sa ra h Ng u 1 ,   Cheo k   Ya n Q i 1 , N B .   Asa n 1 ,   H uza im a h H us in 1 ,   Sh a k ir  Sa a t 2 P et er   Ada m   H o eher 3   1 C e n t r e   o f   Te l e c o mm u n i c a t i o n   R e se a r c h   & I n n o v a t i o n ,   F a c u l t y   o f   T e c h n o l o g y   o f   El e c t r o n i c   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g ,     U n i v e r si t i   Te k n i k a l   M a l a y si a   M e l a k a ,   M e l a k a ,   M a l a y si a   2 F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g   Te c h n o l o g y   a n d   S c i e n c e ,   H i g h e r   C o l l e g e o f   T e c h n o l o g y ,   A b u   D h a b i ,   U n i t e d   A r a b   Em i r a t e s   3 K i e l   U n i v e r si t y ,   K i e l ,   G e r ma n y       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma r   2 9 ,   2 0 2 5   R ev is ed   J u l   2 9 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Dec   1 1 ,   2 0 2 5       Wi re les p o we tran sfe (W P T)   is  a   p ro m isin g   so l u ti o n   f o i m p lan tab le   b io m e d ica d e v ice s,  o ffe rin g   a n   a lt e rn a ti v e   t o   trad i ti o n a imp lan ted   b a tt e ries   a n d   p e rc u tan e o u c o n n e c ti o n s,  w h ich   a re   l imited   b y   sh o rt  l ifes p a n a n d   h i g h   in fe c ti o n   risk s.  E x isti n g   c a p a c i ti v e   p o we tran sfe (CP T)  sy s tem fo b io m e d ica imp lan ts   o ften   u ti l ize   m e d ia   su c h   a a n ima m e a o li q u i d t o   v a li d a te  p o we tran sfe a c ro ss   th e   h u m a n   b o d y ,   b u th e se   m a teria ls  e x h i b it   in c o n siste n a n d   i n a c c u ra te  d iele c tri c   p ro p e rti e s.  To   a d d re ss   th is  li m it a ti o n ,   th is  st u d y   p r o p o se a   CP T   sy ste m   d e sig n e d   to   o p e ra te  with   a   si n g le - lay e r   ti ss u e   p h a n t o m   th a c lo se ly   m im ics   th e   d iele c tri c   c h a ra c teristics   o h u m a n   ti ss u e .   Th e   sy ste m   is  in teg ra ted   with   a   c las s - LCCL   re so n a n to p o l o g y   to   e n h a n c e   p o we tran sfe r   e fficie n c y .   I n   a d d it io n   t o   e v a lu a ti n g   p e rf o rm a n c e ,   th is  wo r k   a lso   in v e stig a tes   sa fe ty   a sp e c ts  in   term o f   e lec tri c   field   e m issio n   a n d   s p e c ifi c   a b so r p ti o n   ra te  (S A R).   S imu latio n u sin g   M ATLAB   S imu l in k   a n d   AN S YS   HFS S   re v e a t h a a a   1   m m   ti ss u e   g a p ,   t h e   e lec tri c   field   re a c h e s   2 9 8 . 0 9   V/m   a n d   t h e   S AR  is  1 . 1 4   W/ k g ,   wh ic h   a re   b o th   with in   e sta b li sh e d   sa fe ty   li m it (6 1 4   V/m   a n d   2   W/ k g   p e 1 0   g   o ti ss u e ).   F u rth e rm o re ,   a   5   W,     1   M Hz   sy ste m   o p e ra ti n g   a c ro ss   a   2   m m   ti ss u e   g a p   d e m o n stra t e p o we tran sfe e fficie n c ies   o 4 0 . 6 1 %   fo sk i n   ti ss u e   a n d   2 0 . 5 3 %   f o m u sc le  ti ss u e .   Th e se   re su lt s   v a li d a te  t h e   sy ste m sa fe ty   a n d   e fficie n c y   fo p o we ri n g   d e e p l y   imp lan ted   b io m e d ica d e v ice s.   K ey w o r d s :   C ap ac itiv p o wer   tr an s f er   C las s - E   in v er ter   E lectr ic  f ield   em is s io n   L C C L   im p ed an ce   m atch in g   Sp ec if ic  ab s o r p tio n   r ate    T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Yu s m ar n ita  Yu s o p   C en tr o f   T elec o m m u n icatio n   R esear ch   &   I n n o v atio n   ( C eT R I )   Facu lty   o f   T ec h n o lo g y   o f   E lec tr o n ic  an d   C o m p u ter   E n g in ee r in g ,   Un iv er s iti T ek n i k al  Ma lay s ia  Me lak a   Me lak a,   Ma lay s ia   E m ail:  y u s m ar n ita@ u tem . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   W ir eles s   p o wer   tr an s f er   ( W P T )   is   tech n o lo g y   th at  en ab l es  th tr an s m is s io n   o f   elec tr ical  en er g y   f r o m   p o we r   s o u r ce   to   an   e lectr ical  lo ad   with o u u s in g   wir es.  I in v o lv es  th tr an s f er   o f   p o wer   ac r o s s   a   m ed iu m ,   allo win g   f o r   th e   wir eless   tr an s m is s io n   o f   en e r g y .   I n   th W PT  s y s tem ,   t h tr a n s m itter   ac ts   as  th s o u r ce   o f   elec tr ical  p o wer ,   r e ce iv in g   it  f r o m   th p o wer   s u p p ly .   I g en er ates  tim e - v ar y in g   elec tr o m ag n etic   f ield ,   wh ich   s er v es  as  th e   c ar r ier   f o r   tr an s m itti n g   p o wer   ac r o s s   th m ed iu m .   T h is   el ec tr o m ag n etic  f iel d   p r o p a g ates  wir eless ly   to   th r ec eiv er ,   wh ich   ca p tu r es  th en er g y   a n d   s u p p lies   it  to   th in ten d ed   lo a d   o r   d ev ice.   W ir eless   p o wer   tr an s f er   tech n o lo g y   is   wid ely   u tili ze d   ac r o s s   d iv er s r a n g o f   ap p licatio n s .   T h ese  ap p licatio n s   s p an   f r o m   ad v a n ce d   lo w - p o wer   b io m e d ical  im p lan ts   [ 1 ] - [ 3 ]   to   h ig h - p o wer   e lectr ic  v eh icles  [ 4 ] Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       I n ve s tig a tio n   o f e fficien cy   a n d   s a fety  in   w ir eles s   ca p a citive  p o w er tr a n s fer th r o u g h     ( Yu s ma r n ita   Yu s o p )   503   [ 5 ]   an d   e v er y d ay   co n s u m er   p r o d u cts  [ 6 ] [ 7 ]   lik elec tr ic  to o th b r u s h es  an d   m o b ile  p h o n e s .   T h v er s atility   o f   W PT  en ab les  its   u s in   v ar io u s   in d u s tr ies,  p r o v id in g   co n v en ien t,  s af e,   an d   ef f icien p o wer   d eliv er y   f o r   wid e   ar r ay   o f   d ev ices.  A   g e n er al  W PT  s y s tem   h as  a   tr an s m itter   u n it  an d   a   r ec eiv er   u n it,   wh ich   ar s ep ar ated   b y   a   m ed iu m   th at   tr an s f er s   en e r g y   b etwe en   th em ,   as  illu s tr ated   in   Fig u r 1 .   T h tr an s m itter   a n d   r ec eiv e r   u n its   o f   th W PT  s y s tem   ar n o t   elec tr ically   co n n ec te d ,   allo win g   f o r   f r ee   m o v em en t   in   b o th   lin ea r   an d   r o tatio n al  m o d es.  T h is   p r o v id es f lex i b ilit y ,   m o b ilit y ,   an d   s af ety   f o r   th lo ad s   b ein g   p o wer ed .       D C   P ow e r   S up pl y L oa d R e s on a nt   P ow e r   C onve r t e r ( dc / a c ) R e c t i f i e r ( a c / dc ) T R A N S M I T T E R  U N I T   R E C E I V E R  U N I T   E ne r gy   M e di um  T r a ns f e r     Fig u r 1 .   Gen e r al  b lo c k   d iag r a m   o f   W PT  s y s tem   [ 8 ]       W P T   h a s   b e c o m e   a   p r e f e r r e d   t e c h n o l o g y   i n   r e p l a c i n g   c o n v e n t i o n a l   a p p r o a c h   s u c h   a s   i m p l a n t e d   b a t t e r i e s   a n d   p e r c u t a n e o u s   l e a d s ,   t h a t   h a v e   s e v e r a l   l i m i t a t i o n s   a s   l o n g - t e r m   p o w e r   s u p p l y   f o r   i m p l a n t a b l e   b i o m e d i c a l   d e v i c e s   ( I B D ) ,   e l i m i n a t i n g   t h e   u s e   o f   w i r e d   p o w e r   s o u r c e s   [ 9 ] .   H o w e v e r ,   d e s i g n i n g   a n d   i m p l e m e n t i n g   h i g h - e f f i c i e n c y   W P T   s y s t e m   i n   b i o m e d i c a l   i m p l a n t   i s   c h a l l e n g i n g .   I n   t h e   a p p l i c a t i o n   o f   i m p l a n t e d   b i o m e d i c a l   d e v i c e s ,   i n d u c t i v e   p o w e r   t r a n s f e r   ( I P T )   i s   t h e   m o s t   c o m m o n   t y p e   o f   W P T   d u e   t o   i t s   h i g h - p o w e r   l e v e l   a n d   a b i l i t y   t o   w o r k   w i t h   v a r i o u s   g a p   d i s t a n c e s .   H o w e v e r ,   t h e   p r e s e n c e   o f   m e t a l l i c   s h i e l d i n g   c o m p o n e n t s   m a k e s   i t   c h a l l e n g i n g   t o   s a t i s f y   b i o c o m p a t i b i l i t y   a n d   h e r m e t i c i t y   r e q u i r e m e n t s   i n   a p p l y i n g   I P T ,   a s   t h e   m e t a l   w i l l   s h i e l d   t h e   m a g n e t i c   f i e l d   f r o m   t h e   r e c e i v e r   c o i l ,   l e a d i n g   t o   p o w e r   l o s s e s   [ 1 0 ] [ 1 1 ] .   M o r e o v e r ,   m i n i a t u r i z a t i o n   c a n   l e a d   t o   h i g h e r   p o w e r   d e n s i t i e s ,   w h i c h   c a n   c a u s e   h i g h   f i e l d   s t r e n g t h s   a n d   c i r c u l a t i n g   c u r r e n t s   [ 1 2 ] .   T h e s e   m a k e   i t   d i f f i c u l t   t o   m e e t   s p e c i f i c   a b s o r p t i o n   r a t e   ( S A R )   l i m i t s ,   w h i c h   a r e   c o n c e r n e d   w i t h   h u m a n   s a f e t y .   W PT  tech n o lo g y   ca n   b class if ied   in to   two   ca teg o r ies ,   wh ich   ar f ar - f ield   an d   n ea r - f ield .   Nea r - f ield   u s es  m ag n etic  f iel d s   ( in d u ct iv co u p lin g )   o r   elec tr ic   f ie ld s   ( ca p ac itiv c o u p lin g )   o v er   s h o r t   d is tan ce s .   Me an wh ile,   f ar - f ield   u s es  elec tr o m ag n etic   r ad iatio n   s u ch   as  m icr o wav es  o r   laser s   ( ac o u s tic  r ad iatio n ,   o p tical   r ad iatio n ,   m icr o wav e   r ad iatio n )   o v er   lo n g er   d is tan ce s .   Am o n g   th ese  tech n o lo g ies,  n ea r - f ie ld   W PT  is   th m o s s u itab le  in   s u p p o r tin g   im p lan t ed   b io m e d ical  d ev ices  d u t o   its   ab ilit y   in   s h o r t   tr an s m is s io n   d is tan ce ,   wh ich   ca n   g u ar a n tee  th ac ce p tab le  e f f icien cy   an d   p o wer   le v el  [ 1 3 ] [ 1 4 ] .   T h p r o x im ity   o f   en e r g y   m ed iu m   tr a n s f er   u s ed   in   n ea r - f ield   r esu lts   in   h i g h - p o wer   tr an s f er   e f f icien cy   ( PTE ) .     Fo r   in s tan ce ,   th au th o r s   in   [ 1 5 ] - [ 1 8 ]   u s ed   an   I PT  s y s tem   to   s u p p ly   p o wer   f o r   I B with   m ax im u m   tr an s m it  p o wer   r an g in g   f r o m   1 7 4   mW   to   0 . 5   W ,   o b tain in g   ef f icien cy   r an g i n g   f r o m   3 6 - 6 3 %.  T h e   au th o r s   i n   [ 1 9 ] - [ 2 1 ]   u s ed   th C PT  s y s te m   to   s u p p ly   p o wer   f o r   I B with   m ax im u m   tr an s m it  p o wer   r an g in g   f r o m     150 - 287   m W ,   o b tain in g   ef f icien cy   r an g in g   f r o m   5 4 - 7 0 %.  Mo r eo v er ,   a   class - E   am p lifie r   h as  b ee n   u s ed   wit h   an   L C L   im p ed an ce   m atch in g   n etwo r k   f o r   C PT  in   p o wer in g   I B D,   ac h iev in g   u p   to   9 6 . 3 4 at  1 3 . 5 6   MH with   m ax im u m   p o wer   o f   5   W   [ 1 ] .   H e n c e ,   t h is   p a p e r   f o c u s es   o n   th e   d e s i g n   o f   C P T   i n   b i o m e d ica l   i m p l a n ts   d u e   t o   it s   a b i l it y   t o   m i n i m i z p o w e r   l o s s es   d u e   t o   e d d y   c u r r e n t   l o s s es ,   c o s t - e f f e ct i v e n es s ,   l i g h t we i g h t ,   a n d   e x c e l le n t   p er f o r m a n c e   e v e n   i n   c a s es   o f   m is a l i g n m e n b e t w ee n   t r a n s m i tt e r   a n d   r e c ei v e r   p l a te s .   C P T   s y s t e m s   c a n   al s o   t r a n s f e r   p o w e r   t h r o u g h   m e t a l li c   s h i e l d i n g   c o m p o n e n ts   u s i n g   t h e   e le c t r i f i e l d   [ 2 2 ] ,   a d d r e s s i n g   t h e   c h a ll e n g e   o f   I P T   s y s t e m s .   T h d e s i g n e d   C P T   s y s t e m   i n c o r p o r a t e s   a   c l a s s - E   r es o n a n t   i n v e r t e r   a l o n g   w it h   L C C L   i m p e d a n c m a t c h i n g   n e t w o r k s   t o   a t t ai n   p o w e r   t r a n s f e r   ef f i c i e n c y   o f   1 0 0 %   t h e o r et i c al l y   b y   a p p l y i n g   s o f t - s wi t c h in g   c o n d i t i o n s   a n d   c o m p e n s a t i n g   f o r   t h p o w e r   lo s s es   c a u s e d   b y   l o a d   a n d   c o u p l i n g   v a r i a t i o n .   T h c l ass - E   i n v e r t e r ,   w it h   a   s i n g le  s w it c h i n g   e le m e n t ,   e f f i c i e n tl y   h a n d l e s   h i g h   p o w e r   a n d   g en e r a t e s   l a r g e   c u r r e n ts   at   k il o h e r t z   t o   m e g a h e r tz  f r e q u e n c i e s   w h i l e   m i n i m i z i n g   s w it c h i n g   l o s s es .   B es i d e s   t h a t ,   i n t e g r a ti n g   L C C L   i m p e d an c e   m a t c h i n g   w it h   c a p a c i t i v e   c o u p l i n g   p l a t es   c a n   e n s u r e   u n i f o r m   c u r r e n t   f l o w   i n to   t i s s u e ,   r e s u lt i n g   i n   s a f e r   v o l t ag e   s t r es s .   T h co n tr ib u tio n   o f   th is   p ap e r   ca n   b e x p lain ed   as:  i)   An a ly s is   o f   th C PT  s y s tem   f o r   b io m ed ical   im p lan ts ,   in teg r atin g   a   c lass   E   r eso n an t   in v e r ter   with   an   L C C L   im p ed an ce   m atch in g   n etwo r k .   T h e   s y s tem   is   ex p er im en tally   v alid ated   u s in g   s in g le - lay er   tis s u p h an to m   co n f ig u r atio n ,   p r o v id in g   co m p ac an d   r ea lis tic   p latf o r m   f o r   in v esti g atin g   p o wer   tr an s f er   to   b io m ed ical  im p lan ts ;   an d   ii)  C o m p r eh en s iv e   s af ety   ass ess m en o f   th p r o p o s ed   C PT  s y s tem ,   i n clu d in g   elec tr ic  f ield   e m is s i o n   a n d   SAR   ev alu atio n   th r o u g h   f in ite  elem e n t   m eth o d   ( FEM )   s im u latio n s .   T h s tu d y   co n s id er s   d if f er e n b io lo g ical  tis s u es,  s u ch   as  s k in ,   f at,   an d   m u s cle ,   with in   s in g le - lay er   p h an to m   to   en s u r co m p lian ce   with   b i o m ed ical  elec tr o m ag n etic  ex p o s u r s tan d ar d s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   1 Ma r c h   20 2 6 :   502 - 5 17   504   2.   SYST E M   O VE R VI E AN M E T H O DO L O G Y   2 . 1 .   B lo c k   dia g ra m   a nd   s y s t em   des cr iptio n   Fig u r 2   p r esen ts   th o v er all   ar ch itectu r o f   th p r o p o s ed   C PT  s y s tem   f o r   b io m ed ical   a p p licatio n s .   T h s y s tem   co n s is ts   o f   two   m ain   s ec tio n s th tr an s m itter   an d   th r ec eiv er ,   s ep ar ated   b y   b io lo g ical  m ed iu m   r ep r esen ted   b y   h u m an   tis s u p h an to m .   On   th tr an s m itter   s id e,   DC   p o wer   s u p p ly   d r iv es a   c las s - E   r eso n an in v er ter ,   wh ich   g en er ates  a   h ig h - f r eq u e n cy   AC   s ig n al.   T h is   s ig n al  is   th en   p ass ed   th r o u g h   a n   L C   co m p en s atio n   n etwo r k ,   wh ic h   en s u r es  im p ed an ce   m atch i n g   a n d   m ain tain s   r eso n a n ce ,   th er eb y   im p r o v i n g   p o wer   tr an s f er   e f f icien cy .   T h en er g y   is   wir eless ly   tr an s m itted   ac r o s s   th tis s u p h an to m   v ia  f o u r - p late   ca p ac itiv co u p lin g   s tr u ctu r e .   I n   th is   s tr u ctu r e,   th tr an s m itter   f o r war d   p late  an d   th r etu r n   p late  ar e   p o s itio n ed   ex ter n ally   o n   th b o d y   s u r f ac e ,   wh ile  th r ec eiv e r   f o r war d   p late  an d   r et u r n   p late  ar in ten d ed   t o   b e   im p lan ted   in s id e   th b o d y .   On   th r ec eiv er   s id e,   C L   co m p en s atio n   n etwo r k   is   u s e d   to   f u r th e r   e n s u r e   r eso n an ce   an d   p r o p er   im p e d a n ce   m atch i n g   at  th e   lo ad   in te r f ac e.   T h r ec eiv ed   h ig h - f r e q u en cy   AC   s ig n al  is   th en   co n v er ted   b ac k   to   DC   u s in g   f u ll - b r i d g r ec tifie r ,   wh i ch   s u p p lies   p o wer   to   an   R L   lo ad   r ep r esen tin g   th e   ac tu al  I B lo ad .   T h e   p r o p o s ed   C PT  s y s tem   is   d esig n ed   to   ev alu ate   b o th   p o wer   tr a n s f er   ef f icien cy   a n d   b io lo g ical  s af ety ,   p ar ticu lar ly   b y   an al y zin g   elec tr ic  f ield   d is tr ib u tio n   an d   SAR   with in   th tis s u d u r in g   o p er atio n .   T h ese  ass ess m en ts   ar cr itical  to   en s u r in g   th at  t h s y s tem   n o o n ly   d eliv er s   s u f f icien p o we r   b u t   also   ad h er es to   b io m ed ical  s af ety   s tan d ar d s .         C l a s s - H i g h   F r e q u e n c y   I n v e r t e r   ( d c - ac) B r i d g e   R e c t i f i e r ( a c - d c ) R EC EI V ER   P A R T   ( I n t e r n a l ) TR A N S M I TTE R   P A R ( Ex t e r n a l ) R L D C   P o w e r   S u p p l y LC I m p e d a n c e   M a t c h i n g T i s s u e   P h a n t o m LC I m p e d a n c e   M a t c h i n g F o r wa r d   P l a t e   ( 2 ) F o r wa r d   P l a t e   ( 1 ) R e v e r s e   P l a t e   ( 3 ) R e v e r s e   P l a t e   ( 4 )     Fig u r 2 .   Pro p o s ed   C PT  s y s tem   b lo ck   d iag r am   f o r   I B D       2 . 2 .   Cla s s - E   L CCL  t o po lo g y   des ig n   T h d esig n   s p ec i f icatio n s   an d   cir cu it  p a r am eter s   o f   th c lass - E   L C C L   cir cu it  ar s u m m ar ized   in   T ab le  1 .   Deta iled   ca lcu latio n s   ar n o in clu d ed   h er e,   as  th e y   h av b ee n   t h o r o u g h l y   p r esen ted   in   o u r   p r ev i o u s   p u b licatio n   [ 2 3 ] .   T h c o m p o n en v alu es  a r d e r iv ed   m ath e m atica lly ,   f o llo win g   th e   m eth o d o lo g y   in   [ 2 3 ] ,   b u t   r ec alcu lated   b ased   o n   n ew   d esig n   s p ec if icatio n s   tailo r e d   f o r   I B ap p licatio n s .   Fig u r 3 ( a )   s h o ws  th s ch em atic  o f   c lass - E   L C C L   t o p o lo g y ,   wh ich   c o m b in es  c lass - E   π1 b   cir cu it  f o r   tr an s m i tter   co m p en s atio n   with   an   ad d itio n al  L C   m atch i n g   cir cu it  f o r   r ec eiv er   c o m p e n s atio n ,   f o r m in g   d o u b le - s id ed   L C   im p ed an ce   m atch in g   cir cu it.  T h is   to p o lo g y   en h a n ce s   ef f icien cy   b y   m ain tain in g   ze r o - v o ltag s witch in g   ( Z VS) ,   th e r eb y   r ed u cin g   lo ad   s en s itiv ity .       T ab le  1 .   Desig n   s p ec if icatio n s   an d   cir cu it  p ar am eter s   o f   th class - E   L C C L   cir cu it   D e si g n   sp e c i f i c a t i o n   C i r c u i t   p a r a met e r   D e si g n   v a l u e   o f     C l a s s - L C C L   P a r a me t e r   U n i t   D e si g n   v a l u e   P a r a me t e r   U n i t     W   5     µH   5 0 0     M H z   1   1   pF   1 7 5 9 . 0 4 8      V   12   1   µH   2 6 . 4 3 9       0 . 5   2   pF   9 4 8 . 2 8 4       10   3   pF   2 4 1 . 7 0 1       50   4   pF   8 4 3 . 4 5         2   µH   2 7 . 7 5       I n   th c lass - E   L C C L   cir cu it,  t h ca p ac ito r   3   s er v es  as  th π1 b   m atch in g   co m p o n en an d   c o u p lin g   ca p ac itan ce   f o r   th C PT  s y s te m .   Fig u r 3 ( b )   s h o ws  C ap ac it o r   3   is   m o d if ied   in to   co u p li n g   p lates,  s ep ar atin g   th c lass - E   L C C L   in to   tr an s m itter   an d   r ec eiv er   p ar ts .   B y   r ef e r r in g   to   T a b le  1 ,   C 3   2 4 1 . 7 0 1   p F.  T h er ef o r e,   b y   ass u m in g   th at  31 = 32 ,   it   ca n   b ca lcu lated   b y   u s in g   ( 1 ) .     3 = 31 × 32 31 + 32 = ( 31 ) 2 2 31 = 1 2 31 =   1 2 32       ( 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       I n ve s tig a tio n   o f e fficien cy   a n d   s a fety  in   w ir eles s   ca p a citive  p o w er tr a n s fer th r o u g h     ( Yu s ma r n ita   Yu s o p )   505   ( a)     ( b )     Fig u r 3 .   C lass - E   L C C L   c ir cu it: ( a)   c lass - E   L C C L   cir cu it wi th   s in g le  ca p ac ito r     ( b )   t r an s f o r m atio n   o f   s in g le  ca p ac ito r   in to   c o u p lin g   p lates       Fro m   ( 2 )   an d   ( 3 ) ,   th ca p ac ito r   31   an d   32   ar twice  th v alu o f   s in g le  ca p ac ito r   3   an d   will  b e   r ep lace d   with   cir cu lar   co p p e r   p lates.  C ap ac ito r   31   co r r esp o n d s   to   co u p lin g   p lates  1   an d   2 ,   wh ile  th e   ca p ac ito r   32   co r r esp o n d s   to   co u p lin g   p lates  3   an d   4 .   T h s ize  o f   th co u p lin g   p lates  is   d eter m in ed   u s in g   th e   ar ea   f o r m u la  = 2   wh er   is   th p late  ar ea ,   an d   r   is   th p la te  r ad iu s .   T h u s ,   th ca p ac ita n ce   ca n   b e   an aly tically   ca lcu lated   as   ( 2 ) .     = . .   ( 2 )     T h er ef o r e :     31 = 32 = 2 3 = 2 0 2   ( 3 )     wh er 0   is   th e   p er m itti v ity   o f   f r ee   s p ac e,     is   th r elativ p er m itti v ity   o f   th d ielec tr ic   m ater ial,   an d     is   th s ep ar atio n   d is tan ce   b etwe en   th p lates.  B y   r ea r r an g i n g   th e q u atio n ,   th p late  r ad iu s     is   ex p r ess ed   as   ( 4 ) .     = 2 3 × 2 0       ( 4 )     B ased   o n   th ca lcu lated   p late  r ad iu s   f r o m   ( 4 ) ,   th p h y s ical  d esig n   o f   th co u p lin g   s tr u ctu r is   d eter m in ed   wh ile  co n s id er in g   p r ac tical  co n s tr ain ts   s u ch   as  a lig n m en ac c u r ac y   an d   f a b r ica tio n   to ler a n ce s .   T o   p r ev en m is alig n m e n er r o r s ,   th tr an s m itter   p late  is   lar g er   th an   th r ec ei v er ,   b u ca p ac i tan ce   is   ca lcu lated   b ased   o n   th o v er lap p in g   ar ea ,   alig n in g   with   th eo r etica an aly s is .   Fro m   [ 2 4 ]   th e   d iel ec tr ic  p r o p er ties   o f   h u m an   tis s u es  at   1   MH z   v a r ied   f o r   ea c h   lay e r   o f   s k in ,   f at ,   a n d   m u s cle.   Hen ce ,   th av er ag r elativ e   p er m itti v ity   o f   t h lay er e d   tis s u ca n   b e   an aly tically   ca lcu lat ed   as   ( 5 ) .     = = 1 = 1      =   ( 5 )     2 . 3 .   Sa f et y   m o delin g   us ing   ANSYS F E M     T h ca p ac itan ce   o f   th e   co u p lin g   p lates  m u s f ir s b d et er m in ed   b ef o r p e r f o r m in g   t h s af ety   an aly s is   in   AN SYS  E lec tr o n ics  Desk to p .   B o th   th f o r war d   an d   r etu r n   p lates  ar co n f ig u r ed   to   h a v ca p ac itan ce   o f   4 7 8 . 6 3 p F .   B ased   o n   ( 1 )   an d   th e   d ielec tr ic   p r o p er ties   p r o v id e d   in   T ab le   2 ,   th d esig n e d   f o u r - p late  co u p ler   f ea tu r es a   p late  r ad iu s   o f   2 . 7 m m   ( c o r r esp o n d in g   to   5 . 4 m m   d iam eter )   a n d   1 m m   in itial tis s u g ap .   T h e   1 m m   s ep ar atio n   is   c h o s en   to   s im u late  r e p r esen ta tiv d ee p   tis s u s ce n ar io ,   wh e r s tr o n g   c o u p lin g   is   r eq u ir ed   u n d e r   co n s tr ain e d   s p ac in g .   Fig u r 4   illu s tr ates  th g eo m etr y   s etu p   u s ed   in   th s im u latio n   en v ir o n m en t,  wh er th b lu p late  r ep r esen ts   th tr an s m itter ,   th r ed   p late  r ep r esen ts   th r ec eiv er ,   an d   th e   y ello lay er   r e p r esen ts   th e   h u m an   tis s u p h an to m .   On ce   th e   p late  s tr u ct u r is   s im u lated   a g r ee d   well  with   th e   th eo r y ,   t h en   th a n aly s is   f o r   el ec tr ic  f ield   em is s io n   an d   SAR   will b co n d u cte d   b ased   o n   th g eo m etr y   s etu p .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   1 Ma r c h   20 2 6 :   502 - 5 17   506       Fig u r 4 .   FEM   g e o m etr y   s etu p   m o d el       T ab le  2 .   T h ick n ess   an d   d ielec tr ic  p r o p er ties   o f   tis s u es   Ti ss u e   M a x i m u m   t h i c k n e ss   ( mm )     ( )   Ti ss u e   M a x i m u m   t h i c k n e ss   ( mm )     ( )   D r y   sk i n   3   9 9 0 . 7 6   0 . 0 1 3 2   F a t   10   2 7 . 2 2 2   0 . 0 2 5 1   W e t   s k i n   3   1 8 3 2 . 8   0 . 2 2 1 4   M u s c l e   20   1 8 3 6 . 4   0 . 5 0 2 7       2 . 4 .   E x perim ent a s et up   wit h t is s ue  p ha nto m   T h tis s u p h an to m   u tili ze d   i n   th is   ex p er im e n was  n o d ev elo p ed   s p ec if ically   f o r   t h is   s tu d y it  was  s u p p lied   b y   o u r   r esear ch   co lla b o r ato r ,   wh o   s p ec ializes  in   th f ab r icatio n   o f   b i o m ed ical  m ater ials .   T h eir   wo r k   in v o lv es  th d esig n   an d   v alid a tio n   o f   tis s u p h an to m s   th at  ac cu r ately   r ep licate  th d ielec tr ic  ch ar ac ter is tics   o f   h u m an   tis s u th r o u g h   p r ec is f o r m u latio n   an d   r i g o r o u s   test in g   p r o ce d u r es.  All  f ab r icate d   tis s u p h an to m s   m u s en s u r th at  th eir   d ielec tr ic  p r o p e r ties   alig n   with   th v alu es  s p ec if ied   in   T ab le  2   to   m ain tain   b io lo g ical  ac cu r ac y   an d   s im u latio n   r eliab ilit y .   T ab le  2   s u m m ar izes  th th ick n ess es  an d   d ielec tr ic   p r o p e r ties   o f   ea c h   tis s u lay er   at  1   MH z,   as  d ef i n ed   b y   t h I n s titu te  f o r   Ap p li ed   Ph y s ics  [ 2 4 ] .   Fo r   e v alu ati o n   p u r p o s es,  tis s u e   p h an to m s   with   v ar y in g   th ick n ess es  wi ll  b f ab r icate d .   Acc o r d in g   t o   [ 2 5 ] ,   t h ty p ical  t h ick n ess es  o f   s k in ,   f at,   an d   m u s cle  lay er s   in   t h ch est  o f   an   a v er ag a d u lt m ale  ar e   3   m m ,   1 0   m m ,   a n d   2 0   m m ,   r esp ec tiv ely .     T h f ab r icate d   tis s u p h an t o m   is   th en   u tili ze d   in   o u r   r esear ch   to   ex am in th ef f icien cy   o f   ca p ac itiv co u p lin g   f o r   wir e less   p o wer   tr an s m is s io n .   T h m ea s u r em en s etu p ,   illu s tr ated   in   Fig u r 5 ,   m ea s u r es  th co u p lin g   ca p ac itan ce   ac r o s s   th ti s s u p h an to m   lay er .   T h ca p ac itiv co u p lin g   s tr u ctu r is   co n f ig u r ed   in   s an d wich   ar r an g em en t,  with   s in g le - lay e r   tis s u p h an to m   p lace d   b etwe en   two   p air s   o f   co n d u ctiv e   p lates.  I n   th is   ar r a n g em en t,  t h tr an s m itter   a n d   r etu r n   elec tr o d es  ar p lace d   e x ter n ally ,   wh ile  t h e   f o r war d   a n d   r etu r n   r ec eiv er   p lates  ar p lace d   o n   th o p p o s i te  s id o f   th tis s u lay er ,   r ep licatin g   r ea lis tic   tr an s cu tan eo u s   en e r g y   tr an s f er   s ce n ar io   f o r   im p lan ted   b io m e d ical  d ev ices.  T h e   ca p ac itan ce   o f   th is   s tr u ctu r is   m ea s u r ed   b y   u s in g   th e   KE YSI GHT   E 4 9 9 0 i m p ed a n ce   a n aly ze r ,   wh ic h   d eliv er s   a   1   M Hz  AC   test   s ig n al  to   th co u p lin g   p lates  an d   ca lc u lates  th r esu ltin g   co m p lex   im p ed an ce .   T h ef f ec tiv e   ca p ac i tan ce   is   d eter m in ed   f r o m   th is   d ata.   T h s y s tem   is   s et  to   ac h iev tar g et  ca p ac itan ce   o f   4 7 8 . 6 3   p F,  co n s is ten with   th th eo r etica d esig n   v alu es  d er iv e d   f r o m   ( 1 ) .   T h is   ex p e r im en tal  m et h o d   ac cu r ately   v alid ates  th ca p ac itiv co u p lin g   m o d el,   en s u r in g   th at  th p h y s ical  im p lem en tatio n   m atch es  th elec tr ical  ch ar ac ter is tics   n ee d ed   f o r   ef f icien p o wer   tr a n s f er   a n d   b io m e d ic al  s af ety .   L astl y ,   th e   c lass - E   L C C L   cir cu it  is   in teg r ated   with   th e   v er i f ied   ca p ac itiv co u p lin g   s tr u ctu r e,   allo win g   f u r t h er   ex p er im en t al  in v esti g atio n   o f   p o wer   tr a n s f er   ef f icien cy   an d   p er f o r m an ce   ac r o s s   d if f er en t t is s u p h an to m   th ick n ess es.       P l a t e P l a t e T i s s ue  P ha nt om   (S ki n/ M us c l e / F a t ) I m p e d a n c e   A n a l y z e r `     Fig u r 5 .   I m p ed a n ce   m ea s u r e m en t setu p   f o r   co u p lin g   ca p ac itan ce   with   s in g le - lay er   tis s u p h an to m       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O   3 . 1 .   Sa f et y   a na ly s is   I n itially ,   ca p ac itan ce   was  s im u lated   to   en s u r th p late' s   c ap ac itan ce   was  ac cu r ate  an d   with in   th ex p ec ted   r a n g b e f o r p r o ce ed in g   with   th elec tr ic  f ield   em is s io n   an d   SAR   s im u lati o n .   T h s im u lated   ca p ac itan ce   v alu es  ar 4 7 8 . 4 8 p f o r   th f o r war d   p late  an d   4 7 8 . 6 3   p f o r   t h r etu r n   p late,   wh ile  th ca lcu lated   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       I n ve s tig a tio n   o f e fficien cy   a n d   s a fety  in   w ir eles s   ca p a citive  p o w er tr a n s fer th r o u g h     ( Yu s ma r n ita   Yu s o p )   507   v alu u s i ng  ( 1 )   is   4 8 3 . 4   p F.  T ab le  3   s h o ws  er r o r   p er ce n tag e s   o f   1 . 0 2 an d   0 . 9 9 %,  r esp ec tiv ely ,   b o th   u n d er   5 %,  in d icatin g   h i g h   s im u latio n   ac cu r ac y   in   ANSYS M ax well .       T ab le  3 .   C o m p a r is o n   o f   ca lcu l ated   an d   s im u lated   ca p ac itan c v alu es   P a r a me t e r   U n i t   C a l c u l a t i o n   S i mu l a t i o n   Er r o r   p e r c e n t a g e   ( %)   C a p a c i t a n c e   o f   TX   a n d   R X   f o r w a r d   p l a t e ,   31   pF   4 8 3 . 4   4 7 8 . 4 8   1 . 0 2 %   C a p a c i t a n c e   o f   TX   a n d   R X   r e t u r n   p l a t e ,   32   pF   4 8 3 . 4   4 7 8 . 6 3   0 . 9 9 %       3 . 1 . 1 .   E lect ric  f ield e m is s io   Fig u r 6   ill u s t r a tes  th s i m u la t ed   el ec t r i f ie ld   e m is s i o n   i n   A NSYS HFSS   at   v a r y in g   h u m a n   t is s u g a p   d is t an ce s .   At  1 m m ,   th h i g h es E - Fi el d   r e ac h es   2 9 8 . 0 9   V/ m ,   wit h   a   u n if o r m   p ea k   o f   2 6 3 . 9 0   V/ m   i n   th ce n t r a r e g i o n   tis s u e.   At  5   m m ,   t h m a x i m u m   E - F iel d   is   2 6 7 . 6 5   V/m ,   b u t h e   d is t r i b u ti o n   is   l ess   u n i f o r m ,   wi th   a   ce n t r al   r e g i o n   d r o p p i n g   t o   1 7 8 . 7 0   V/ m .   At   1 0   m m ,   th m a x i m u m   E - Fie ld   is   2 6 7 . 7 0   V/ m ,   wit h   t h e   l o w est   v al u e   at  5 0 . 6 4   V/m ,   s h o w in g   a   7 2 a n d   8 1 r e d u ct io n   c o m p a r e d   to   5   m m   a n d   1   m m   g a p s ,   r esp ec ti v el y .   T h ese   r es u lts   i n d ic ate   t h a as   t h e   s e p a r a ti o n   b etw ee n   el ec t r o d es  i n c r e ases ,   t h e le ct r ic   f iel d   n o o n l y   we a k e n s   i n   in t en s it y   b u t   als o   b ec o m es  in cr ea s i n g l y   n o n - u n i f o r m   ac r o s s   t h tis s u e   r e g i o n .   Des p it t h es v a r i ati o n s ,   al l   s im u la te d   el ec tr ic   f ie ld   v al u es   r e m ai n   w ell   b el o w   t h e   I E E E   C 9 5 . 1   h u m a n   ex p o s u r e   li m it   o f   6 1 4   V/m ,   e n s u r i n g   th a th s y s t em   c o m p lies   wi th   esta b lis h ed   e lec tr o m a g n et ic   s a f et y   s ta n d a r d s   f o r   b i o m ed ic al  a p p lic ati o n s .             ( a)   ( b )       ( c)   ( d )       ( e)   (f)     Fig u r 6 .   E lectr ic  f ield   ( e - f ield )   em is s io n   an aly s is : ( a)   e - f ield   d is tr ib u tio n   p l o t: 1   m m   ( b )   e - f iel d   v s   d is tan ce : 1   m m ,   ( c)   e - f ield   d is tr ib u tio n   p lo t: 5   m m ( d )   e - f ield   v s   d is tan ce : 5   m m   ( e)   e - f ield   d is tr ib u tio n   p lo t: 1 0   m m ,   an d   (f)   e - f ield   v s   d is tan ce : 1 0   m m     Ma   2 67.65 V / m     5   mm   Ma   2 67.70 V / m     10   mm   5 0 . 6 4   V/m   1   mm   2 5 7 . 1 4   V/m   Ma   2 98.09 V / m   1 7 8 . 7 0   V/m   2 6 3 . 9 0   V/m   2 6 0 . 2 0   V/m   2 6 1 . 8 0   V/m   2 6 4 . 6 0   V/m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   1 Ma r c h   20 2 6 :   502 - 5 17   508   3 . 1 . 2 .     Sp ec if ic  a bs o rpt io n r a t   Fig u r 7   illu s tr ates  th s im u lated   SAR   d is tr ib u tio n   in   h u m a n   tis s u at  g ap   d is tan ce s   o f   1   m m ,   5   m m ,   an d   1 0   m m   u s in g   ANSYS  HFSS .   A s   th g ap   in cr ea s es,  th m ax im u m   SAR   d ec r ea s es,  with   v alu es  o f     1 . 1 4   W /k g   ( 1   m m ) ,   0 . 7 7   W /k g   ( 5   m m ) ,   an d   0 . 6 2   W /k g   ( 1 0   m m ) ,   alig n in g   with   th eo r etica l e x p ec tatio n s .   I n   th e   ce n tr al  tis s u e,   SAR   v alu es  r an g f r o m   0 . 8 6 W /k g   to   0 . 5 9   W /k g   ( 1   m m ) ,   0 . 7 1   W /k g   to   0 . 0 8   W /k g   ( 5   m m ) ,   an d   0 . 5 6   W /k g   to   0 . 0 2   W /k g   ( 1 0   m m ) ,   s h o win g   s ig n if ican r ed u ctio n s   as  d is tan ce   in cr ea s es.  T h e   p ea k   SAR   at    10   m m   is   n o tab ly   lo wer   th an   at  1   m m   a n d   5   m m ,   c o n f ir m in g   th at  SAR   d ec r ea s es  with   d is tan ce   f r o m   th e   tr an s m itter   p late.   All  v alu es  r em ain   well  b elo th I C NI R s af ety   th r esh o ld   o f   2   W /k g   f o r   1 0   g   o f   tis s u e,   en s u r in g   co m p lian ce   with   s af ex p o s u r lev els.  I n   r elatio n   to   th c lass - E   L C C L   to p o lo g y ,   th r eso n an n etwo r k   r e d u ce s   th v o ltag ac r o s s   th co u p lin g   ca p ac ito r   ( C 3 ) ,   wh ich   lo wer s   th elec t r ic  f ield   in ten s ity ,     E   V/d .   Sin ce   th SA R   d ep e n d s   o n   th s q u ar o f   th elec t r ic  f ield   ( SAR   =   σE 2 )   wh er σ   is   th m ater ial   co n d u ctiv ity   a n d   ρ   is   th d en s ity   o f   th m ater ial,   lo wer   f ield   r esu lts   in   s ig n if ican r ed u ctio n   in   SAR .   T h is   s h o ws  th at  th p r o p o s ed   cir c u it  n o o n ly   m ain tain s   e f f icien cy   th r o u g h   Z VS  b u also   en h an ce s   s af ety   b y   m in im izin g   tis s u ex p o s u r e .           ( a)   ( b )       ( c)   ( d )       ( e)   (f)     Fig u r 7 .   SAR   a n aly s is :   ( a)   SAR   d is tr ib u tio n   p lo t: 1   mm ( b )   SAR   v s   d is tan ce : 1   mm   ( c)   SAR   d is tr ib u tio n   p lo t: 5   mm ( d )   SAR   v s   d is tan ce : 5   mm ( e)   SAR   d is tr ib u tio n   p lo t:  1 0   mm   an d   ( f )   SAR   v s   d is tan ce : 1 0   mm   Ma   1 .14 W / kg   1mm   0 . 8 6   W/ k g   0 . 5 9   W/ k g   Ma   0 .77 W / kg     5mm   0 . 0 8   W/ k g   0 . 7 1   W/ k g   Ma   0 .62 W / kg     10   mm   0 . 0 2   W/ k g   0 . 5 6   W/ k g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       I n ve s tig a tio n   o f e fficien cy   a n d   s a fety  in   w ir eles s   ca p a citive  p o w er tr a n s fer th r o u g h     ( Yu s ma r n ita   Yu s o p )   509   3 . 2 .         P er f o r m a nce  a na l y s is   o f   wire less   CP T   s y s t em   ba s e d o n c la s s - E   L CCL t o po lo g y   3 . 2 . 1 .   Cla s s - E   L CC L   T h e   c l a s s - E   L C C L   s y s tem   i n t e g r a t e d   w i t h   a   f u l l - w a v e   r e c t i f i e r   w a s   v a l i d a t e d   a n d   e v a l u a t e d   i n   t h e   l a b o r a t o r y ,   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   8 .   A   T C 4 4 2 2   M O S F E T   g a t e   d r i v e r ,   c a p a b l e   o f   d e l i v e r i n g   u p   t o   9   A   o u t p u t   c u r r e n t ,   w a s   u s e d   t o   d r i v e   t h e   I R F 7 4 0   M O S F E T   i n   t h e   t r a n s m i t t e r   c i r c u i t .   T h e   I R F 7 4 0   w a s   s e l e c t e d   f o r   i t s   h i g h - s p e e d   s w i t c h i n g   c a p a b i l i t y ,   4 0 0   V   b r e a k d o w n   v o l t a g e ,   a n d   1 0   A   c u r r e n t   r a t i n g ,   w h i c h   m e e t   t h e   d e s i g n   r e q u i r e m e n t s .   C u r r e n t   a n d   v o l t a g e   m e a s u r e m e n t s   w e r e   o b t a i n e d   u s i n g   a   K e y s i g h t   o s c i l l o s c o p e   D S O - X   2 0 1 2 A   a n d   a   K e y s i g h t   c u r r e n t   p r o b e   N 2 7 8 3 B .   T h e   s w i t c h i n g   v o l t a g e   w a v e f o r m s   a r e   p r e s e n t e d   i n   F i g u r e   9 .   A   s u m m a r y   o f   t h e   o u t p u t   p e r f o r m a n c e   f r o m   t h e o r e t i c a l   c a l c u l a t i o n ,   s i m u l a t i o n ,   a n d   e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s   i s   p r e s e n t e d   i n   T a b l e   3 .   T h e        a n d      w a v e f o r m s   w e r e   a n a l y z e d   f o r   b o t h   s i m u l a t i o n   a n d   e x p e r i m e n t a l   c o n d i t i o n s .   I n   t h e   s i m u l a t i o n ,   t h e   m a x i m u m      d u r i n g   M O S F E T   t u r n - o f f ,   i t   r e a c h e d   4 4 . 4 5   V ,   a p p r o x i m a t e l y   t h r e e   t i m e s   V dc  w h i l e   d u r i n g   t u r n - o n ,   i t   d r o p p e d   t o   0   V ,   c o n s i s t e n t   w i t h   t h e o r e t i c a l   e x p e c t a t i o n s .   E x p e r i m e n t a l l y ,   t h e   p e a k   t u r n - o f f   v o l t a g e    ( )    w a s   5 0 . 7   V ,   1 4 . 1 %   h i g h e r   t h a n   t h e   s i m u l a t i o n ,   a n d   t h e   t u r n - o n   v o l t a g e   w a s   1 . 6   V ,   a b o u t   3 . 2 %   o f   t h e   p e a k   t u r n - o f f   v o l t a g e .   T h e s e   r e s u l t s   c o n f i r m   t h a t   t h e   c l a s s - E   L C C L   c i r c u i t   w i t h   a   f u l l - w a v e   r e c t i f i e r   a c h i e v e d   t h e   Z V S   c o n d i t i o n ,   w i t h   n o   o v e r l a p   o b s e r v e d   b e t w e e n      a n d      i n   e i t h e r   s i m u l a t i o n   o r   e x p e r i m e n t .           Fig u r 8 .   C ir cu it  co n f ig u r atio n   o f   class - E   L C C L   with   f u ll - wav r ec tifie r           ( a)   ( b )     Fig u r 9 .   Z VS  wav ef o r m   o f   cl ass - E   L C C L   c ir cu it ( a)   s im u l atio n : M OSFET   s witch in g   v o ltag e   an d     ( b )   e x p er im en t: M OSFET   s witch in g   v o ltag e       T ab le  3 .   Ou tp u t p er f o r m a n ce   o f   class - E   L C C L   cir cu it   P a r a me t e r   U n i t   C a l c u l a t i o n   S i mu l a t i o n   Ex p e r i m e n t   I n p u t   v o l t a g e ,      V   12   12   1 1 . 9 6   I n p u t   c u r r e n t ,      A   0 . 4 2   0 . 4 2   0 . 4   I n p u t   p o w e r ,      W   5   5   4 . 8   O u t p u t   v o l t a g e ,    (  )   V   1 5 . 8 1   1 5 . 4 9   1 4 . 3   O u t p u t   c u r r e n t ,    (  )   A   0 . 3 2   0 . 3 1   0 . 2 6   O u t p u t   p o w e r ,      W   5   4 . 8   3 . 7   Ef f i c i e n c y ,     %   1 0 0   9 4 . 7 7   7 6 . 3 3   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   1 Ma r c h   20 2 6 :   502 - 5 17   510   Fig u r 1 0   s h o ws  th in p u p o wer   m ea s u r em en wa v ef o r m s   f o r   th e   c lass - E   L C C L   cir cu it.  Fig u r 1 1   s h o ws  th o u tp u p o wer   m ea s u r em en wav ef o r m s   f o r   th c lass - E   L C C L   cir cu it.  Fo r   th in p u an d   o u tp u t   p o wer   a n aly s is ,   s im u latio n   r es u lts   s h o wed   th at   an   i n p u t   cu r r en o f   0 . 4 2   A   at  1 2   V   y ield ed   5   W   in p u p o wer ,   m atch in g   th ca lcu lated   v alu e .   T h o u tp u cu r r en o f   0 . 3 1   at  1 5 . 5   p r o d u ce d   4 . 8   W   o u tp u p o wer ,   4 %   lo wer   th an   ca lcu lated ,   co r r esp o n d in g   to   an   ef f icien c y   o f   9 4 . 7 7 %.  E x p er im en tally ,   th e   in p u cu r r en o f   0 . 4 0   A   at  1 1 . 9 6   p r o d u ce d   4 . 8   W   in p u p o we r ,   4 lo wer   th an   t h s im u latio n .   T h o u tp u cu r r en o f   0 . 2 6   at     1 4 . 3   r esu lted   in   3 . 7   W   o u t p u p o wer ,   2 2 . 9 lo wer   th a n   ca lcu lated ,   g iv in g   a n   ef f icien cy   o f   7 6 . 3 3 %.  T h e   ex p er im en tal  e f f icien cy   was  1 9 . 4 6 lo wer   t h an   th s im u latio n   r esu lts ,   p r im ar ily   d u to   co n d u ctio n ,   s witch in g ,   an d   g ate - d r iv lo s s es,  wi th   ad d itio n al  co n tr ib u tio n s   f r o m   th p ar asit ic  r esis tan ce   o f   p ass iv co m p o n en ts   f u r th e r   r ed u cin g   t h o v er all  e f f icien cy .       ( a)     ( b )         Fig u r 1 0 .   I n p u t p o we r   m ea s u r em en t f o r   th class - E   L C C L   c ir cu it ( a)   s im u latio n : in p u t c u r r en t a n d   v o ltag e   an d   ( b )   e x p er im en t: in p u t c u r r en t a n d   v o ltag e        = 0 . 42      = 12      = 0 . 40 1      = 11 . 96     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       I n ve s tig a tio n   o f e fficien cy   a n d   s a fety  in   w ir eles s   ca p a citive  p o w er tr a n s fer th r o u g h     ( Yu s ma r n ita   Yu s o p )   511   Fu r th er   v alid atio n   was  ca r r ie d   o u b y   test in g   d if f er e n g a p   d is tan ce s   b etwe en   th ca p ac itiv p lates  at  f ix ed   o p er atin g   f r eq u e n cy   o f   1   MH z.   T h is   was a ch iev ed   b y   ad ju s tin g   th v alu o f   C 3   to   r e p r esen t th ch an g e   in   p late  s ep ar atio n .   At  1   m m   g ap ,   th s im u lated   ef f icien cy   was  9 4 . 7 7 with   ca lcu lated   ca p ac itan ce   o f   2 4 1 . 7 0 1   p F.  T h h u m an   tis s u b etwe en   th e   p lates  was  m o d eled   with   r elativ p e r m itti v ity   ε r   o f   1 2 1 1 . 3 .   As  th g ap   in cr ea s ed   to   2 0   m m ,   th ca p ac itan ce   d ec r ea s ed   ex p o n en tially ,   lead in g   to   h ig h er   r ea ctan ce   X C3   r ed u ce d   o u tp u cu r r en an d   v o ltag e,   an d   co n s eq u en tly   lo wer   e f f icien cy ,   as  s h o wn   in   Fig u r 1 2 ( a) .   Ov er all,   ef f icien cy   d ec lin ed   with   in cr ea s in g   p late   s ep ar atio n .   Fig u r e   1 2 ( b )   p r es en ts   th ef f icien cy   v ar iatio n   with   d if f er e n lo a d   r esis tan ce s .   T h ef f icien cy   d ec r ea s ed   f r o m   9 5 . 9 to   7 4 . 4 as  th lo ad   in cr ea s ed   f r o m   5 0     to   6 5 8   .   T h i s   r ed u ctio n   is   attr ib u ted   to   th im p ed an ce - m atc h in g   n atu r o f   th c lass - E   L C C L   to p o lo g y ,   wh ich   m ak es  th ef f icien cy   less   s en s itiv to   lo ad   v ar iatio n s   co m p ar ed   with   n o n - m atch ed   s y s tem s .       ( a)     ( b )         Fig u r 1 1 .   Ou tp u p o wer   m ea s u r em en t f o r   th class - E   L C C L   cir cu it: ( a)   s im u latio n o u tp u cu r r en &   v o ltag e ,   an d   ( b )   e x p er im en t:  o u tp u t c u r r en t a n d   v o ltag e      (  ) = 0 . 31      (  ) = 0 . 26      (  ) = 15 . 5      (  ) = 14 . 3     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.