Desenvolvimento de novos ressoadores para transmissão de energia sem fio aplicados em Dispositivos Médicos Implantáveis
dc.contributor.advisor | Silva Neto, Valdemir Praxedes da | |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0003-3867-3297 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/4160231554601828 | pt_BR |
dc.contributor.author | Duarte Júnior, José Garibaldi | |
dc.contributor.authorID | https://orcid.org/0000-0002-9708-3118 | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/4332534673634063 | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | D'Assunção, Adaildo Gomes | |
dc.contributor.referees2 | Capovilla, Carlos Eduardo | |
dc.contributor.referees3 | Begmann, José Ricardo | |
dc.contributor.referees4 | Rodrigues, Márcio Eduardo da Costa | |
dc.date.accessioned | 2025-03-26T19:30:13Z | |
dc.date.available | 2025-03-26T19:30:13Z | |
dc.date.issued | 2024-12-20 | |
dc.description.abstract | This work presents the analysis and design of new configurations of microwave planar resonators with the proposal of integrating systems for wireless power supply of implanted medical devices. Over the last few years, implantable medical devices (IMD) have become protagonists in assisting diagnostic, prognostic and medical treatment tasks. Most IMD require a form of power supply to operate, which is often done through the use of batteries, thus demanding periodic maintenance and invasive surgical procedures. The wireless power transfer (WPT) technology employed in this scenario presents itself as a promising alternative solution. This thesis is situated in the context of proposing new models of compatible resonators that can be integrated into WPT solutions for IMD power supply. In this work, two WPT techniques were explored: inductive coupling (non-radiative/near field) and planar antennas (radiative). The analysis and design were carried out through the analytical and parametric study of the proposed models using computational electromagnetic simulation tools. A series of technical parameters were verified, with emphasis on the operating frequency, physical dimensions, efficiency, positioning sensitivity, and safety parameters, such as the specific absorption rate (SAR) and admissible power range. Using low-loss dielectric substrates (RO3006 and RO3010), three prototypes were built, designed for operation in the 0,403, 0.915 and 2.45 GHz frequencies, which are part of the MedRadio and ISM bands. Via inductive coupling, it was possible to obtain a system with transfer efficiency greater than 50% at a separation of 8.0 mm of tissue, enabling an admissible power of up to 120 mW for a safety limit of 2.0 W/kg of SAR. Using a planar antenna, a model with dual operating band (0.9 and 2.45 GHz) and circular polarization was obtained, achieving efficiency levels of 0.57 and 1.12% with reduced physical dimensions. The experimentally measured results demonstrated good agreement with the computational analyses and led to promising conclusions regarding the performance of the proposed resonators. | pt_BR |
dc.description.resumo | Este trabalho apresenta a análise e projeto de novas configurações de ressoadores planares de micro-ondas com a proposta de integrar sistemas para alimentação sem fio de dispositivos médicos implantados. Ao longo dos últimos anos, os dispositivos médicos implantáveis (IMD) tornaram-se protagonistas no auxílio de tarefas de diagnóstico, prognóstico e tratamento médico. Grande parte dos IMD necessitam de uma forma de alimentação para operar, o que frequentemente é feita através do uso de baterias, demandando assim manutenções periódicas e procedimentos cirúrgicos invasivos. A tecnologia de transferência de energia sem fio (WPT) empregada neste cenário se apresenta como uma promissora alternativa de solução. Esta tese se situa no contexto de propor novos modelos de ressoadores compatíveis e que possam ser integrados em soluções WPT para alimentação de IMD. Neste trabalho, foram exploradas duas técnicas de WPT: acoplamento indutivo (não-radiativo/campo próximo) e antenas planares (radiativo). A análise e projeto se deram através do estudo analítico e paramétrico dos modelos propostos através de ferramentas computacionais de simulação eletromagnética. Foi verificada uma série de parâmetros técnicos, com destaque a frequência de operação, dimensões físicas, eficiência, sensibilidade ao posicionamento, e parâmetros de segurança, como a taxa de absorção específica (SAR) e faixa de potência admissível. Utilizando substratos dielétricos de baixas perdas (RO3006 e RO3010), foram construídos três protótipos projetados para operação nas frequências de 0,403, 0,915 e 2,45 GHz, integrantes das bandas MedRadio e ISM. Via acoplamento indutivo, foi possível obter um sistema com eficiência de transferência superior aos 50% na separação de 8,0 mm de tecido, possibilitando uma potência admissível de até 120 mW para um limite de segurança de 2,0 W/kg de SAR. Com uso de antena planar, obteve-se um modelo com dupla faixa de operação (0,9 e 2,45 GHz) e polarização circular, sendo alcançados níveis de eficiência de 0,57 e 1,12% com dimensões físicas reduzidas. Os resultados medidos experimentalmente demonstraram uma boa concordância com as análises computacionais e conduziram a conclusões promissoras a respeito do desempenho dos ressoadores propostos. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq | pt_BR |
dc.identifier.citation | DUARTE JÚNIOR, José Garibaldi. Desenvolvimento de novos ressoadores para transmissão de energia sem fio aplicados em Dispositivos Médicos Implantáveis. Orientador: Dr. Valdemir Praxedes da Silva Neto. 2024. 108f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/63247 | |
dc.language | pt_BR | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Dispositivos Médicos Implantáveis | pt_BR |
dc.subject | Transferência de energia sem fio | pt_BR |
dc.subject | Ressoadores planares de Micro-ondas | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA | pt_BR |
dc.title | Desenvolvimento de novos ressoadores para transmissão de energia sem fio aplicados em Dispositivos Médicos Implantáveis | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
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