Desenvolvimento de novos ressoadores para transmissão de energia sem fio aplicados em Dispositivos Médicos Implantáveis

dc.contributor.advisorSilva Neto, Valdemir Praxedes da
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0003-3867-3297pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4160231554601828pt_BR
dc.contributor.authorDuarte Júnior, José Garibaldi
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0002-9708-3118pt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4332534673634063pt_BR
dc.contributor.referees1D'Assunção, Adaildo Gomes
dc.contributor.referees2Capovilla, Carlos Eduardo
dc.contributor.referees3Begmann, José Ricardo
dc.contributor.referees4Rodrigues, Márcio Eduardo da Costa
dc.date.accessioned2025-03-26T19:30:13Z
dc.date.available2025-03-26T19:30:13Z
dc.date.issued2024-12-20
dc.description.abstractThis 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.resumoEste 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.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqpt_BR
dc.identifier.citationDUARTE 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.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/63247
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃOpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectDispositivos Médicos Implantáveispt_BR
dc.subjectTransferência de energia sem fiopt_BR
dc.subjectRessoadores planares de Micro-ondaspt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICApt_BR
dc.titleDesenvolvimento de novos ressoadores para transmissão de energia sem fio aplicados em Dispositivos Médicos Implantáveispt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR

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