In this study, a planar printed circuit board (PCB) coil with FR4 substrate was designed and simulated using the finite element method, and the results were analyzed in the frequency domain. This coil can be used in wireless power transfer (WPT) as a transmitter or receiver, eliminating wires. It can also be used as the receiver in radio frequency energy-harvesting (RF-EH) systems by optimizing the planar PCB coil to convert radio-wave energy into electricity, and it can be employed as an excitation (transmitter) or receiver coil in nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. This PCB coil can replace the conventional coil, yielding a reduced occupied volume, a fine-tuned design, reduced weight, and increased efficiency. Based on the calculated gain, power, and electromagnetic and electric field results, this planar PCB coil can be implemented in WPT, NMR spectroscopy, and RF-EH devices with minor changes. In applications such as NMR spectroscopy, it can be used as a transceiver planar PCB coil. In this design, at frequencies of 915 MHz and 40 MHz with 5 mm between coils, we received powers of 287.3 μW and 480 μW, respectively, which are suitable for an NMR coil or RF-EH system.
In this paper, an energy harvester is developed that has advantages regarding piezoelectric noise minimization, mass production, and an easily available environmental energy source, electromagnetic induction, as well as low-frequency bandwidth and high amplitude. A process for fabricating a three-dimensional multilayered planar coil using micro-electro-mechanical systems (MEMS) on a flexible printed circuit board FPCB is introduced. Optimal shape and size were calculated via internal resistance and inductance, and a prototype was fabricated through the MEMS procedure while considering the possibility of mass production. Although the internal resistance matched the designed value, the electromotive force generated did not reach the intended amount. The main reason for the decrease in efficiency was the low area of coil outskirt exposed to the magnetic field while there was relative motion between the magnet and the coil.
To detect the surface and the opposite side cracks on iron specimen under AC and DC magnetic fields, the planar inductive coil sensors were employed. When the induced signals were measured, the planar inductive coil sensor and the magnetic field source were lifted off about 2 mm from the top surface of the specimen. AC magnetic fields and DC magnetic fields were applied to the specimens by single straight Cu coil and NdFeB permanent magnet, respectively. The detected signals at crack positions were good coincidence with those of the simulation results.
Most open magnetic resonance imaging systems have used the planar gradient coils whose inductances were minimized through the magnetic energy minimization procedure in the spatial frequency domain. Though the planar gradient coils have smaller inductance than conventional gradient coils, the planar gradient coils often suffer from their poor magnetic field linearity. Scaling the spatial frequencies of the current density function designed by the magnetic energy minimization, magnetic field linearity of the planar gradient coils can be greatly improved with small sacrifice of gradient coil inductance. We have found that the figure of merit of the planar gradient coils, defined by the gradient strength divided by the linearity error and the inductance, can be improved by proposed technique.
Proteins in highly oriented lipid bilayer samples are useful to study membrane protein structure determination. Planar lipid bilayers aligned and supported on glass slide were prepared. These stack of glass slide with planar lipid bilayers are not well fit for commercial solid-state NMR probe with round coil. Therefore, homebuilt solid-state NMR probe was built and used for a stack of thin glass plates and RF coil is wrapping directly around the flat square sample. The overall filling factor of the coil is much better and the large surface area enhances the extent to orientation by providing uniform environments for the phospholipids and the high ratio of circumference to area reduces edge effects. $^1H\;and\;^{15}N$ double resonance probe for 400 MHz NMR (9.4T) with a flat coil (coil size: 11 mm ${\times}$ 20 mm ${\times}$ 4 mm) is constructed and tested.
Membrane proteins in highly oriented lipid bilayer samples are useful for membrane protein structure determination. We used in the past planar lipid bilayers which were aligned and supported on the glass slide. These samples were mechanically aligned in a magnetic field. However, these stacks of glass slides with planar lipid bilayers are not well suited for use with a commercial solid-state NMR probe with a round coil. Therefore, a homebuilt solid-state NMR probe was built and used with a stack of thin glass plates wherein the RF coil was wrapped directly around the flat square sample. Recently, we began to use magnetically aligned bicelles that are suitable for the structure determination of membrane proteins by solid-state NMR spectroscopy without any effort to build a flat square coil probe. These bicelle samples are well suited for use with a commercial solidstate NMR probe with a round coil, are very easy to prepare and are very stable, so that they can be kept for more than a year. In this paper, we present the solid-state NMR spectra of optimized and magnetically oriented bicelle samples of membrane proteins.
본 논문에서는 금속 표면에 부착하여도 인덕턴스의 변화가 거의 발생하지 않는 RFID용 평면 코일의 구조를 새로이 소개한다. 코일의 후면에 도체판을 부착할 때 발생하는 인덕턴스 감소 비율을 고려하여 그 비율의 역수 배에 해당하는 인덕턴스를 갖도록 코일을 설계하고 코일의 기판 후면에 동박 영역을 배치한다. 이러한 코일 구조는 매우 간단하며, 금속 표면에서 발생하는 인덕턴스 감소 현상을 방지하므로 금속 표면을 가지는 물체를 관리하기 위한 RFID 시스템을 구축하는 데에 매우 효과적이다.
A relatively high operating frequency is required for efficient wireless power transfer (WPT). However, the alternating current (AC) resistance of coils increases sharply with operating frequency, which possibly degrades overall efficiency. Hence, the evaluation of coil AC resistance is critical in selecting operating frequency to achieve good efficiency. For a Litz wire coil, AC resistance is attributed to the magnetic field, which leads to the skin effect, the proximity effect, and the corresponding conductive resistance and inductive resistance in the coil. A numerical calculation method based on the Biot-Savart law is proposed to calculate magnetic field strength over strands in Litz wire planar spiral coils to evaluate their AC resistance. An optimized frequency can be found to achieve the maximum efficiency of a WPT system based on the predicted resistance. Sample coils are manufactured to verify the resistance analysis method. A prototype WPT system is set up to conduct the experiments. The experiments show that the proposed method can accurately predict the AC resistance of Litz wire planar spiral coils and the optimized operating frequency for maximum efficiency.
본 논문에서는 의복용 무선전력전송 시스템을 구축을 위한 평면형 직물공진기를 제안하고, 공진기에 사용된 의복용 직물기판의 재질별 특성을 분석하였다. 평면형 직물공진기는 공진주파수가 1-10 MHz가 되도록 직물기판 위에 전도성 물질로 루프 및 코일을 평면 설계하였다. 의복용으로 많이 사용되고 있는 폴리에스테르 섬유와 면을 직물기판으로 사용하였으며, 평면 루프와 코일은 동테이프(copper tape)와 실버페이스트(silver paste)로 설계하였다. 자기공진형 무선전력전송 시스템에 적용된 직물의 재질별 특성을 분석하기 위해 송신부와 수신부를 대칭으로 설계하였다. 실험 결과, 낮은 유전상수 및 비교적 두꺼운 두께를 가진 직물기판과 표면저항이 작은 도체성 재질의 패턴(루프 및 코일)으로 제작되었을 때, 의복용 무선전력전송 시스템이 높은 전송효율을 보였다. 본 연구를 통해 제안된 평면형 직물 공진기는 무선전력전송 기술의 영역을 의복용으로 넓힐 수 있는 가능성을 보여주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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