Antenna implants are used to establish a telemetry link to enable wireless data transfer, suitable for telemedicine and other medical applications. Inbody environments with water-based tissues lead to severe power absorption, making signal strength and radiation efficiency challenging yet central performance aspects of antenna implants. Fundamental performance limits exist regarding radiation efficiency; however, these limits consider theoretically ideal Hertzian dipoles. A semi-analytical model is used to evaluate the feasibility of previously determined fundamental bounds and the optimal dipole solution, both with respect to physical necessities of finite material conductivity and antenna size. This study uses a spherical model to represent a simplified in-body environment with various phantom compositions. Furthermore, the study focuses on implants operating within the Medical Implant Communication System (MICS) frequency band, but models and methods are not restricted to the considered frequency. The work contributes to the field of implantable antennas in several aspects; evaluating the feasibility of fundamental bounds, establishing more realistic performance limits, and determining the optimal dipole solution with respect to radiation efficiency. Other findings are presented in related areas, particularly concerning conductor loss and evaluation of the impedance for antennas inside a high-loss phantom. Moreover, the work presents a suggested method to measure electrically small magnetic dipole antennas. Methods and models are documented in a substantial theoretical derivation, and findings are verified using independent methods. Neglecting necessary antenna aspects like finite size and conductivity can lead to faulty conclusions on implant performance. Providing a more realistic performance target helps predict the performance of realistic antenna designs. Ultimately, increased knowledge of implanted antennas simplifies the design process to achieve high-performance implants. / Antennimplant används för att etablera en telemetrilänk som möjliggör trådlös dataöverföring, exempelvis användbart inom telemedicin och andra medicinska tillämpningar. Vattenbaserade kroppsmiljöer resulterar i kraftig absorption, vilket implicerar att signalstyrka samt strålningseffektivit blir utmanande men även centrala prestanda egenskaper för antennimplnatat. Det existerar fundamentala prestandabegränsningar för strålningseffektivitet, men dessa gränser är etablerade med hänsyn till teoretiskt ideala elementära dipoler. En semi-analytisk modell används för att utvärdera rimligheten av tidigare begränsningar samt den optimala dipolen, bägge med hänsyn till nödvändiga aspekter som ändlig konduktivitet och antennstorlek. Denna studie använder en sfärisk modell för att representera en simplifierad kroppslig miljö med olika vävnadskompositioner. Studien fokuserar på antennimplantat inom frekvensbandet dedikerat för Medical Implant Communication System (MICS) enheter, men modeller och metoder är typiskt inte begränsade inom omnämnt band. Arbetet bidrar till området för implanterbara antenner i flera aspekter; att utvärdera rimligheten av fundamentala gränser, fastställa mer realistiska prestandagränser samt bestämma den optimala dipolen med avseende på strålningseffektivitet. Andra resultat presenteras inom relaterade aspekter som metallförlust och utvärdering av en antenns last eller ingångs impedans inuti sfäriska och kroppsliga miljöer. Dessutom presenteras en metod för att mäta elektriskt små magnetiska dipoler. Metoder och modeller är dokumenterade eller demonstrerade via härledning, och centrala resultat har verifieras med oberoende metoder. Att förbise nödvändiga aspekter som ändlig storlek och konduktivitet kan leda till felaktiga slutsatser gällande prestanda. Däremot, att fastställa en mer realistisk gräns bidrar till att förutsäga prestandan i realistiska tillämpningar. I slutändan så resulterar ökad kunskap i en simplifierad designprocess som underlättar i strävan till att uppnå högpresterande antennimplantat.

This thesis deals with wireless power transfer from an external source to embedded small devices (such as for conditioning monitoring, control etc.) located at different distances from the source. The proposed designs can be used in a variety of applications, including mobile phones, electric cars, unmanned aerial vehicles, robots, etc. where it could be very convenient to transmit power without wires/cables. The wireless charging method which avoids using conventional cables and wires for energizing or charging electrical devices has been one of the fastest developed recent technologies. The inductive coupling technique is one way to transfer power wirelessly and works fairly well over very short distances. For distances greater than the radius of the emitter, however, inductive coupling rapidly declines. An improved approach is to create inductive-capacitive resonance which improves efficiency and transfer distance, which was proposed by Tesla. Other methods using more than two coils have lately been proposed, which improve transfer characteristics even further. Several designs were proposed consisting of two, three and four coil combinations, with different shapes and sizes. A ferrite cored solenoid was also chosen as emitter in some setups over air cored solenoid, for better field enhancement in longitudinal energy transfer applications. To have low resistive high energy transfer, coil-capacitor designs were proposed. Several simulations were performed using COMSOL Multiphysics software to understand the magnetic field distribution and transfer to the adjacent coils in air medium. Based on this power transfer efficiency graphs were plotted for every proposed design. For validation, few simulations were contrasted with lab experiments. The focus was to develop and contribute to the improvement of existing techniques. For this, it is sometimes enough to transfer a small amount of power (e.g., 0.5 W) at different distances and frequencies with different set ups. The results obtained from the simulation and measurements were used to evaluate the impact of frequency and transfer distance on energy transfer in wireless power transfer techinque for proposed design. The analysis was used to suggest the improvements or part of future work in the designs such as use of Litz wire and ferrite concentrators with thin conductive laminates. / Detta examensarbete behandlar trådlös kraftöverföring från en extern källa till inbyggda små enheter (såsom för tillståndsövervakning, kontroll etc.) placerade på olika avstånd från källan. De föreslagna designerna kan användas i en mängd olika applikationer, inklusive mobiltelefoner, elbilar, obemannade flygfordon, robotar, etc. där det kan vara mycket bekvämt att överföra ström utan ledningar/kablar. Den trådlösa laddningsmetoden som undviker att använda konventionella kablar och ledningar för att strömsätta eller ladda elektriska apparater har varit en av de snabbast utvecklade nya teknologierna. Den induktiva kopplingstekniken är ett sätt att överföra ström trådlöst och fungerar ganska bra över mycket korta avstånd. För avstånd större än sändarens radie avtar emellertid den induktiva kopplingen snabbt. Ett förbättrat tillvägagångssätt är att skapa induktiv-kapacitiv resonans som förbättrar effektiviteten och överföringsavståndet, vilket föreslogs av Tesla. Andra metoder som använder mer än två spolar har nyligen föreslagits, vilka förbättrar överföringsegenskaperna ytterligare. Flera konstruktioner föreslogs bestående av två, tre och fyra spolar kombinationer, med olika former och storlekar. En solenoid med ferritkärna valdes också som sändare i vissa inställningar framför solenoid med luftkärna, för bättre fältförstärkning i longitudinella energiöverföringstillämpningar. För att ha låg resistiv hög energiöverföring föreslogs spolkondensatorkonstruktioner. Flera simuleringar utfördes med COMSOL Multiphysics programvara för att förstå magnetfältets distribution och överföring till intilliggande spolar i luftmedium. Baserat på detta ritades grafer för effektöverföringseffektivitet för varje föreslagen design. För validering kontrasterades få simuleringar med labbexperiment. Fokus var att utveckla och bidra till förbättringen av befintliga tekniker. För detta räcker det ibland att överföra en liten mängd effekt (t.ex. 0,5 W) på olika avstånd och frekvenser med olika uppsättningar. Resultaten från simuleringarna och mätningarna användes för att utvärdera effekten av frekvens och överföringsavstånd på energiöverföring i trådlös kraftöverföringsteknik för föreslagen design. Analysen användes för att föreslå förbättringar eller delar av framtida arbete i designen, såsom användning av Litz-tråd och ferritkoncentratorer med tunna ledande laminat.