Ítem
Acceso Abierto
Physical-layer security and efficiency in wireless power transfer: a simulation-based comparative study of self-resonant coil geometries
Título de la revista
Autores
Montoya Quintero, Julieta
Fecha
2026-06-19
Directores
Wang, Qingsong
Guerrero Vargas, José Alejandro
ISSN de la revista
Título del volumen
Editor
Universidad del Rosario
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Resumen
La transferencia inalámbrica de potencia, conocida como Wireless Power Transfer (WPT), permite transmitir energía eléctrica sin contacto físico directo entre una fuente transmisora y una carga receptora. En los sistemas inductivos resonantes, esta transferencia se produce principalmente mediante acoplamiento magnético entre bobinas que operan en condiciones de resonancia similares. Por esta razón, el desempeño del sistema depende de variables electromagnéticas como la inductancia, la resistencia, el coeficiente de acoplamiento, la frecuencia de resonancia y el factor de calidad. Dentro de este contexto, las bobinas auto-resonantes representan una alternativa relevante, ya que su propia geometría contribuye a definir tanto el comportamiento inductivo como los efectos capacitivos distribuidos del sistema. En consecuencia, la forma de la bobina no solo influye en la eficiencia de transferencia de potencia, sino también en la distribución espacial del campo magnético, la sensibilidad ante desalineamientos, la fuga de campo y la interacción con receptores no deseados. Por ello, el estudio comparativo de diferentes geometrías de bobinas, como circular, octagonal y figura-8, permite evaluar la interrelación existentes entre eficiencia, robustez y seguridad electromagnética. Para abordar este problema, las simulaciones electromagnéticas constituyen una herramienta fundamental, ya que permiten modelar el comportamiento de los campos, extraer variables eléctricas y generar conjuntos de datos bajo condiciones controladas. Estos datos pueden ser procesados mediante métodos estadísticos y numéricos, como regresión, análisis de varianza, interpolación, integración numérica y análisis multiobjetivo, con el fin de obtener indicadores comparables y cuantificar el balance entre desempeño energético y seguridad en capa física.
Abstract
Wireless Power Transfer (WPT) enables the transmission of electrical energy without direct physical contact between a power source and a receiving load. In resonant inductive systems, energy transfer mainly occurs through magnetic coupling between coils operating under similar resonant conditions. Therefore, system performance depends on electromagnetic parameters such as inductance, resistance, coupling coefficient, resonant frequency, and quality factor. In this context, self-resonant coils are relevant because their geometry contributes to both the inductive behavior and the distributed capacitive effects of the system. As a result, coil shape affects not only power transfer efficiency but also magnetic field distribution, sensitivity to receiver misalignment, field leakage, and interaction with unintended receivers. For this reason, the comparative study of different coil geometries, such as circular, octagonal, and figure-8 configurations, makes it possible to evaluate the trade-offs between efficiency, robustness, and electromagnetic security. Electromagnetic simulation is a fundamental tool for this type of analysis because it allows the behavior of magnetic fields to be modeled, electrical variables to be extracted, and structured datasets to be generated under controlled conditions. These datasets can then be processed using statistical and numerical methods, including regression, analysis of variance, interpolation, numerical integration, and multi-objective analysis, in order to obtain comparable indicators and quantify the balance between energy performance and physical-layer security.
Palabras clave
Transferencia de energia inhalambrica , Seguridad en la capa fisica , Acoplamiento magnético , Bobinas auto-resonantes , Figura-8 , Fuga de campo magnético , Simulación electromagnética , Análisis multiobjetivo
Keywords
Wireless power transfer WPT , Resonant inductive coupling , Figure-8 coil , Physical-layer security , Magnetic field leakage , Multi-objective analysis , Self-resonant coils
