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Dissertations / Theses on the topic 'Rectenna'
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Efthymakis, Panagiotis. "A RECTENNA FOR 5G ENERGY HARVESTING." VCU Scholars Compass, 2018. https://scholarscompass.vcu.edu/etd/5485.
Full textAbstract:
This thesis describes the design of a rectenna that is capable of operating in 5G. 5G’s availability will create the opportunity to harvest energy everywhere in the network’s coverage. This thesis investigates a Rectenna device with a new proposed topology in order to eliminate coupling between input and output lines and increase the rectification efficiency. Moreover, it is designed to charge a rechargeable battery of 3V, 1mA, with a 4.8mm diameter. The current design describes using one antenna for energy harvesting; this could be expanded to use an antenna array, which would increase the input power. This would lead to higher output currents, leading to the ability to efficiently charge a wide variety of batteries. Because of its small size, the rectenna could be used for the remote charging of an implantable sensor battery or for other applications where miniaturization is a design consideration.
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Teru, Agboola Awolola. "Efficient rectenna circuits for microwave wireless power transmission." Thesis, University of Fort Hare, 2010. http://hdl.handle.net/10353/481.
Full textAbstract:
Miniaturisation has been the holy grail of mobile technology. The ability to move around with our gadgets, especially the ones for communication and entertainment, has been what semiconductor scientists have battled over the past decades. Miniaturisation brings about reduced consumption in power and ease of mobility. However, the main impediment to untethered mobility of our gadgets has been the lack of unlimited power supply. The battery had filled this gap for some time, but due to the increased functionalities of these mobile gadgets, increasing the battery capacity would increase the weight of the device considerably that it would eventually become too heavy to carry around. Moreover, the fact that these batteries need to be recharged means we are still not completely free of power cords. The advent of low powered micro-controllers and sensors has created a huge industry for more powerful devices that consume a lot less power. These devices have encouraged hardware designers to reduce the power consumption of the gadgets. This has encouraged the idea of wireless power transmission on another level. With lots of radio frequency energy all around us, from our cordless phones to the numerous mobile cell sites there has not been a better time to delve more into research on WPT. This study looks at the feasibilities of WPT in small device applications where very low power is consumed to carry out some important functionality. The work done here compared two rectifying circuits’ efficiencies and ways to improve on the overall efficiencies. The results obtained show that the full wave rectifier would be the better option when designing a WPT system as more power can be drawn from the rectenna. The load also had a great role as this determined the amount of power drawn from the circuitry.
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Sarehraz, Mohammad. "Novel rectenna for collection of infrared and visible radiation." [Tampa, Fla.] : University of South Florida, 2005. http://purl.fcla.edu/fcla/etd/SFE0001124.
Full text
4
Tan, Lee Meng Mark. "Efficient rectenna design for wireless power transmission for MAV Applications." Thesis, Monterey, Calif. : Springfield, Va. : Naval Postgraduate School ; Available from National Technical Information Service, 2005. http://library.nps.navy.mil/uhtbin/hyperion/05Dec%5FTan%5FMark.pdf.
Full textAbstract:
Thesis (M.S. in Combat Systems and Technologies)--Naval Postgraduate School, December 2005.Thesis Advisor(s): David C Jenn, Richard Harkins. Includes bibliographical references (p.119-122). Also available online.
5
Adami, Salah-Eddine. "Optimisation de la récupération d'énergie dans les applications de rectenna." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00967525.
Full textAbstract:
Les progrès réalisés durant ces dernières années dans le domaine de la microélectronique et notamment vis-à-vis de l'augmentation exponentielle de la densité d'intégration des composants et des systèmes a participé activement à l'apparition et au développement de systèmes portables communicants de plus en plus performants et polyvalents. La R&D dans les technologies de stockage d'énergie n'a pas suivi cette tendance d'évolution très rapide ; ce qui constitue un handicap majeur dans les évolutions futures des systèmes portables. La transmission d'énergie sans fils sur des distances considérables (plusieurs dizaines de mètres) grâce aux microondes constitue une solution très prometteuse pour pallier aux problèmes d'autonomie dans le cas des systèmes sans fils communicants. De plus, du fait de l'omniprésence des ondes électromagnétiques dans notre environnement avec des niveaux plus ou moins importants, la récupération et l'exploitation de cette énergie libre est également possible. La rectenna (Rectifying Antenna) est le dispositif permettant de capter et de convertir une onde électromagnétique en une tension continue. Plusieurs travaux de thèse axés sur l'étude et l'optimisation de la rectenna ont été réalisés au sein du laboratoire. Ces travaux avaient montré que pour des faibles niveaux de champs les tensions délivrées par la rectenna sont généralement très faibles et inexploitables. Aussi, comme la majorité des micro-sources d'énergie et à cause de son impédance interne, les performances de la rectenna dépendent fortement de sa charge de sortie. Ainsi, le développement d'un système d'interfaçage de la rectenna est nécessaire afin de pallier ces manquements inhérents du convertisseur RF/DC. Ce genre de système d'interfaçage est généralement absent dans la littérature à cause des faibles niveaux de puissance exploités. Par conséquent, la rectenna est très souvent utilisée tel quelle ; ce qui limite fortement le champ applicatif. Dans ce projet de recherche, un système de gestion énergétique de la rectenna complètement autonome a été conçu, développé et optimisé afin de garantir les performances optimales de la rectenna quelques soient les fluctuations de la puissance d'entrée et celles de la charge de sortie. Le circuit d'interfaçage permet également de fournir à la charge des niveaux de tension utilisables. Le système réalisé est basé tout d'abord sur l'utilisation d'un convertisseur DC/DC résonant pouvant fonctionner d'une manière complètement autonome à partir de niveaux très bas de la tension et de la puissance de la source. Ce convertisseur permet donc de garantir l'autonomie du système en éliminant la nécessité d'une source d'énergie auxiliaire. A cause de ses faibles performances énergétiques, ce convertisseur ne sera utilisé que durant la phase de démarrage. L'efficacité du système en termes de rendement énergétique et d'adaptation d'impédance est garantie grâce à l'utilisation d'un convertisseur Flyback fonctionnant dans son régime de conduction discontinu. Ainsi, une adaptation d'impédance très efficace est réalisée entre la rectenna et la charge de sortie. Ce convertisseur principal fonctionnera durant le régime permanent. Les deux convertisseurs ont été optimisés pour des niveaux de tension et de puissance aussi bas que quelques centaines de mV et quelques μW respectivement. Des mesures expérimentales réalisées sur plusieurs prototypes ont démontré le bon fonctionnement et les excellentes performances prédites par la procédure de conception ; ce qui nous permet de valider notre approche. De plus, les performances obtenues se distinguent parfaitement vis-à-vis de l'état de l'art. Enfin, en fonction de l'application désirée, plusieurs synoptiques d'association des deux structures sont proposés. Ceci inclut également la gestion énergétique de la charge de sortie.
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Etor, David. "Optimising the structure of metal-insulator-metal diodes for rectenna applications." Thesis, Durham University, 2016. http://etheses.dur.ac.uk/11903/.
Full textAbstract:
The work in this thesis investigates the design and fabrication of metal-insulator-metal (MIM) diodes using an ultrathin organic insulator. The organic insulating layer was found to be compact, highly conformal, and uniform, effectively overcoming the main design challenge in MIM diodes. The fabricated diodes have strong nonlinear current-voltage characteristics with a zero-bias curvature coefficient and a voltage responsivity among the best values reported in the available literature. The fabrication process is simple and carried out at low temperature, which is cost effective, and can potentially be ported to large-area roll-to-roll manufacturing. An encapsulation method to prevent MIM junctions’ degradation has also been developed. Following the successful production of these MIM devices on a rigid substrate, with the fabrication only requiring low-temperature processing, the diodes were successfully fabricated on a flexible substrate with results similar to those fabricated on a rigid substrate. The flexible substrate diodes show no significant degradation in performance when stressed in a one-off bending experiment, although extreme mechanical stress testing does produce some loss in quality. Also, an elegant method for matching the impedance of an antenna to that of a MIM diode was successfully developed, for optimal external conversion efficiency where the diodes are used in a rectenna device. The responsivity of the impedance-matched rectenna is approaching an order of magnitude higher than that of a control device without a matching network. The fabrication, electrical characterisation and physical analysis of both the MIM diodes and rectennas are discussed in detail in this thesis.
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Liu, Chun-Yi. "An improved rectenna for wireless power transmission for unmanned air vehicles." Thesis, Monterey, California. Naval Postgraduate School, 2011. http://hdl.handle.net/10945/5561.
Full textAbstract:
Approved for public release; distribution is unlimited.This thesis continues an NPS project related to wireless power transmission for micro air vehicles (MAVs). The conversion of radio-frequency (rf) power into usable direct-current (dc) power is performed by a rectifying antenna, or rectenna. The emphasis of this thesis is the simulation and experimental study of various rectenna designs to determine which best provides high efficiency, stable output power, and lightweight design. The analysis of rectenna design focuses on four subsystems: (1) the receiving antenna, (2) the matching sections, (3) the rectification, and (4) the post-rectification filter. Based on the findings of this research, the ultimate rectenna design implements a half-wave dipole antenna that performs full-wave rectification with two diodes. The post-rectification filter is implemented by a capacitor to obtain stable dc power. The final design achieved an efficiency of nearly 66% for input power in the range of 200 mW.
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La, Rosa Henrry. "Investigation of a Rectenna element for infrared and millimeter wave application." [Tampa, Fla.] : University of South Florida, 2007. http://purl.fcla.edu/usf/dc/et/SFE0002221.
Full text
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Harouni, Zied. "Conception et caractérisation d'une Rectenna à double polarisation circulaire à 2.45 GHz." Phd thesis, Université Paris-Est, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00682898.
Full textAbstract:
Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans la thématique de la transmission d'énergie sans fil, appliquée à l'alimentation à distance de capteurs, de réseaux de capteurs et d'actionneurs à faible consommation. Cette étude porte sur la conception, la caractérisation, et la mesure d'un circuit Rectenna (Rectifying antenna) à double polarisation circulaire à 2.45 GHz, compact et à rendement de conversion RF-DC optimisé. Un outil d'analyse globale basé sur la méthode itérative a été développé et exploité pour valider la faisabilité de cette analyse. La diode Schottky a été modélisée en utilisant une impédance de surface. La rectenna à double polarisation circulaire, réalisée en technologie micro-ruban, a été validée expérimentalement. Elle est caractérisée par la rejection de la 2ème harmonique et une possibilité de recevoir les deux sens de polarisation LHCP et RHCP par l'intermédiaire de 2 accès. Le rendement mesuré avec une densité de puissance de 0.525 mW/cm² est de l'ordre de 63%, tandis que la tension DC obtenue aux bornes d'une charge optimale de 1.6 kohm est de 2.82 V
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Dao, Justin. "Development of a Physical and Electronic Model for RuO2 Nanorod Rectenna Devices." ScholarWorks @ UVM, 2016. http://scholarworks.uvm.edu/graddis/543.
Full textAbstract:
Ruthenium oxide (RuO2) nanorods are an emergent technology in nanostructure devices. As the physical size of electronics approaches a critical lower limit, alternative solutions to further device miniaturization are currently under investigation. Thin-film nanorod growth is an interesting technology, being investigated for use in wireless communications, sensor systems, and alternative energy applications.
In this investigation, self-assembled RuO2 nanorods are grown on a variety of substrates via a high density plasma, reactive sputtering process. Nanorods have been found to grow on substrates that form native oxide layers when exposed to air, namely silicon, aluminum, and titanium. Samples were analyzed with Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM) techniques. Conductive Atomic Force Microscopy (C-AFM) measurements were performed on single nanorods to characterize structure and electrical conductivity. The C-AFM probe tip is placed on a single nanorod and I-V characteristics are measured, potentially exhibiting rectifying capabilities. An analysis of these results using fundamental semiconductor physics principles is presented. Experimental data for silicon substrates was most closely approximated by the Simmons model for direct electron tunneling, whereas that of aluminum substrates was well approximated by Fowler-Nordheim tunneling. The native oxide of titanium is regarded as a semiconductor rather than an insulator and its ability to function as a rectifier is not strong. An electronic model for these nanorods is described herein.
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Harouni, Zied. "Conception et caractérisation d’une Rectenna à double polarisation circulaire à 2.45 GHz." Thesis, Paris Est, 2011. http://www.theses.fr/2011PEST1026/document.
Full textAbstract:
Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans la thématique de la transmission d'énergie sans fil, appliquée à l'alimentation à distance de capteurs, de réseaux de capteurs et d'actionneurs à faible consommation. Cette étude porte sur la conception, la caractérisation, et la mesure d'un circuit Rectenna (Rectifying antenna) à double polarisation circulaire à 2.45 GHz, compact et à rendement de conversion RF-DC optimisé. Un outil d'analyse globale basé sur la méthode itérative a été développé et exploité pour valider la faisabilité de cette analyse. La diode Schottky a été modélisée en utilisant une impédance de surface. La rectenna à double polarisation circulaire, réalisée en technologie micro-ruban, a été validée expérimentalement. Elle est caractérisée par la rejection de la 2ème harmonique et une possibilité de recevoir les deux sens de polarisation LHCP et RHCP par l'intermédiaire de 2 accès. Le rendement mesuré avec une densité de puissance de 0.525 mW/cm² est de l'ordre de 63%, tandis que la tension DC obtenue aux bornes d'une charge optimale de 1.6 kohm est de 2.82 VThe work presented in this thesis is within the subject of wireless power transmission, power applied to the remote sensors, networks of sensors and actuators with low power consumption. This study focuses on the design, characterization, and measurement of a rectenna circuit (rectifying antenna) with dual circular polarization at 2.45 GHz, and optimisation of the conversion efficiency. A global analysis tool, based on the iterative method was developed and used to validate the feasibility of this concept by this method. The Schottky diode was modeled using surface impedance. The dual circular polarization rectenna with microstrip technology has been optimized and characterized experimentally operating at 2.45 GHz. It includes the property of harmonic rejections. Two accesses can receive either direction LHCP or RHCP sense. The conversion efficiency of 63% has been measured with a power density of 0.525 mW/cm². A DC voltage of 2.82V was measured across an optimum load of 1.6 kohm
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Makarov, Vitalii. "Rektifikační anténa." Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2015. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-220885.
Full textAbstract:
This Master´s thesis describes different methods of wireless transmitting of energy: electromagnetic induction, electrostatic induction, laser radiation, transfer of energy by microwaves. This thesis is focused on wireless transfer of energy by microwaves. The paper describes the individual parts of the rectenna. Comparison of different types of antennas for use in the rectenna was made. In this thesis is described set of requirements for design of rectenna. Was made design of the rectenna and its simulation.
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Kharrat, Ines. "Modélisation et réalisation d’un système de récupération d’énergie imprimé : caractérisation hyperfréquence des matériaux papiers utilisés." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENT106/document.
Full textAbstract:
Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans la thématique de la récupération d'énergie hyperfréquence, appliquée à la réalisation d'un circuit électronique imprimé sur papier permettant l'alimentation d'afficheurs électrochrome, ceci dans le cadre de la lutte contre la fraude. Cette étude porte plus particulièrement sur la conception, l'optimisation et la réalisation de rectennas (rectifying antennas) imprimées sur support cellulosique et réalisées avec des méthodes d'impression industrielles.La caractérisation des matériaux diélectriques (support papier) et conducteurs a été développée. L'association de la technique des lignes de transmission et de la cavité résonante a permis la caractérisation d'un substrat souple et non cuivré sur une bande de 500 MHz à 3 GHz. Le papier présente des pertes diélectriques contraignantes pour la conception de circuits en hautes fréquences. Un choix judicieux du substrat et une conception optimisée du circuit ont permis de réaliser des circuits de conversion d'énergie sur papier à l'état de l'art international.Deux rectennas compactes ont été développée, en technologie micro-ruban, optimisées et imprimées avec la méthode flexographie utilisant une unique couche d'encre conductrice. Elle fonctionne à 2.45 GHz et elles ne contiennent pas de vias de retour à la masse ni de filtre côté HF, ni de filtre côté DC. La première a été imprimée sur papier carton ondulé. Les tensions de sortie aux bornes de l'afficheur atteignent les 0.5 V pour des niveaux de puissance à l'entrée de la rectenna de l'ordre de -10 dBm. La deuxième rectenna a été imprimée sur support plastique flexible ayant 100 µm d'épaisseur afin de réaliser des rectennas 3D. Une tension DC de 1 V a été mesurée aux bornes de l'afficheur lorsqu'on approche un Smartphone fonctionnant en mode Wi-Fi. Les rectennas réalisées sont adaptées à la fois pour le champ proche et lointainThe work presented in this thesis is part of microwave energy harvesting theme, applied to supply electrochromic displays for anti-counterfeiting applications. This study focuses on the design, optimization and implementation of rectennas (rectifying antennas) printed on cellulosic substrates with industrial printing techniques.Characterization of dielectric materials (paper) and conductors has been developed. The combination between the transmission line technique and the resonant cavity allowed the characterization of a flexible and copper free substrate over a wideband (500 MHz to 3 GHz). Dielectric losses of paper are too high to perform HF circuits. A wise choice of the substrate and of the optimization technique for circuit design enables performant rectennas.Two compact rectennas were developed in microstrip technology at 2.45 GHz, optimized and printed with flexography method using a single layer of conductive ink. The rectennas do not contain vias or HF side filter or DC side filter. The first rectenna was printed on corrugated paper. The output DC voltage across the display reaches 0.5 V for a power level at the input of the rectenna of -10 dBm. The second rectenna is a 3D rectenna, printed on flexible 100 µm thick plastic substrate. A DC voltage of 1 V was measured across the display when getting near a Smartphone on Wi-Fi mode. The rectennas are suitable for both near field and far field
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Huang, Yong. "Development of a Rectenna Adapted to Ultra-wide Load Range for Microwave Power Transmission." 京都大学 (Kyoto University), 2015. http://hdl.handle.net/2433/199316.
Full text
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Krishnan, Subramanian. "Design, fabrication and characterization of thin-film M-I-M diodes for rectenna array." [Tampa, Fla.] : University of South Florida, 2004. http://purl.fcla.edu/fcla/etd/SFE0000451.
Full text
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Fougeroux, Tristan. "Conception et réalisation de rectenna en impression additive dédiée à l'optimisation énergétique d'objets connectés." Electronic Thesis or Diss., La Réunion, 2024. http://www.theses.fr/2024LARE0005.
Full textAbstract:
Les techniques de transfert et de récupération d'énergie par radiofréquence sont récemment devenues des méthodes alternatives pour alimenter les réseaux sans fil de prochaine génération. L'évolution mondiale vers la densification des points d'accès sans fil (AP) a fait allusion à la possibilité de collecter l'énergie RF ambiante inutilisée. Ces sources d'énergie inexploitées se développent de plus en plus en raison de la croissance rapide de l'activité des communications sans fil. La plupart de ces émissions sont omnidirectionnelles et permanentes dans le temps. La disponibilité de cette énergie rayonnante peut devenir intéressante pour certaines applications de faible consommation. La récupération de cette énergie peut représenter une alternative énergétique capable de remplacer, totalement ou en partie, la batterie de certains micro systèmes notamment dans le domaine des capteurs auto alimentés (WSN : Wireless Sensor Network) : c'est le concept de batterie virtuelle. Cette thèse se porte sur l'étude et l'optimisation d'un système de récupération d'énergie électromagnétique appelé « Rectenna » (RECTifying-anTENNA). L'objectif est de concevoir, optimiser, réaliser et caractériser expérimentalement des circuits rectenna innovants, compacts et performants grâce à la réalisation par impression 3D à base de filament conducteur. Cette technique permet une plus grande souplesse de conception avec la réalisation de forme géométrique complexe, permettant la modification de la propagation de l'onde dans un matériau, afin d'accroître les performances du circuit. Ce circuit doit permettre la collecte de l'énergie RF ambiante inutilisée, en particulier dans la bande industrielle, scientifique et médicale, afin d'alimenter à distance des appareils électroniques utiles, appelés plus communément l'Internet des objets à faible énergie (LEIoT)Wireless power transfer and harvesting energy techniques have recently become alternative methods of powering next-generation wireless networks. The global trend toward the densification of wireless access points has alluded to the possibility of collecting unused ambient RF energy. These untapped energy sources are increasingly being developed due to the rapid growth of wireless communications activity. Most of these emissions are omnidirectional and permanent over time. The availability of this radiant energy may become attractive for specific low-power applications. The harvesting of this energy may represent an energy alternative capable of replacing, totally or partially, the battery of specific microsystems, particularly in the field of self-powered sensors (WSN: Wireless Sensor Network): this is the virtual battery concept. This thesis studies and optimizes an electromagnetic energy harvesting system called "Rectenna" (RECTifying-anTENNA). The objective is to design, optimize, produce and experimentally characterize innovative and compact high-performance rectenna circuits using a new 3D printing technique based on a conductive filament. This technique allows greater design flexibility with the realization of complex geometrical forms, allowing the modification of wave propagation in a material to increase the circuit's performance. This circuit should allow the collection of unused ambient RF energy, particularly in the industrial, scientific and medical band, to remotely power helpful electronic devices, more commonly known as the Low Energy Internet of Things (LEIoT)
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Merabet, Boubekeur. "Contribution à l'étude de la transmission d'énergie à distance par µondes." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00675751.
Full textAbstract:
La transmission d'énergie sans fils (TESF) a été initiée dans les années soixante afin de répondre à des préoccupations énergétiques de tout premier ordre. Un demi-siècle plus tard, la question énergétique reste une préoccupation majeure qui ne se pose plus uniquement en termes de ressources mais également en termes d'autonomie et de portabilité. La TESF s'est adaptée à cette situation et est actuellement orientée vers le développement de structures capables de convertir des densités de puissance faibles afin d'améliorer l'autonomie des systèmes électroniques portables ou d'alimenter à distance des dispositifs électroniques inaccessibles ou nomades.Le travail proposé est subdivisé en trois parties : une première partie qui traite de la conversion de puissances faibles et qui présente un circuit rectenna (rectifying antenna) mono-diode fonctionnant sur une gamme de puissance allant de 1 mW à 10 mW. Une seconde partie, traitant de la conversion de puissances importantes, basée sur un convertisseur en pont de diodes capable de convertir des puissances allant jusqu'à 200 mW, et une dernière partie dédiée à l'élévation de la puissance transmise à la charge au travers d'associations de rectenna dont nous présentons plusieurs variantes.La comparaison technologique est à la base de ce travail. En effet, les développements récents des composants CMS permettent aujourd'hui de les utiliser pour la réalisation de circuits RF fonctionnant à des fréquences allant jusqu'à plusieurs gigahertz. Nous proposons dans cette thèse plusieurs circuits basés sur cette technologie que nous comparons à une technologie intégrée qui s'impose comme une alternative aux circuits micro-rubans. Ce travail a également été l'occasion d'introduire certains principes de l'électronique de puissance dans la conception de circuits RF.
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Rivière, Jérôme. "Conception et réalisation de rectenna en technologie guide d'onde coplanaire pour de faibles niveaux de puissance." Thesis, La Réunion, 2016. http://www.theses.fr/2016LARE0023/document.
Full textAbstract:
Le sujet de thèse abordé dans ce mémoire s'inscrit dans la thématique du LE²P sur l'autonomie énergétique des réseaux de capteurs. Ce travail est axé sur la partie réception et redressement du transfert de l'énergie sans fil pour l'apport d'énergie à des capteurs nomades. Ce procédé n'est pas nouveau et prend son origine dans les années 1950. Les connaissances dans l'appréhension de ce processus sont nombreuses pour certains guides d'onde tels que le microruban. Mais la nécessité de perçages dans ces structures de guide d'onde peut être contraignante et causer des disparités dans une chaîne de construction. Ceci a motivé les travaux présentés dans ce mémoire qui utilise une technologie de guide d'onde coplanaire (CPW) peu exploitée. Ainsi, la conception d'un tel dispositif passe par la maîtrise d'un point de vue conceptuel et expérimental de cette technologie. La démarche consiste à utiliser ce guide d'onde coplanaire en minimisant les effets négatifs que peut engendrer ce dernier, pour s'abroger du besoin de perçage et faciliter la réalisation des dispositifs de redressement en limitant le nombre d'interactions humainesThe thesis subject dealt in this report lies in the LE²P framework on the energy sustainability of wireless sensor network. This work is dedicated to the reception and rectifying part of wireless power transfer to give energy sustainability to nodes in a sensor network. This process is not new and originate from the years 1950. The behavior of this process is since well-known in several waveguide such technology as microstrip. But the need of drill in those waveguide circuit may be inconvenient and lead to discrepancy from one circuit to another. This was the motivational keystone to the work address in this report which uses coplanar waveguide (CPW) over microstrip. The conception of such devices goes through a good conceptual and experimental understanding of the waveguide technology. The approach in this document consists of using coplanar waveguide while minimizing its drawbacks, in order to avoid drilling in the substrate and ease the realization of the rectifying part by limiting the human interaction
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Jangid, Vikas. "Rectenna device on coupling of molecular diodes and plasmonic nano-antennas to convert light into electricity." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2022. http://www.theses.fr/2022AIXM0032.
Full textAbstract:
L'utilisation massive de combustibles fossiles provoque un changement climatique et un réchauffement de la planète à un rythme alarmant. Ce travail de thèse se concentre sur le développement d'un dispositif de cellule solaire de troisième génération qui exploite la nature ondulatoire de la lumière en dépassant la limite de Schockley-Queisser. Le dispositif est appelé rectenna (antenne redresseuse) et est composé d'un couplage de nano-antennes plasmoniques et de diodes moléculaires. Le principe de fonctionnement du dispositif est le suivant : absorption de la lumière incidente par des nanocubes d'argent servant d'antennes (en haut), canalisation du flux électronique de charges par des redresseurs moléculaires à base de ferrocène (entre les deux) et substrat d'or ultra-lisse (en bas) pour réaliser l'assemblage Ag-SAM-Au. Des nanocubes d'argent fonctionnalisés avec des molécules redresseuses à base de dithiol sont auto-assemblés sur un film d'or. Lorsqu'elle est éclairée, une telle architecture rectenna permet le couplage d'un mode cavité plasmonique fortement confiné entre les nano-cubes d'argent et le plan d'or. La structure électronique et supramoléculaire des molécules est étudiée de manière approfondie, de même que la synthèse de nanocubes d'argent monodispersés et la fabrication d'un substrat d'or ultra-lisse. L'auto-assemblage Ag-SAM-Au est optimisé avec des caractéristiques électriques et optiques pour l'application de la conversion de la lumière en électricitéMassive use of fossil fuel is causing climate change and global warming at an alarming rate. The development of alternative and renewable energy resources is an urgent need of the hour. This thesis work focuses on development of a third generation solar cell device which exploits the wave nature of light surpassing the Schockley-Queisser limit. The device is called rectenna (rectifying antenna) and composed of coupling of plasmonic nano-antennas and molecular diodes. The working principle of the device is as follows: absorbing incident light by silver nanocubes as antennas (on top), channeling the electronic flow of charges by ferrocene based molecular rectifiers (in between) and ultra-smooth gold substrate (at the bottom) to make Ag-SAM-Au assembly. Silver nano-cubes functionalized with dithiol rectifying molecules are self-assembled onto a gold film. When illuminated, such a rectenna architecture allows the coupling of a strongly confined plasmon cavity mode between silver nano-cubes and the gold plane. The plasmonic coupling results in an electromagnetic field intensity enhancement up to four orders of magnitude within the cavity, exactly where the rectifying molecules are localized. The electronic and supramolecular structure of the molecules is extensively studied along with synthesis of monodispersed silver nanocubes and fabrication of ultra-smooth gold substrate, the Ag-SAM-Au self-assembly is optimized with electrical and optical characteristics for the application of light to electricity conversion
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Reynaud, Clément. "Nanoantennes rectifiantes pour la conversion de lumière en électricité." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0225.
Full textAbstract:
Depuis les travaux d'Einstein et de De Broglie au début du XXème siècle, il est admis que la lumière peut être décrite à la fois comme une onde ou comme un ensemble de particules appelées photons. La production d'énergie solaire et la détection de la lumière reposent aujourd'hui sur l'effet photovoltaïque qui exploite la description corpusculaire. Pour explorer une autre voie de transformation de lumière en électricité, le concept d'antenne rectifiante exploite cette fois la nature ondulatoire de la lumière. En tant qu'onde électromagnétique, la lumière peut être absorbée par une antenne à l'instar d'une onde radio. Les premiers arguments théoriques sur ce principe remontent à la fin des années soixante, mais ce n'est que depuis une dizaine d'années que les tentatives de réalisation expérimentale d'antennes rectifiantes pour les fréquences du visible et du proche infrarouge voient le jour grâce aux progrès des méthodes de nanofabrication. L'objet de cette thèse est de proposer une conception innovante de nano-antennes rectifiantes qui réponde aux deux verrous technologiques principaux que sont la fabrication d'antennes à l'échelle nanométrique et la rectification du courant alternatif térahertz qui s'y établit lorsque la lumière y est absorbéeSince Einstein's and De Broglie's works in the early XXth century, the double nature of light being a set of particles as well as a wave is admitted in the scientific community. Today, both solar energy production and light detection are based on the photovoltaic effect which relies on the corpuscular description of light. To investigate a new way to produce electricity out of light, the concept of rectifying antenna is derived from the wave description. As an electromagnetic wave, light can be haversted by an antenna just like a radiowave. Although the first theoretical descriptions of this phenomena go back to the late sixties, it has just been a decade since a few experimental demonstrations of rectifying antennas designed for visible and infrared light have been published. This is explained by the recent progresses of the nanofabrication processes. This thesis aim to propose an innovative design of rectifiying nanoantennas able to address the two main challenges which are: the fabrication of reproducible nanoantennas at the nanoscale; and the rectification of the alternative current which arises when light is absorbed in the nanoantennas
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Franciscatto, Bruno. "Conception et réalisation d'un nouveau transpondeur DSRC à faible consommation." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENT037/document.
Full textAbstract:
Afin d'augmenter l'efficacité et la sécurité du trafic routier, de nouveaux concepts et technologies ont été développés depuis 1992 en Europe pour les applications RTTT (Road Traffic & Transport Telematics). Ces applications utilisent les équipements DSRC qui supportent les transmissions à courte distance à 5.8GHz. Vues la fiabilité et le succès de cette technologie, l'utilisation de ces équipements est ensuite étendue aux ETC (Electronic Toll Collection) ou Télépéage et aussi dans une multitude d'autres domaines d'application comme la gestion des flottes, le transport public et la gestion des parkings. Le système DSRC se compose d'un émetteur/récepteur (lecteur) et des transpondeurs (badges). En toute logique, l'approche industrielle oriente les développements vers la technologie de transpondeur semi passif qui, pour réémettre un signal utilise le signal transmis par l'émetteur–récepteur, effectue une modulation de phase d'une sous porteuse fréquentielle encodant ainsi les données à transmettre. Cette conception évite l'utilisation des oscillateurs locaux, comme dans les transpondeurs actifs, pour générer l'onde Radio Fréquence (RF). Ceci permet de produire des transpondeurs relativement à faible coût et de petite taille. Cependant ce concept nécessite quand même une batterie au Lithium pour assurer le fonctionnement du transpondeur pour une durée de 4 à 6 ans et ce malgré les progrès des technologies de circuits intégrés à faible consommation. Au fur et à mesure de l'expansion de ces équipements, il s'avère qu'avec les années la quantité des batteries au lithium à détruire deviendrait un problème crucial pour l'environnement. Aujourd'hui, la conception d'un transpondeur DSRC complètement autonome n'est pas faisable, car la quantité d'énergie nécessaire s'avère encore élevée (mode actif 8 mA/3.6 V). Néanmoins, la réduction de la consommation électrique du transpondeur, permet au moins doubler la durée de vie de la batterie et pourrait être un bon point de départ pour améliorer la protection de l'environnement.Dans cette thèse, nous proposons un nouveau transpondeur DSRC avec un diagramme d'état original qui réduit considérablement la consommation énergétique. Après validation d'un nouvel état de fonctionnement en mode très faible consommation d'énergie, nous avons étudié la possibilité de recharger la batterie du transpondeur à travers de la récupération d'énergie sans fil. Le bilan de liaison énergétique DSRC a été réalisé afin d'estimer la quantité d'énergie disponible quand une voiture avec un transpondeur passe à sous un système de péage. Toutefois, le bilan énergétique à 5.8 GHz présente une faible densité d'énergie RF, puisque la voiture ne reste pas assez sur le lobe de l'antenne DSRC afin de procéder à la récupération d'énergie. Par conséquent, nous avons alors exploré une autre fréquence ISM, le 2.45 GHz dans laquelle la présence d'émetteurs est bien plus grande. Dans le chapitre de récupération d'énergie sans fil nous présentons la conception et l'optimisation d'un nouveau récupérateur d'énergie RF. Après avoir démontré qu'une charge RF-DC optimale est nécessaire afin d'atteindre une haute efficacité de conversion RF-DC. Plusieurs redresseurs et rectennas ont été conçus pour valider les études numériques. Parmi, les résultats présentés dans cette thèse les rendement de conversion obtenus sont à l'état de l'art de la récupération d'énergie sans fil pour une très faible densité de puissance disponibleTo increase the efficiency and safety of the road traffic, new concepts and technologies have been developed in Europe since 1992 for RTTT applications (Road Traffic & Transport Telematics). These applications use the Dedicated Short Range Communications (DSRC) devices at 5.8 GHz (ISM band). In view of the reliability and success of this technology, the use of such equipment is thus extended to the EFC (Electronic Fee Collection) or e-toll and also in many other application areas such as fleet management, public transport and parking management. Due to the broad applications, these equipments are subject to various standards CEN/TC 278, CEN ENV (EN) 12253, ETSI, etc.... The DSRC system consists in a transceiver (reader) and transponders (tags). Industrial approaches are oriented to semi-passive transponder technology, which uses the same signal sent by the reader to retransmit, performing a frequency shift and encoding data to be transmitted. This design avoids the use of the local oscillators to generate the RF wave, as in active transponders, and save electrical energy of batteries. This allows the development of relatively low cost and small size transponders. Despite advances in integrated low-power circuits technology, this concept still requires a lithium battery to operate the transponder for a period of 4-6 years. However, with the expansion of these facilities, it appears that over the years the amount of lithium to destroy has become a crucial problem for the environment. Nowadays designing a completely autonomous DSRC transponder is not feasible, since the amount of energy required is still high (8 mA/3.6 V active mode). Nevertheless, reducing the transponder electrical power consumption, as a solution to at least double the battery life, could be a good start point to improve environment protection.In this thesis we propose a new DSRC transponder with an original statechart that considerably reduces the power consumption. After validation of the new low-power consumption mode, we studied the possibility to recharge the battery of the transponder by means of Wireless Energy Harvesting. The DSRC Toll Collection RF link budget was carried out in order to estimate the amount of energy available when a car with a transponder passes through a toll system. However, RF link budget at 5.8 GHz presents a low power density, since the car does not stay enough on the DSRC antenna's field to proceed to energy harvesting. Therefore we explored another ISM frequency, the 2.45 GHz. Thus the Wireless Energy Harvesting chapter aims to further the state of the art through the design and optimization of a novel RF harvesting board design. We demonstrated that an optimum RF-DC load is required in order to achieve high RF-DC conversion efficiency. Several rectifiers and rectennas were prototyped in order to validate the numerical studies. Finally, the results obtained in this thesis are in the forefront of the State-of-the-Art of Wireless Energy Harvesting for very low available power density
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Marian, Vlad. "Transmission d'énergie sans fil : Application au réveil à distance de récepteurs en veille zéro consommation." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00787608.
Full textAbstract:
Les dispositifs électroniques modernes comportent souvent une ou plusieurs phases de veille, dans lesquelles elles attendent un ordre de réveil de la part d'un actionneur distant (une télécommande). Ces types de dispositifs ont tendance à être de plus en plus présents dans les habitations et dans les bâtiments tertiaires, en particulier dans le domaine de la domotique. Les phases de veille sont caractérisées par des niveaux de consommations très inférieures aux consommations en mode actif des dispositifs, mais les durées de veille sont généralement grandes devant les périodes actives. Ce fait, combiné à la multiplication des dispositifs, mène à des consommations annuelles qui peuvent dépasser 10 % de la facture d'électricité des ménages. Cette étude propose une nouvelle approche de réveil des dispositifs en veille. Au lieu d'avoir une écoute permanente en réception et d'envoyer une trame d'informations de réveil, le récepteur est complètement endormi et est réveillé à travers une impulsion d'énergie transmis par d'ondes électromagnétiques. Une fois que l'étage d'interprétation des données est alimenté, un envoi d'informations est effectué pour valider l'ordre de réveil. En vue des portées attendues pour le système et des contraintes normatives liées aux expositions des personnes aux champs électromagnétiques, une faible quantité d'énergie est disponible en réception pour le réveil du dispositif. Plusieurs topologies de circuits de rectification RF-DC (rectenna) en technologies microstrip sont étudiées à travers des simulations circuit et électromagnétiques. La topologie choisie a été optimisée pour fournir un bon niveau de tension DC pour des faibles niveaux de puissance RF incidente. Une adaptation entre le convertisseur et l'antenne de réception différente de 50 W a été utilisée. Tous ces résultats ont été validés expérimentalement. Au niveau du circuit de réception des données, plusieurs scénarios de fonctionnement ont été comparés. L'étage de démodulation utilise la rectenna comme détecteur à diodes, pour réduire au maximum la consommation et la complexité de mise en œuvre. Le système global a été testé et des gains substantiels sont constatés sur le bilan de consommation annuelle de plusieurs types des dispositifs, comparé à un fonctionnement classique. En parallèle, une architecture de récepteur d'énergie électromagnétique reconfigurable est proposée. Il offre l'avantage de pouvoir exploiter une large gamme de puissance incidente, ce qui n'est pas le cas des structures de rectennas classiques. Des rectennas en technologies discrètes et intégrées sont utilisées, connectées à une antenne commune à travers un switch d'antenne intégrée. Le système proposé est adaptatif et les résultats des tests montrent des améliorations notables de la quantité d'énergie collectée par rapport à des rectennas individuelles. Enfin, le phénomène de l'inversion de la tension dans une association déséquilibrée de rectennas est mis en évidence et des solutions sont proposées.
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Gok, Ahmet Baris. "Battery-less solutions enabling LoRa tracking in industrial plants." Master's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2021. http://amslaurea.unibo.it/24093/.
Full textAbstract:
In industrial environments, wireless power transfer (WPT) systems are used to supply energy to low-power sensor nodes for battery-less applications. This thesis presents a WPT system to power LoRa nodes in order to charge the highest number of charts in a given reliable time for industrial plants. The system is operated in 2.45 GHz frequency and the energy is transferred from the chart that has the main energy source to the rest of the charters. The LoRa nodes are attached to every charters and this allows to transmit essential information about its location and identification to a central station for trailers’ validation of completeness. A 32-patch antenna array is designed to provide the energy wirelessly from one chart to another and certain amount of power is divided toward the LoRa node to charge. The designed system consists of a full-wave rectifier and non-linear simulations are made for optimization.
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Saddi, Zied. "Conception d'un dispositif de récupération d'énergie mixte vibratoire-électromagnétique pour l'alimentation des dispositifs à faible consommation." Thesis, Paris Est, 2016. http://www.theses.fr/2016PESC1065/document.
Full textAbstract:
L’alimentation des systèmes communicants à partir des sources d’énergies existantes dans l’environnement est une solution pertinente pour prolonger leur autonomie énergétique. Cela peut permettre de s’affranchir des sources d’énergie embarquées comme les piles et les batteries, qui présentent une durée de vie limitée, nécessite un remplacement périodique et un coût de recyclage. Parmi les sources d’énergies récupérables, les ondes électromagnétiques et les vibrations mécaniques sont considérées parmi les plus prometteuses en raison de leur disponibilité notamment dans les milieux urbains. Notre contribution porte sur l’étude et la réalisation d’un dispositif de récupération d’énergie vibratoire par transduction électrostatique. Ce type de système, basé sur une variation de capacité, nécessite une tension de pré-charge provenant d’une source auxiliaire. Afin d’éviter les matériaux piézoélectriques et les électrets caractérisés par une durée de vie limité, la phase d’initialisation a été assurée par une rectenna (Rectifying antenna).Deux rectennas ont été développées pour assurer la pré-charge du transducteur électrostatique. Une première structure bi-bande (2.45 GHz et 1.8 GHz) basée sur un anneau hybride a été proposée. Elle permet, non seulement d’augmenter la puissance RF captée, mais aussi de simplifier les problèmes d’adaptation. Une tension de 320 mV et un rendement de 40.6 % ont été mesurés, respectivement pour des densités surfaciques de puissance de 1.13 et 1.87 µW/cm2 aux fréquences 1.85 et 2.45 GHz. Une deuxième structure élévatrice de tension en topologie Cockcroft-Walton a été conçue et caractérisée expérimentalement. Une tension de 1.06 V a été mesurée pour une densité surfacique de puissance de 1.55 µW/cm².Un dispositif de récupération d’énergie mixte électromagnétique vibratoire complet a été par la suite étudié, conçu et caractérisé expérimentalement. Le transducteur électrostatique a été couplé à un circuit de conditionnement de Bennet pré-chargé par la rectenna. Une tension de 23 V a été obtenue à la sortie du système pour une tension de pré-charge de 0.5 V (1.55 µW/cm²) et à partir d’une vibration mécanique de fréquence 25 Hz et une accélération 1.5g.Une modélisation du transducteur électrostatique adaptée à différentes structures a été proposée. En se basant sur les équivalences mécaniques électriques, un modèle électrique équivalent est déduit en utilisant le logiciel LTspice de façon à étudier le comportement du système et prévoir la tension et la puissance récupérée.Mots clés : récupération d’énergie, rectenna, antenne microruban, circuit de conversion RF-DC, transducteur électrostatique, circuit de conditionnement de Bennet, modélisationEnergy harvesting is an attractive solution to power supply low-power electronics and wireless communication devices avoiding the use of power sources like batteries which have a limited life, requires periodic replacements and have a cost of recycling. Among the available ambient energy sources, electromagnetic waves and mechanical vibrations are the most suitable because of their availability particularly in the urban areas. Our contribution focuses on the study and implementation of a vibrational energy harvesting device using the electrostatic transduction. This system, based on a capacitance modulation, requires a voltage pre-charge given by an auxiliary source. To avoid electret or piezoelectric materials characterized by a limited lifetime, the initialization step was provided by a rectenna (Rectifying antenna).A new structure of dual-band rectenna (2.45 GHz and 1.8 GHz) based on a hybrid ring has been proposed. It allows to increase the received RF power but also to simplify the matching circuit. It experimentally achieves 320 mV voltage and 40 % efficiency when the power densities are 1.13 and 1.87 mW/cm2 at 1.85 and 2.45 GHz, respectively. A Cockcroft-Walton voltage multiplier rectenna was also designed and experimentally characterized. A voltage of 1.06 V was measured at a power density of 1.55 mW/cm².A macro-scale electrostatic vibration harvester (e-VEH), wirelessly pre-charged with a 2.45 GHz Cockcroft-Walton rectenna, was studied, designed and experimentally characterized. The e-VEH uses the Bennet doubler as conditioning circuit. A voltage of 23 V across the transducer terminal has been measured when the vibration harvester is excited at 25 Hz and 1,5g of external acceleration. An energy of 275 µJ and a maximum power of 0.4 µW are available across the load. A lumped element model of the electrostatic transducer has been proposed. Based on mechanical/electrical equivalent equations, an equivalent electrical circuit is derived using the LTspice simulator to study the behavior of the system and provide the voltage and the power converted.Keywords: Energy harvesting, rectenna, microstrip antenna, RF-to-dc converter, electrostatic transduction, Bennet’s doubler, modélization
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Okba, Abderrahim. "Conception et réalisation de rectennas utilisées pour la récupération d'énergie électromagnétique pour l'alimentation de réseaux de capteurs sans fils." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30286/document.
Full textAbstract:
L'électronique a connu une évolution incontestable ces dernières années. Les progrès réalisés, notamment dans l'électronique numérique et l'intégration des circuits, ont abouti à des systèmes plus performants, miniatures et à faible consommation énergétique. Les évolutions technologiques, alliant les avancées de l'informatique et des technologies numériques et leur intégration de plus en plus poussée au sein d'objets multiples, ont permis le développement d'un nouveau paradigme de systèmes qualifiés de systèmes cyber-physiques. Ces systèmes sont massivement déployés de nos jours grâce à l'expansion des applications liées à l'Internet Des Objets (IDO). Les systèmes cyber-physiques s'appuient, entre autre, sur le déploiement massif de capteurs communicants sans fil autonomes, ceux-ci présentent plusieurs avantages : * Flexibilité dans le choix de l'emplacement. Ils permettent l'accès à des zones dangereuses ou difficiles d'accès. * Affranchissement des câbles qui présentent un poids, un encombrement et un coût supplémentaire. * Elimination des problèmes relatifs aux câbles (usure, étanchéité...) * Facilité de déploiement de réseaux de capteurs Cependant, ces capteurs sans fils nécessitent une autonomie énergétique afin de fonctionner. Les techniques conventionnelles telles que les batteries ou les piles, n'assurent le fonctionnement des capteurs que pour une durée limitée et nécessitent un changement périodique. Ceci présente un obstacle dans le cas où les capteurs sans fils sont placés dans un endroit où l'accès est impossible. Il est donc nécessaire de trouver un autre moyen d'approvisionner l'énergie de façon permanente à ces réseaux de capteurs sans fil. L'intégration et la miniaturisation des systèmes électroniques ont permis la réalisation de systèmes à faible consommation, ce qui a fait apparaître d'autres techniques en termes d'apports énergétiques. Parmi ces possibilités se trouvent la récupération d'énergie électromagnétique et le transfert d'énergie sans fil (TESF). En effet, l'énergie électromagnétique est de nos jours, omniprésente sur notre planète, l'utiliser donc comme source d'énergie pour les systèmes électroniques semble être une idée plausible et réalisable. Cette thèse s'inscrit dans ce cadre, elle a pour objectif la conception et la fabrication de systèmes de récupération d'énergie électromagnétique pour l'alimentation de réseaux de capteurs sans fil. Le circuit de récupération d'énergie électromagnétique est appelé " Rectenna ", ce mot est l'association de deux entités qui sont " antenne " et " rectifier " qui désigne en anglais le " redresseur ". L'antenne permet de récupérer l'énergie électromagnétique ambiante et le redresseur la convertit en un signal continu (DC) qui servira par la suite à alimenter les capteurs sans fil. Dans ce manuscrit, plusieurs rectennas seront présentées, pour des fréquences allant des bandes GSM 868MHz, 915MHz, passant par l'UMTS à 2GHZ et WIFI à 2,45GHz, et allant jusqu'aux bandes Ku et KaThe electronic domain has known a significant expansion the last decades, all the advancements made has led to the development of miniature and efficient electronic devices used in many applications such as cyber physical systems. These systems use low-power wireless sensors for: detection, monitoring and so on. The use of wireless sensors has many advantages: * The flexibility of their location, they allow the access to hazardous areas. * The realization of lighter system, less expensive and less cumbersome. * The elimination of all the problems associated to the cables (erosion, impermeability...) * The deployment of sensor arrays. Therefore, these wireless sensors need to be supplied somehow with energy to be able to function properly. The classic ways of supplying energy such as batteries have some drawbacks, they are limited in energy and must be replaced periodically, and this is not conceivable for applications where the wireless sensor is placed in hazardous places or in places where the access is impossible. So, it is necessary to find another way to permanently provide energy to these wireless sensors. The integration and miniaturization of the electronic devices has led to low power consumption systems, which opens a way to another techniques in terms of providing energy. Amongst the possibilities, we can find the Wireless Power Transfer (WPT) and Energy Harvesting (EH). In fact, the electromagnetic energy is nowadays highly available in our planet thanks to all the applications that use wireless systems. We can take advantage of this massive available quantity of energy and use it to power-up the low power wireless sensors. This thesis is incorporated within the framework of WPT and EH. Its objective is the conception and realization of electromagnetic energy harvesters called "Rectenna" in order to supply energy to low power wireless sensors. The term "rectenna" is the combination of two words: Antenna and Rectifier. The Antenna is the module that captures the electromagnetic ambient energy and converts it to a RF signal, the rectifier is the RF circuit that converts this RF signal into a continuous (DC) signal that is used to supply the wireless sensors. In this manuscript, several rectennas will be presented, for different frequencies going from the GSM frequencies (868 MHz, 915 MHz) to the Ku/Ka bands
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Jiang, Shan. "Optimum Wireless Power Transmission for Sensors Embedded in Concrete." FIU Digital Commons, 2011. http://digitalcommons.fiu.edu/etd/549.
Full textAbstract:
Various nondestructive testing (NDT) technologies for construction and performance monitoring have been studied for decades. Recently, the rapid evolution of wireless sensor network (WSN) technologies has enabled the development of sensors that can be embedded in concrete to monitor the structural health of infrastructure. Such sensors can be buried inside concrete and they can collect and report valuable volumetric data related to the health of a structure during and/or after construction. Wireless embedded sensors monitoring system is also a promising solution for decreasing the high installation and maintenance cost of the conventional wire based monitoring systems. Wireless monitoring sensors need to operate for long time. However, sensor batteries have finite life-time. Therefore, in order to enable long operational life of wireless sensors, novel wireless powering methods, which can charge the sensors’ rechargeable batteries wirelessly, need to be developed.
The optimization of RF wireless powering of sensors embedded in concrete is studied here. First, our analytical results focus on calculating the transmission loss and propagation loss of electromagnetic waves penetrating into plain concrete at different humidity conditions for various frequencies. This analysis specifically leads to the identification of an optimum frequency range within 20-80 MHz that is validated through full-wave electromagnetic simulations. Second, the effects of various reinforced bar configurations on the efficiency of wireless powering are investigated. Specifically, effects of the following factors are studied: rebar types, rebar period, rebar radius, depth inside concrete, and offset placement. This analysis leads to the identification of the 902-928 MHz ISM band as the optimum power transmission frequency range for sensors embedded in reinforced concrete, since antennas working in this band are less sensitive to the effects of varying humidity as well as rebar configurations. Finally, optimized rectennas are designed for receiving and/or harvesting power in order to charge the rechargeable batteries of the embedded sensors. Such optimized wireless powering systems exhibit significantly larger efficiencies than the efficiencies of conventional RF wireless powering systems for sensors embedded in plain or reinforced concrete.
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Gidel, Vincent. "Contribution à la modélisation RF de diode Schottky intégrée en Technologie BiCMOS 55 nm et visant des applications sub-THz." Thesis, Université Côte d'Azur, 2020. http://www.theses.fr/2020COAZ4088.
Full textAbstract:
Dans un monde qui doit faire face aux défis de la mobilité et de la sécurité, le besoin croissant d’applications adaptées aux nouveaux modes de vie a fait émerger de nouveaux marchés technologiques. L’enjeu réside à la fois dans l’augmentation du trafic mondial de données mobiles ainsi que dans la conception de systèmes de détection LiDAR plus efficients. Cette tendance duale a motivé de nombreux travaux de recherche en bande millimétrique afin de développer de circuits toujours plus performants. Les recherches scientifiques présentées dans cette thèse s’inscrivent dans ce sens. La première partie de l’étude porte sur le développement d’une architecture de diode Schottky innovante en technologie BiCMOS 55. Les diodes conçues montrent des performances intrinsèques à l’état de l’art avec des fréquences de coupure avoisinant les 1 THz. Une stratégie de modélisation analytique a été initiée en s’appuyant sur le dimensionnel et la physique de l’architecture et se montre efficacement en bon accord avec les facteurs de mérite extraits des mesures. Les diodes sont ensuite incluses dans deux circuits démonstrateurs. Le premier est un mélangeur sous-harmonique intégré sur silicium fonctionnant autour de 106 GHz. La conception du mélangeur s’appuie sur l’utilisation conjointe de l’architecture de diode Schottky et du modèle analytique développés en technologie BiCMOS 55nm. Malgré des pertes de conversion de 20,3 dB, la réception d’un signal QAM-16 démodulé avec un débit de 40 Gbit/s a pu être démontrée. Le second circuit démonstrateur porte sur le développement d’un pixel unitaire pour des applications d’imagerie fonctionnant à 2,5 THz. Cette deuxième étude propose également une stratégie détaillée de conception d’antennes intégrées en technologie silicium. L’objectif est d’établir la faisabilité de ces circuits innovants sur des technologies silicium commerciales en vue de s’insérer dans les marchés 5G et LiDAR afin d’adresser les enjeux actuelsIn a world facing new challenges such as mobility or safety, the increasing demand of applications fitted to new ways of life has driven the emergence of new technology markets. The challenge twofold lies in the rise of global mobile data traffic and the design of more efficient LiDAR sensor’s systems. This dual trend has prompted research studies on millimeter-wave bands in order to contribute to the development of increasingly competitive electronics circuits. Scientific researches presented in this thesis falls within this perspective. The first part of the study deals with the development of an innovative Schottky diode architecture in BiCMOS 55 nm technology. The fabricated Schottky diodes show state-of-the-art intrinsic performance with cut-off frequencies nearby 1 THz. An analytical modeling strategy have been initiated by leveraging the architecture dimensions and physics to efficiently provide à fair agreement with the factor of merit extracted from measurements. Some of these devices are then included in two demonstrator circuits. The first one is a silicon-based subharmonic mixer operating around 106 GHz. The subharmonic mixer design relies on the collaborative use of the Schottky diode architecture and the analytical lumped model developed in BiCMOS 55nm technology. Despite a 20.3 dB conversion loss, the reception of QAM-16 demodulated signal with data rate up to 40 Gbit/s has been achieved. The second circuit concerns a unit pixel for imager applications operating at 2.5 THz. This second study also suggests a detailed strategy of the integrated antennas designed in silicon technology. This research work aims at determining the feasibility innovative circuits designed with commercially available silicon technologies in order to address 5G and LiDAR markets
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Ren, Yu-Jiun. "Microwave and millimeter-wave rectifying circuit arrays and ultra-wideband antennas for wireless power transmission and communications." [College Station, Tex. : Texas A&M University, 2007. http://hdl.handle.net/1969.1/ETD-TAMU-1294.
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Bouchouicha, Dhaou. "Etude de faisabilité de la récupération d'énergie électromagnétique ambiante." Thesis, Tours, 2010. http://www.theses.fr/2010TOUR4030/document.
Full textAbstract:
L’extension des systèmes de télécommunication génère de plus en plus des ondes électromagnétiques dans notre environnement aux fréquences et puissances très variées. Le temps est venu de faire une étude approfondie sur les possibilités potentielles que nous avons d’utiliser l’énergie contenue dans les ondes électromagnétiques pour alimenter des applications électroniques. L’idée est d’utiliser une ou plusieurs antennes pour récupérer les ondes électromagnétiques disponibles, suivies par un convertisseur des signaux RF/DCThe work of this thesis is focuse on designing, measuring and testing an antenna and rectifiercircuit (RECTENNA) optimized for incoming signals of low power density (~651W/m²). The rectenna is used to harvest the ambient electric energy from the RF signals that have been radiated by communication and broadcasting systems at (1GHz-3GHz) without matching circuit and the second is a narrow band (1.8GHz-1.9GHz) with a matching circuit between the antenna and the rectifier
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Wijewardane, Samantha. "Assessment of Methods to Manipulate Thermal Emission and Evaluate the Quality of Thermal Radiation for Direct Energy Conversion." Scholar Commons, 2012. http://scholarcommons.usf.edu/etd/4420.
Full textAbstract:
ABSTRACT
Control of spectral thermal emission from surfaces may be desirable in some energy related applications, such as nano-scale antenna energy conversion and thermophotovoltaic conversion. There are a number of methods, from commercially available paints to advanced surface gratings that can be used to modify the thermal emission from a surface. To find out the proper emission controlling technique for a given energy conversion method all the surface emission controlling methods are comprehensively reviewed regarding the emission control capabilities and the range of possible applications. Radiation with high degree of coherence can be emitted using advanced surface emission controlling techniques. The entropy of the thermal radiation, and therefore the exergy, is a function of the degree of coherence. A methodology is presented to calculate the exergy of partially coherent wave fields so that the radiation fields can be evaluated based on exergy. This exergy method is extended to develop a rigorous evaluation criterion for thermal emission controlling methods used in frequency dependent energy conversion applications. To demonstrate these developed criteria using actual data, a surface plasmon emitter is designed and fabricated. Also, possible ways of improving the emitter performance and the research needed to be carryout to fabricate cost effective emitters are described.
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Wang, Ce. "Study on Novel Rectifiers for Microwave Wireless Power Transfer System." Kyoto University, 2020. http://hdl.handle.net/2433/253503.
Full text
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Alaoui, abdallaoui Ismail. "Contribution à l'analyse CEM globale de structures et de circuits. Application aux antennes Vivaldi en présence d'un système non linéaire pour la récupération d'énergie : une approche FDTD." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMC213/document.
Full textAbstract:
Les systèmes électroniques sont au cœur de notre vie quotidienne, ils sont intégrés dans la plupart des objets que nous utilisons chaque jour, et dans des secteurs clés comme l’aéronautique, l’automobile, le spatial, l’électronique grand public... Les techniques d’alimentation classiques (pile ou batterie) restent difficiles à envisager dans certaines applications car, elles sont limitées en autonomie, elles nécessitent des remplacements périodiques et leur recyclage est coûteux. Afin de détourner ces contraintes, le concept de la transmission d’énergie sans fil se présente comme une alternative aux systèmes d’alimentation classiques. La récupération d'énergie électromagnétique a beaucoup attiré l'attention puisque la puissance RF est largement diffusée à partir de nombreuses ressources électromagnétiques fiables. De plus, les circuits électroniques et notamment microondes deviennent de plus en plus rapides à cause des fréquences de travail de plus en plus élevées. L’analyse fréquentielle seule ne peut répondre à un certain nombre d’interrogations dans ces circuits. Une analyse purement temporelle devient nécessaire pour résoudre et répondre à toutes les problématiques. Parmi les problèmes posés dans les circuits microondes, on s’intéresse à deux approches totalement complémentaires:• L’Intégrité du Signal qui représente le dysfonctionnement des circuits du à la distorsion des signaux. • La Compatibilité ElectroMagnétique qui est le résultat de l’encombrement des composants électroniques dans les circuits. La première approche se base sur les modèles de composants et peut prédire parfaitement la qualité des signaux pendant le placement et le routage des cartes électroniques. En revanche, il sera très difficile de mettre en évidence les causes du comportement anormal du circuit en question. La deuxième approche complémentaire de la première, et qui est l’analyse par la compatibilité électromagnétique permettra de couvrir les causes du problème tels que diaphonie (Cross Talk), rayonnement et susceptibilité des systèmes dans le but de corriger le circuit pour qu’il fonctionne correctement.La méthode de travail adoptée dans cette thèse consiste dans un premier temps à identifier les différents problèmes. Ensuite proposer des solutions via des codes de calcul existants (FDTD, FEM, MoM…) et qu’on pourra développer (2D) ou bien via des logiciels adaptés tels que Spice, Matlab, EMPro, ADS…..etcElectronic systems are integrated into most objects that we use every day, also in different key sectors such as, automotive, railway, spacial, defense and consumer electronics... Conventional feeding techniques remain difficult to envisage in certain applications because they are limited in their autonomy energy, and they require periodic replacements and their recycling is expensive. In this mind, the wireless power transfer is a very interesting solution, less expensive and aesthetic. This solution needs to pick up the RF power transmitted through the free space by a Rectenna and convert it to a DC voltage, to feed one or several wireless devices or to increase the operating life of batteries.The high operating frequencies makes the microwave circuits faster. Frequency analysis can’t answer a number of questions in these circuits. The introduction of the temporal analysis becomes necessary to solve and answer all the problems encountered. In fact, we are interested in two complementary approaches:• Signal integrity, which represents the malfunction of the circuits due to the distortion of the signals• ElectroMagnetic Compatibility, which is the result of the congestion of the electronic components in the circuits.• The first approach is based on component models and can perfectly predict signal quality during placement and routing of electronic boards. On the other hand, it will be difficult to highlight the causes of the abnormal behavior of the circuit. The second approach, is complementary of the first one, which is the analysis by the electromagnetic compatibility, who will allow to cover the causes of the problems such as cross talk, radiation and defined the susceptibility of this systems to work correctly.The working method adopted in this thesis consists in first identifying the various problems. Then propose solutions via existing calculation codes (FDTD, FEM, MoM ...) who can be developed or via the software such as Spice, Matlab, EMPro, ADS …Key words: Wireless power transfer, UWB systems, numerical methods, Rectenna systems, RF/DC converter, EMC analysis
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Essakhi, Brahim. "Modélisation électromagnétique 3D sur une large bande de fréquences par combinaison d'une méthode d'éléments finis et d'une approximation par fractions rationnelles : application aux structures rayonnantes." Paris 11, 2005. http://www.theses.fr/2005PA112151.
Full textAbstract:
Les outils de simulation numérique connaissent une utilisation intensive dans la résolution des problèmes de CEM. L'une des raisons est que la complexité croissante des problèmes à étudier rend l'expérimentation difficile à réaliser. De plus, les mesures ne peuvent être faites qu'en un nombre restreint de points de l'espace. La méthode des éléments finis a pour avantages de pouvoir aisément prendre en compte des géométries complexes et des milieux hétérogènes. Elle utilise un maillage conforme, qui s'adapte à la géométrie de la structure analysée et qui permet des raffinements locaux dans les régions où les variations des propriétés physiques, géométriques ou des champs sont plus importantes. Une formulation temporelle permet l'analyse de problèmes directement dans le domaine du temps. Une formulation fréquentielle conduit à résoudre un système linéaire pour chaque fréquence d'étude. Dans de nombreuses applications, les quantités électromagnétiques doivent être déterminées sur une large bande de fréquences et le système linéaire doit être résolu pour chaque fréquence d'intérêt. Ceci entraîne un coût de calcul important. Une alternative consiste à rechercher une approximation de la solution sous forme d'un développement en série ou d'une fraction rationnelle. Une approche possible consiste à développer la solution en série de Taylor autour d'une fréquence centrale. Le rayon de convergence de la série est limité mais il est possible d'étendre cet intervalle de validité en recourant à une approximation rationnelle de Padé. Une autre méthode consiste à rechercher une interpolation de la solution par fractions rationnelles, il s'agit de l'approximation de ChebyshevThe tools for digital simulation know an intensive use in the resolution of the problems of CEM. One of the reasons is that the increasing complexity of the problems to be studied makes the experimentation difficult to realize. Moreover, measurements cannot be made that in a restricted number of points of space. The finite element method has the advantages of easily being able to take into account complex geometries and heterogeneous mediums. It uses a grid in conformity, which adapts to the geometry of the analyzed structure and which allows local refinements in the areas where variations of the physical properties, geometrical or of the fields are more significant. A temporal formulation allows the analysis of problems directly in the field of time. A frequential formulation results in solving a linear system for each frequency of study. In many applications, the electromagnetic quantities must be given on a broad frequency band and the linear system must be solved for each frequency of interest. This involves a cost of significant calculation. An alternative consists in seeking an approximation of the solution in the form of a development in series or of a rational fraction. A possible approach consists in developing the solution in Taylor series around a centre frequency. The interval of convergence of the series is limited but it is possible to extend this interval of validity while resorting to a rational approximation of Padé. The approximation of Chebyshev is an other method based on rational approximation, it consists in seeking an interpolation of the solution
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Lacroux, Fabrice. "Contribution à la modélisation d'éléments localisés pour les simulations électromagnétiques en transitoire : Application en millimétrique et au transport d'énergie sans fil." Limoges, 2005. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/b0c5314e-251a-454a-a365-a395d8c2b349/blobholder:0/2005LIMO0001.pdf.
Full textAbstract:
Ce travail a permis de définir de nouvelles possibilités pour l'algorithme LE-FDTD (Lumped Element – Finite Difference Time Domain), puis de l'exploiter pour deux applications originales. La première permet de représenter une structure passive distribuée par son impédance équivalente. Pour cela, ce travail met tout d'abord en évidence les différents phénomènes parasites qui sont associés à l'insertion d'un élément localisé dans le volume de calcul FDTD. Puis, une solution est proposée afin de s'en affranchir. Cette technique est ensuite validée en remplaçant une transition ligne microruban / ligne coaxiale par son impédance équivalente jusqu'à 80GHz. La deuxième application est consacrée à l'étude d'un système de réception dédiée au transport d'énergie sans fil. Ce système a été modélisé de façon globale : antenne, système de redressement et charge. Le rendement de conversion d'une telle structure a pu être calculé en tenant compte des problèmes d'adaptation et d'interaction entre les différentes partiesThis work has enabled to define new possibilities for the LE-FDTD algorithm (Lumped Element – Finite Difference Time Domain), and use it on two original applications. The first one allows to represent a distributed passive structure with its equivalent impedance. In this way, this work underscore parasitic phenomenon which are present with the insertion of the lumped elements into the FDTD meshgrid. Then, a solution is proposed to compensate them. As result, a transition from a microstrip line to a coaxial line is replaced by its equivalent impedance until 80GHz. The second application is dedicated to the reception system used in a wireless power transmission. This system has been studied in a global electromagnetic simulation (antenna, rectifier and load) in order to take all couplings and radiations into account. So, this global approach permits to determinate the conversion efficiency of such a system
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Fantuzzi, Marco. "Progetto elettromagnetico di antenne per tag eco-compatibili a banda ultra-larga." Master's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2013. http://amslaurea.unibo.it/5969/.
Full textAbstract:
Questo lavoro si è occupato della ricerca e progettazione di un'antenna UWB per la realizzazione di un tag RFID e si colloca all'interno del progetto GRETA (GREen TAgs), finanziato dal MIUR.
Le principali caratteristiche richieste al green tag sono: dimensioni complessive di massimo 4-5 cm, assenza di batterie e compatibilità con l'ambiente. L'eco-compatibilità viene garantita tramite la realizzazione dell'antenna al di sopra di un substrato di carta; i limiti derivanti dall'assenza di batterie vengono invece sopperiti tramite realizzazione di energy harvesting, al fine di raggiungere una completa autonomia energetica. Viene sfruttata la tecnica UWB per la comunicazione nella banda (3.1-4.8 GHz); l'energy harvesting si effettua invece a 868 MHz. Sono infine stati ricavati alcuni primi risultati relativi alla potenza rettificabile con la soluzione proposta, tramite realizzazione di un opportuno circuito rettificatore.
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Michelon, Dino. "UHF energy harvester in CMOS technology." Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4322.
Full textAbstract:
Un des défis majeurs de l’Internet des Objets et, plus généralement, des tous les réseaux de capteurs sans fils, c’est l’alimentation de chaque nœud connecté. La solution la plus commune est d’équiper chaque dispositif d’une batterie mais cela introduit plusieurs contraintes, qui mettent en question la faisabilité de cette approche sur le long terme (durée de vie limité, couts de gestion élevé, empreinte écologique).Cette thèse développe une possible solution basée sur la transmission sans-fils de l’énergie. Un récupérateur d’énergie RF, composé d’une antenne, un redresseur haute-fréquence et un convertisseur élévateur, est présenté. Ce système permet de récupérer les ondes électromagnétiques et de produire une tension continue en sortie, qui peut être utilisé pour alimenter des microcontrôleurs ou des capteurs. L’absence d’une batterie interne augmente la flexibilité globale, surtout pour les situations où le remplacement n’est pas possible (ex. dispositifs implantés, nombre élevé de nœuds, milieux dangereux). Une étude approfondie sur les redresseur intégrés ultra-haute-fréquence de type Schottky et MOS a été mené ; plusieurs topologies ont été analysées et optimisées. De plus, l’utilisation d’un convertisseur élévateur a été envisagée, dans le but d’accroitre la tension en sortie ; une première version discrète et puis une plus compacte version intégrée, ont été abordées et testées. Ces développements ont permis d’aboutir à un récupérateur complet, potentiellement capable d’alimenter un microcontrôleur du commerceOne of the challenges of the Internet of Things and, more in general, of every wireless sensor network is to provide electrical power to every single one of its smart nodes. A typical solution uses batteries but various major concerns reduce the long-term feasibility of this approach (limited lifetime, maintenance and replacement costs, and environmental footprint).This thesis develops a possible solution based on the wireless transmission of power. A complete RF harvester composed of an antenna, a UHF rectifier and a step-up voltage converter is presented. This system captures electromagnetic waves and converts them to a stable DC voltage to supply power to common logic circuits like microcontrollers and sensors. The lack of an internal battery provides an extended flexibility, especially when its replacement is not a viable option (ex. implanted devices, large number of nodes, dangerous environments, etc.). An in-depth study of integrated Schottky and CMOS UHF rectifiers is carried out; various topologies and optimizations are analyzed. Moreover, the use of an additional step-up converter is proposed in order to increase the system output voltage; an early discrete implementation and a final, more compact, integrated version are discussed and tested. These developments lead to a complete system capable of potentially powering an application with an off-the-shelf microcontroller
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Celesin, Michael Enoch. "Application and Characterization of Self-Assembled Monolayers In Hybrid Electronic Systems." Scholar Commons, 2013. http://scholarcommons.usf.edu/etd/4875.
Full textAbstract:
In this study, we explore ultra-thin insulators of organic and inorganic composition and their potential role as high-speed rectifiers. Typical applications for these structures include IR sensing, chemical detection, high speed logic circuits, and MEMS enhancements. While there are many elements in the functional group required to create a rectifying antenna (rectenna), the primary thrust of this work is on the rectifier element itself.
To achieve these research goals, a very good understanding of quantum tunneling was required to model the underlying phenomenon of charge conduction. The development of a multi-variable optimization routine for tunneling prediction was required. MATLAB was selected as the programming language for this application because of its flexibility and relative ease of use for simulation purposes. Modeling of physical processes, control of electromechanical systems, and simulation of ion implantation were also to be undertaken.
To advance the process science, a lithographic mask set was made which utilized the information gleaned from the theoretical simulations and initial basic experiments to create a number of diode test structures. This came to include the creation of generations of mask sets--each optimizing various parameters including testability, alignment, contact area, device density, and process ease. Following this work, a complete toolset for the creation of "soft" contact top metals was required and needed to be developed. Ultra-flat substrates were needed to improve device reliability and measurement consistency.
The final phase of research included measurement and characterization of the resultant structures. Basic DC electrical characterization of the organic monolayers would be accomplished using metal probes. Statistical studies of reliability and process yield could then easily be carried out. The rectification ratio (ratio of forward over reverse current at a given voltage magnitude) was found to be a reliable indicator of diode performance in the low frequency ranges. This would mean writing additional code in MATLAB to assist in the automatic analysis for the acquired IV curves. Progression to AC / RF measurements of tunneling performance was to be accomplished using relatively low frequencies (below 100 MHz). Finally, the organic films themselves would be studied for consistency, impedance characteristics, incidence of defects, and thickness by a variety of metrology techniques.
This project resulted in a number of advances to the state-of-the-art in nanofabrication using organic monolayers. A very detailed review of the state of alkanethiol research was presented and submitted for publication. A single pot technique was developed to softly deposit metal nanoparticles onto a charged surface with a high degree of control. A temporary contact method using pure, sub-cooled gallium liquid metal was used to probe organic monolayers and plot IV curves with better understanding of surface states than before. An inkjet printer solution was devised for top contact printing which involved the development and production of a work-up free insulator ink which is water soluble and printable to resolutions of about 25 um. Localized selective chemical crosslinking was found to reduce printed ink solubility following deposition. Future work will likely include additional exploration of crosslinkable Langmuir-Blodgett films as MIM insulators. Stability and testing will hinge on the fabrication of enclosures or packages for environmental isolation.
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Valenta, Christopher Ryan. "Microwave-energy harvesting at 5.8 GHz for passive devices." Diss., Georgia Institute of Technology, 2014. http://hdl.handle.net/1853/52295.
Full textAbstract:
The wireless transfer of power is the enabling technology for realizing a true internet-of-things. Broad sensor networks capable of monitoring environmental pollutants, health-related biological data, and building utility usage are just a small fraction of the myriad of applications which are part of an ever evolving ubiquitous lifestyle. Realizing these systems requires a means of powering their electronics sans batteries. Removing the batteries from the billions or trillions of these envisioned devices not only reduces their size and lowers their cost, but also avoids an ecological catastrophe.
Increasing the efficiency of microwave-to-DC power conversion in energy-harvesting circuits extends the range and reliability of passive sensor networks. Multi-frequency waveforms are one technique that assists in overcoming the energy-harvesting circuit diode voltage threshold which limit the energy-conversion efficiency at low RF input powers typically encountered by sensors at the fringe of their coverage area.
This thesis discusses a systematic optimization approach to the design of energy-conversion circuits along with multi-frequency waveform excitation. Using this methodology, a low-power 5.8 GHz rectenna showed an output power improvement of over 20 dB at -20 dBm input power using a 3-POW (power-optimized waveform) compared to continuous waveforms (CW). The resultant efficiency is the highest reported efficiency for low-power 5.8 GHz energy harvesters. Additionally, new theoretical models help to predict the maximum possible range of the next generation of passive electronics based upon trends in the semiconductor industry. These models predict improvements in diode turn-on power of over 20 dB using modern Schottky diodes. This improvement in turn-on power includes an improvement in output power of hundreds of dB when compared to CW.
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Olgun, Ugur. "Efficient Microwave Energy Harvesting Technology and its Applications." The Ohio State University, 2012. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1348776239.
Full text
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Krishnan, Subramanian. "Thin film metal-insulator-metal tunnel junctions for millimeter wave detection." [Tampa, Fla] : University of South Florida, 2008. http://purl.fcla.edu/usf/dc/et/SFE0002759.
Full text
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Berges, Romain. "Dispositif conformable de récupération d'énergie radiofréquence : vers l'autonomie des objets communicants." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0117/document.
Full textAbstract:
Parmi les principaux verrous à lever pour la mise en place de l’IoT, l’un des plus difficiles concerne l’autonomie des objets. Il est en effet difficilement concevable, vu le grand nombre de composants déployés, d’intervenir sur chacun pour remplacer, ou recharger, leur batterie. Dans ce contexte ma thèse a pour objectif de proposer des solutions éco-énergétique afin de rendre tout ou partie autonome des objets communicants, type capteur. Une des solutions est de développer des récupérateurs d’énergie radiofréquences fonctionnant aux fréquences dans la bande ISM, 900 MHz et/ou 2,4 GHz. Grâce aux modules de récupération d’énergie le capteur pourra fonctionner sur une période théoriquement illimitée, grâce à un module de stockage d’énergie embarqué rechargeable. En pratique, la fiabilité de l’élément de stockage définira le temps de vie du capteur, estimé à une vingtaine d’années avec les cellules de stockage rechargeables actuelles. Les solutions existantes dans le commerce sont presque exclusivement développées sur substrat époxy (ou dérivé). Cette solution est généralement robuste et performante. En revanche la rigidité mécanique du substrat réduit l’intégration des nœuds dans notre environnement, elle devient rédhibitoire dans le cas des réseaux corporels. Afin de permettre au capteur autonome de s’intégrer plus facilement, et d’adresser notamment des applications de type biomédicales, celui-ci sera développé sur substrat souple. Cet objectif pose certains défis quant à la maitrise des procédés de fabrication et de report des composants pour les performances des parties radiofréquencesElectronics has undergone an unquestionable evolution in recent years. The progress made gives more efficient circuits and smaller, but especially more and more energy efficient. This evolution, combined with advances in the digital and IT domain, has enabled the expansion of Internet of Things (IoT) applications based on the massive deployment of autonomous wireless communicating sensors. The first generations of sensor could only work during the time of discharge of their battery. One of the proposed ways to extend the autonomy of objects is to use the ambient energy. Several technologies have been developed to optimize the energy harvesting depending on the environment of the sensor. The work of this thesis allows developing RF energy harvesters in three steps. The first part studies antennas structures compatible with the energy harvesting. Each antenna is optimized to either recover more energy or better integrate into the environment. The second step focuses on the RF / DC conversion circuit. The study of different circuits architectures, diodes and number of stages potentially relevant for our application, allowed realising circuits able to work with our antennas. Each circuit was then optimized to increase its conversion efficiency and its sensitivity. The final step was to assemble an antenna with a rectifier to characterize the complete harvester according two different scenarios: opportunistic energy harvesting and energy transfer conditions
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Vandelle, Erika. "Exploration de solutions antennaires et de formation passive de faisceaux pour la récupération et le transfert d’énergie sans fil." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT060.
Full textAbstract:
La récupération d’énergie électromagnétique provenant de sources ambiantes ou intentionnelles, de fréquences allant de 100 MHz à 10 GHz, est apparue ces dernières années comme une solution prometteuse pour développer l’électronique autoalimentée. Cependant, les faibles densités de puissance, généralement plus faibles que 1 μW.cm-2, engendrent de faibles efficacités de redressement et de faibles sensibilités, et la diversité des signaux ambients (direction d’arrivée et polarisation inconnues et variant dans le temps) ne permet pas d’utiliser des antennes directives.Dans cette thèse, les techniques de combinaison de la puissance RF ou DC dans des systèmes de récupération d’énergie à multiples antennes, associées à des structures originales, sont étudiées pour faire face aux différents verrous technologiques. De plus, une nouvelle Figure-de-Mérite, décrivant la capacité d’un système à récupérer de l’énergie ambiante, est développée avec des termes de probabilités représentant la diversité fréquentielle, spatiale et de polarisation des signaux ambiants.La première partie de cette thèse se consacre à la conception d’antennes et de rectennas individuelles efficaces. Des prototypes peu chers et recyclables sont proposés sur un substrat papier grâce à une technique originale de réduction des pertes.Dans la deuxième partie de cette thèse, l’efficacité de conversion RF-DC est améliorée à travers la combinaison de la puissance RF avant le processus de redressement, sans pour autant réduire la couverture spatiale du système. Pour cela, une structure 3D multidirectionnelle de réseaux d’antennes associés à des réseaux interférométriques passifs, pour la formation de faisceaux, est conçue, afin d’obtenir un diagramme de rayonnement multidirectionnel à fort gain. Cette solution inspirée des systèmes de radar et impliquant des matrices de Butler, aboutit à une haute efficacité de conversion RF-DC ainsi qu’à une couverture spatiale optimale. Ainsi, une capacité à récupérer de l’énergie plus grande que celles de l’état-de-l’art est obtenue.La dernière partie de cette thèse propose de remédier à la limite en sensibilité de la combinaison de puissance RF, plus faible qu’avec une combinaison DC en série de la puissance, grâce à un système reconfigurable. Pour cela, des cellules unitaires de rectennas sont conçues afin de former un réseau interférométrique adaptable et extensible, qui offre la possibilité d’obtenir un système hautement efficace et sensible à la fois. Cette solution peut servir à la récupération d’énergie, à la localisation passive et autonome ou à des applications RFIDWireless energy harvesting (WEH) of ambient or intentional electromagnetic power sources of frequency ranging from 100 MHz to 10 GHz, has appeared as a promising solution to develop self-powered electronics in the past decades. However, the low power densities available, usually lower than 1 uW.cm-2, result in a limited RF-to-DC conversion efficiency and sensitivity of the energy harvesting system (rectenna) and the ambient signal diversities (unknown and time-varying direction of arrival, polarization) prohibit the use of directive antennas.In this thesis, the power combination techniques of Radio Frequency (RF) or Direct Current (DC) power in multi-antenna WEH systems, together with original structures, are investigated to address those challenges. Besides, a new Figure-of-Merit (harvesting capability) for rectennas operating in ambient scenarios is derived with probabilistic terms representing the frequency, polarization and spatial diversities of ambient signals.The first part of this thesis focuses on the design of efficient antenna and rectenna elements. Eco-responsible and low-cost prototypes are proposed by using a paper substrate along with an original strategy for the reduction of the losses.In the second part of this work, the rectification efficiency of a WEH system is enhanced through the combination of the RF power prior to the rectification process, without reduction of the spatial coverage. For this, a 3D multidirectional structure of scanning antenna arrays using passive beam-forming networks is designed to obtain a multidirectional high gain aggregate pattern. This radar-inspired solution involving Butler matrices results in a highly efficient RF-to-DC power conversion along with an optimal angular coverage, which leads to a harvesting capability higher than the state-of-the-art.The last part of this work addresses the limited sensitivity of the RF combination technique compared to that obtained with the series DC combination technique thanks to a reconfigurable system. To this end, modular rectenna unit cells are designed to form a scalable and adaptative interferometric beam-forming network, which offers the possibility to achieve a highly efficient and sensitive WEH system. This solution is suitable for low-power energy harvesting, autonomous passive tracking or RFID applications
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Brunel, Damien. "Nano-antennes plasmoniques avec des diodes moléculaires rectifiantes pour la captation d'énergie et la photodétection : synthèse de dérivés de ferrocène par chimie click fonctionnant comme diodes moléculaires pour application rectenna." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2020. http://www.theses.fr/2020AIXM0267.
Full textAbstract:
Le soleil est une source d’énergie inépuisable qui représente une solution dans la lutte contre le changement climatique. Néanmoins les rendements associés à la technologie photovoltaïque restent modérés (< 50%). En reprenant la dualité onde-corpuscule, il est alors possible d’utiliser la lumière comme une onde électromagnétique afin de produire de l’électricité. Un tel outil, nommé rectenna solaire a été décrit théoriquement dès les années 1970. Les rectennas sont constituées d’une antenne et d’une diode. La fabrication physique de ces rectennas était impossible pour l'époque. Récemment, une conception innovante de rectenna issue de l’IM2NP a été développée. L’élément diode de ce dispositif n’avait pas été profondément étudié. Cette thèse décrit ma synthèse la caractérisation de diode moléculaire. Elles sont novatrices, car elles peuvent s’accrocher à deux surfaces métalliques différentes, de manière contrôlée. Ce contrôle se réalise grâce à une réaction chimique de surface nommée chimie click. L’objet de cette thèse est de synthétiser puis de construire nos diodes de manière contrôlée. En détaillant en premier lieu l’objet rectenna et les différents éléments le constituant, puis les outils qui nous serviront à la réalisation de cette diode. Ensuite, les synthèses permettant d’obtenir de nouveaux composés à base ferrocène seront présentées. Pour finir la caractérisation et la mise en œuvre de ses diodes sur un dispositif réel seront abordées. Cette thèse dispose d’un aspect multidisciplinaire où chimistes et physiciens travaillent ensemble pour la réalisation d’un objet en rupture technologique dans la technologie de production d’énergie à partir de lumièreThe sun is an unlimited source of power and seems to be a perfect solution for the fight against global warming. However, this last years, the efficiencies associated to the photovoltaic technologies are moderate (< 50 %). Considering the wave–particle duality, it is possible to use the wave properties of the light in order to produce electricity. Such object called rectenna solar cells was described theoretically in the 70s. The rectenna consists in the association of an antenna with a diode. Experimental realisation of rectenna was impossible in the 70's. Recently innovative design of rectenna solar cells at IM2NP was developed. The diode element in such design was not deeply studied. The subject of this PhD is the synthesis and characterisation of these diodes. It is ferrocene based molecular diodes, so where the molecules act as a diode. They are pioneering since it is possible to anchor them to two different metal surfaces in controlled way. Such control is done by a reaction on the metal surface. The reaction chosen belongs to the click chemistry. The subject of this PhD is the synthesis and the fabrication of molecular diode on metal surface in controlled way. First by describing the rectenna and their components. Secondly describing the tools used in the project to realize the diode. Then the different synthesis of the new ferrocene based molecular diode will be presented. Finally, the characterisation and the fabrication of the diode on real devices will be discussed. This PhD has a multidisciplinary aspect where chemists and physicists work together in order to create an object in technological rupture in technology of production of electricity
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黄, 勇. "マイクロ波無線送電に適用した超広負荷範囲に対応できるレクテナの開発." Kyoto University, 2015. http://hdl.handle.net/2433/199523.
Full text
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Ababneh, Majdi M. "Design of Micro-Scale Energy Harvesting Systems for Low Power Applications Using Enhanced Power Management System." Scholar Commons, 2018. http://scholarcommons.usf.edu/etd/7117.
Full textAbstract:
The great innovations of the last century have ushered continuous progress in many areas of technology, especially in the form of miniaturization of electronic circuits. This progress shows a trend towards consistent decreases in power requirements due to miniaturization. According to the ITRS and industry leaders, such as Intel, the challenge of managing and providing power efficiency still persist as scaling down of devices continues. A variety of power sources can be used in order to provide power to low power applications. Few of these sources have favorable characteristics and can be designed to deliver maximum power such as the novel mini notched turbine used as a source in this work. The MiNT is a novel device that can be used as a feasible energy source when integrated into a system and evaluated for power delivery as investigated in this work. As part of this system, a maximum power point tracking system provides an applicable solution for capturing enhanced power delivery for an energy harvesting system. However, power efficiency and physical size are adversely affected by the characteristics and environment of many energy harvesting systems and must also be addressed. To address these issues, an analysis of mini notched turbine, a RF rectenna, and an enhanced maximum power point tracking system is presented and verified using simulations and measurements. Furthermore, mini notched energy harvesting system, RF rectenna energy harvesting system, and enhanced maximum power point tracking system are developed and experimental data analyzed. The enhanced maximum power point tracking system uses a resistor emulation technique and particle swarm optimization (PSO) to improve the power efficiency and reduce the physical size.
This new innovative design improves the efficiency of optimized power management circuitry up to 7% compared to conventional power management circuits over a wide range of input power and range of emulated resistances, allowing more power to be harvested from small energy harvesting sources and delivering it to the load such as smart sensors. In addition, this is the first IC design to be implemented and tested for the patented mini notched turbine (MiNT) energy harvesting device.
Another advantage of the enhanced power management system designed in this work is that the proposed approach can be utilized for extremely small energy sources and because of that the proposed work is valid for low emulated resistances. and systems with low load resistance Overall, through the successful completion of this work, various energy harvesting systems can have the ability to provide enhanced power management as the IC industry continues to progress toward miniaturization of devices and systems.
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Ibrahim, Rony. "Focalisation des ondes électromagnétiques pour la transmission d'énergie sans fil." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEI109.
Full textAbstract:
La plupart des développements récents dans la transmission d'énergie sans fil utilisant des ondes électromagnétiques se concentre sur les systèmes de récupération de l'énergie électromagnétique par les systèmes sans fil, tels que les réseaux WiFi. Cependant, la nature intermittente et imprévisible de ces sources ambiantes rend la récupération d'énergie critique pour certaines applications. Dans ce contexte, le transfert d'énergie sans fil sur des distances considérables grâce aux micro-ondes permet le réveil à distance et l'alimentation durable des dispositifs électroniques se trouvant dans une myriade d'applications omniprésentes dans un mode de vie en évolution constante. L'alimentation d'un dispositif électronique sans fil élimine la nécessité de batterie, ce qui réduit sa taille et son coût. Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans la thématique de la Transmission d'Énergie Sans Fil (TESF) dans les milieux intérieurs. Dans les scénarios où l'énergie est transmise volontairement par des microondes, les systèmes utilisant des ondes continues ne sont pas nécessairement les plus efficaces. L'objectif est de réaliser un système complet de TESF avec la focalisation des ondes électromagnétiques (EM) sur le récepteur afin d'augmenter le rendement du transfert énergétique global. Les études présentées durant cette thèse montrent que la technique du Retournement Temporel (RT) se trouve être optimale pour la focalisation des ondes EM. Sa mise en œuvre s'effectue en deux phases. Dans une première phase dite phase d'apprentissage, une impulsion de faible énergie est transmise par une antenne à un autre endroit du milieu. L'antenne réceptrice enregistre un signal constitué d'une succession d'impulsions retardées, plus ou moins atténuées, et liées aux réflexions dans le milieu. Dans une deuxième phase, appelée phase de focalisation, un signal de haute énergie construit à partir du retournement temporel du signal enregistré est transmis par l'une des antennes. À l'aide de cette approche, il en résulte que le signal retourné temporellement se focalise spatio-temporellement sur l'antenne réceptrice sous forme d'une onde pulsée (PW). Ces propriétés sont particulièrement importantes pour la TESF. Au niveau du circuit récepteur, la rectenna (antenne-redresseur) est le dispositif permettant de capter et convertir les PW focalisées en tension continue. Dans ce projet de recherche, une nouvelle rectenna à base des diodes Schottky avec une architecture de doubleur de courant a été conçue, développée et optimisée afin de garantir les performances optimales de conversion des PW. Des mesures expérimentales réalisées démontrent un fonctionnement très performant prédit par la procédure de conception. De plus, les performances obtenues se distinguent parfaitement vis-à-vis de résultats recensés dans l'état de l'art, ce qui fait de ces travaux une innovationMost recent developments in Wireless Energy Transmission (WET) using electromagnetic (EM) waves focus on designing systems to recover the electromagnetic energy lost by common wireless systems such as Wi-Fi networks. However, the intermittent and unpredictable nature of these ambient sources makes harvesting energy critical for some applications. Hence, the WET over considerable distances using microwaves appears in this context allowing the remote wake-up and wireless powering of electronic devices in a myriad of applications that are a part of the constantly evolution of the way of life. Wireless powering of an electronic device eliminates the need of the battery, which reduces its size and cost. The work presented in this thesis belong to the WET in indoor environments field. When energy is voluntarily transmitted by microwaves, systems using continuous waves are not necessarily the most efficient. The aim of this research project is to achieve a complete WET system by focusing of EM waves at the receiver in order to increase the overall energy transfer efficiency. The studies presented during this thesis show that the time reversal technique (TR) is optimal for the focusing of EM waves. The procedure is carried out in two stages. In the first stage called \textit{learning stage}, a low energy pulse is transmitted by an emitting antenna. Another antenna placed in other location in the medium receives and records a signal made of a succession of delayed pulses, more or less attenuated, and related to reflections on the environment. In a second stage called \textit{focusing stage}, a high-energy signal constructed from the time reversal of the recorded signal is transmitted by one of the antennas. Using this technique, it results that the temporally inverted signal focuses spatio-temporally on the receiving antenna in the form of a Pulsed Wave (PW). These properties are particularly important for the WET. At the receiver circuit, the \textit{rectenna} (rectifying antenna) is the device for capturing and converting focused PW to DC voltage. In this research project, we introduce a novel rectenna design based on Schottky diodes with a current-doubler topology designed, developed and optimized to ensure optimum conversion performance of PW. Experimental measurements demonstrate good performance predicted by the design procedure. Moreover, the performances obtained are perfectly distinct from those found in the state of the art, making this work an innovation in WET domain
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Kanoun, Mariem. "Contribution à l'étude et à la conception d'un système de transfert et de récupération d'énergie électromagnétique à 5.8 GHZ." Thesis, Poitiers, 2019. http://www.theses.fr/2019POIT2310.
Full textAbstract:
Le travail présenté dans ce mémoire de thèse s’inscrit dans le cadre de la réalisation d’un système de transfert et de récupération d’énergie électromagnétique (EM) pour l’approvisionnement en énergie d’un Réseaux de Capteurs Sans Fil (RCSF). Ce système repose sur le principe de la formation de faisceaux appelée « Beamforming » afin de pointer le faisceau de l’onde EM dans la direction du nœud capteur à recharger. Dans la première partie de ce travail, la conception et l’implémentation d’un déphaseur actif à la fréquence de 5,8 GHz, totalement intégré en technologie BiCMOS SiGe:C 0,25 µm, pour la formation de faisceaux ont été présentées. Ce déphaseur est basé principalement sur l’association originale d'un Oscillateur Contrôlé en Tension (OCT) verrouillé par injection et d’un modulateur IQ. Le circuit a été fabriqué et les mesures montrent un contrôle continu du déphasage de 360°. Associé à une antenne élémentaire, ce déphaseur permet de couvrir la totalité de l’angle de dépointage du diagramme de rayonnement lorsque ces circuits seront intégrés dans un réseau antennaire. Dans la deuxième partie, la conception et la réalisation d’un système de récupération d’énergie EM à la fréquence de 5,8 GHz ont été exposées. Après avoir détaillé la méthodologie de conception du circuit redresseur en technologie micro-ruban, le prototype a été fabriqué, mesuré et validé. La dernière étape a consisté en la mise en application d’un système de Transmission d’Energie Sans Fil (TESF). Le circuit « rectenna » a ainsi été associé à un module de gestion d’énergie du commerce afin d’alimenter une charge résistive modélisant le comportement d’un capteur. Le système global a été caractérisé expérimentalement au laboratoire et les mesures ont démontré des résultats prometteursThe work presented in this thesis is a contribution to the design of a Wireless Power Transfer system (WPT) as a reliable source to supply “Wireless Sensor Network” (WSN). The beamforming concept is used to efficiently transfer the energy wirelessly by focusing the radiation pattern toward each sensor forming the WSN. In the first part of this work, the design and the implementation of a fully integrated active phase shifter, in a BiCMOS SiGe:C 0,25 µm technology, for beamforming was presented. This phase shifter is based on an original architecture using an Injection-Locked Oscillator (ILO) associated with an in-phase/quadrature (IQ) modulator.The circuit was manufactured and the measurement results show a continuously controlled 360° phase shiftrange. Applied to each element of the antenna array, this phase shifter covers the entire beam-scanning range of the radiation pattern. In the second part, the design and implementation of an RF energy harvester system at 5.8 GHz is presented. After detailing the design methodology of the rectifier circuit in microstrip technology, the prototype was manufactured, measured and validated. Finally, the "rectenna" was combined to a commercial power management circuit to supply a resistive load emulating the behaviour of a sensor. The complete WPT system was tested experimentally in the laboratory and excellent performances are demonstrated
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Peter, Thomas. "Optically transparent UWB antenna for wireless application & energy harvesting." Thesis, Brunel University, 2012. http://bura.brunel.ac.uk/handle/2438/7024.
Full textAbstract:
Transparent UWB antennas have been the focus of this PhD research. The use of transparent UWB antennas for stealth and energy harvesting has been the underlying applications that have given impetus to this research. Such transparent antennas being built on materials that are discreet, flexible, conformal, conductive and having the ability to provide good antenna performance on glass to serve as the ‘last mile’ link in subsequent generation communications after 4G have been the basis for this contention. UWB in this regard is able to provide the transmission and reception of high data rates and fast video transmission that is an elementary demand of even a 4G wireless communications system. The integration of UWB antennas with photovoltaic to provide integral energy harvesting solutions that will further enhance the value of the UWB system in terms of cost effectiveness and performance are thus the basis of this work. This work hence starts with the study of a transparent conductive oxide polymer, AgHT and its properties, and culminates in the development of a transparent UWB antenna, which can be integrated with photovoltaic for window glass applications on homes and buildings. Other applications such transparent antennas can find use for like on-body wireless communications in healthcare monitoring was also analysed and presented. The radar absorbing material (RAM) property of the AgHT was investigated and highlighted using CST simulation software, as no measurement facilities were available. The transparent UWB antenna in lieu of the inherent absorbent property of the AgHT material is thus able to exhibit stealth characteristics, a feature that would be much desired in military communications. Introduction of a novel method of connecting the co-axial connector to the feed of the antenna to improve gain and efficiency of transparent polymer based antennas and the development of a UWB antenna that maintains its Omni-directional characteristic instead of becoming directional on an amorphous silicon solar cell are presented as some of the contributions for this research work. Some preliminary analysis on the impact of glass on UWB antennas for video transmission and how to improve transmission is presented. The ability of the conductive part of the antenna radiator to be used as a RF and microwave harvester and how it can further add value to a transparent UWB antenna is presented by way of experimental data. Finally yet importantly, this thesis presents some insight into how transparent antennas may be used in Green Technology Buildings to provide an integrated solution for both wireless communications and energy harvesting as part of the future work. Improvement to the aesthetics of the external appearance of residential buildings through the integration of transparent satellite dish onto solar panels on rooftops is also discussed and illustrated as part of this future work.
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Haboubi, Walid. "Développements de circuits Rectennae bi-polarisation, bi-bande pour la récupération et conversion d’énergie électromagnétique à faible niveau." Thesis, Paris Est, 2014. http://www.theses.fr/2014PEST1089/document.
Full textAbstract:
L'amélioration de l'autonomie énergétique des systèmes communicants constitue aujourd'hui une des préoccupations majeures pour leur déploiement massif dans notre environnement. On souhaite rendre complètement autonome ces dispositifs électroniques (on pense entre autres aux capteurs et réseaux de capteurs) en s'affranchissant des sources d'énergie embarquées qui nécessitent des opérations de remplacement ou de recharge périodiques. Parmi les sources d'énergie disponibles qui peuvent être exploitées, on trouve les ondes électromagnétiques. Le dispositif qui permet de capter cette énergie et la convertir en puissance continue utile est dénommé Rectenna (Rectifying antenna) qui associe une antenne de captation à un circuit de rectification à base de diodes. Les rectennae ont fait l'objet d'un nombre important de communications dans la littérature ces dernières années avec pour fil conducteur, la recherche de performances optimales compte tenu de l'atténuation des ondes électromagnétiques et des faibles niveaux de champ récupérés. C'est dans ce contexte que s'est déroulé ce travail de thèse dont le financement a été assuré par un contrat ANR (REC-EM).Dans ce travail, on s'est attaché à développer, à concevoir et à caractériser expérimentalement des structures planaires qui présentent des propriétés intéressantes :- En terme de polarisations orthogonales, ceci de façon à s'affranchir de l'orientation arbitraire de l'onde incidente à la rectenna. Une rectenna à double polarisation circulaire à 2.45 GHz et à double accès sera réalisée pour, de plus, s'affranchir de la perte de 3 dB lorsque l'onde récupérée est à polarisation linéaire à orientation arbitraire.- En termes de résonances multiples, ceci pour augmenter le niveau de puissance récupérée par l'antenne et optimiser la puissance continue convertie. Une rectenna à double fréquence (1.8 et 2.45 GHz) et à accès unique sera conçue ainsi qu'une rectenna constituée d'un réseau de deux antennes double fréquence.- En terme de réduction de taille en s'affranchissant de l'utilisation du filtre HF entre l'antenne et le circuit de conversion ceci pour l'ensemble des structures rectennae développées dans ce travail. Dans tous les cas, il sera nécessaire de développer le circuit de rectification le plus adapté à la topologie de l'antenne de captation et évaluer la technique de recombinaison optimale coté DC pour s'affranchir au mieux des déséquilibres qui peuvent apparaître entre les voies d'accès de l'antenne. Pour contenir les dimensions de la structure globale, des circuits mono diode seront dimensionnés et réalisés pour chacune des structures. Enfin, on exploitera l'antenne à double polarisation circulaire double accès, dont on cherchera à diminuer les dimensions, pour alimenter un capteur de température à affichage LCD. Pour augmenter le niveau de tension nécessaire au fonctionnement du capteur, nous associerons entre la rectenna et le capteur un convertisseur DC-DC. Il s'agit, dans ce cas, d'un dispositif de gestion d'énergie adapté pour les faibles puissances. Deux convertisseurs seront employés dont celui développé par les laboratoires Ampère de l'Ecole Centrale de Lyon et SATIE à l'ENS Cachan. Ce convertisseur a fait l'objet d'une thèse également financée par l'ANR dans le cadre de ce contrat REC-EMImproving energy autonomy of communication systems constitutes one of the major concerns for their massive deployment in our environment. We want to make these electronic devices (sensors and sensor networks) completely autonomous, avoiding the embedded energy sources that require replacement operations or periodic charging. Among the available energy sources that can be harvested, there are electromagnetic waves. The device that can capture this energy and convert it into useful DC power is called Rectenna (Rectifying antenna), combining antenna with diode-based rectifier. In recent few years, rectennas have reached a significant number of papers in the literature. The main challenge consists in improving performances in term of efficiency, in an attempt to overcome the electromagnetic wave attenuation and the low available field level. According to this context, this PhD work supported by the ANR project REC-EM has taken place. In this study, we have developed, designed and characterized planar structures that have interesting properties:- In term of orthogonal polarizations, so energy harvesting becomes feasable regardless the arbitrary orientation of the incident wave on the rectenna. A dual-circularly polarized rectenna at 2.45 GHz with dual-access will be set up to overcome the 3 dB power loss in the case of linearly-polarized incident wave with unknown orientation.- In term of multiple resonances, so the amount of total RF power collected by the antenna can be increased and consequently the converted DC power level can also be improved. A dual-frequency rectenna (1.8 and 2.45 GHz) with single access will be designed, as well as a rectenna based upon a dual-frequency antenna array.- In term of size compactness by avoiding the use of the HF filter between the antenna and the rectifier for all developed rectenna structures during this work. In all cases, it will be necessary to define the most suitable rectifier topology to each antenna and select, if it is appropriated, the optimum DC recombination technique to overcome the effects of RF power imbalance that may occur between the different antenna accesses. Besides, single-diode circuits will be designed and fulfilled for each structure. Finally, we will miniaturize the dual-circularly polarized dual-access antenna, and exploit it to power a LCD display temperature sensor. To enhance the DC voltage level required to activate the sensor, a DC-DC converter is inserted between the rectenna and the sensor. Such energy management device should be able to operate under low delivered DC power. Two converters will be used. The first one is developed by Ampere Lab at Ecole Centrale de Lyon and SATIE Lab at ENS Cachan. This converter was the subject of another dissertation also supported by the ANR under the REC-EM project
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Zhou, Yuwei. "Contribution à la récupération de l'énergie électromagnétique ambiante pour les objets communicants autonomes." Nantes, 2013. http://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show.action?id=1662e015-4123-47ef-a212-53bb99182204.
Full textAbstract:
Les travaux de cette thèse sont axés sur la récupération de l’énergie électromagnétique ambiante en vue d’améliorer la durée de vie des objets communicants autonomes. Les émissions radiofréquences de la téléphonie mobile et sans fil, du wifi et éventuellement de la radio et la télévision peuvent être captées et transformées en tension continue pour alimenter des systèmes nomades tels que les téléphones portables, les capteurs sans fils de données environnementales, les ordinateurs, etc. Une antenne large bande ou multi-bande associée à un circuit de redressement haute fréquence, à base de diode Schottkydoit être optimisée pour la réception et le redressement des puissances faibles de ces émissions (de l’ordre de quelques micro watt par cm²). Un travail important sur l’optimisation à la fois dans le domaine de fréquence et surtout dans le domaine de puissance est effectué dans cette thèse. Les simulateurs hautes fréquences circuit ADS et électromagnétique HFSS sont utilisés pour concevoir les antennes redresseuses. Les rendements de conversion obtenus suite aux travaux de cette thèse placent le laboratoire au niveau de l’état de l’art internationalThe research works of this thesis are focused on the ambient electromagnetic energy harvesting to improve the life time of wireless autonomous devices. The waves produced by cellular telephones, Wireless Internet and also radio and television transmissions may be captured and rectified to produce a continuous voltage able to supply mobile phones, environment data sensors, computers, etc. Broadband or multiband antennas, combined to a high frequency rectifying circuits with Schottky diodes must be optimized for the reception and rectifying of a very low level electromagnetic power (about a few micro watts per cm2). In this thesis, an important optimization work is done in frequency domain and especially in power domain. The high frequency circuit simulator ADS and high frequency electromagnetic simulator HFSS, are used to design the rectenna. The obtained conversion efficiencies place our laboratory in the international state of the art in electromagnetic energy harvesting