Etude et Conception des Systèmes de Collecte d'énergie RF et micro-ondes

Study and realization of RF and microwave energy harvesting systems

• Auteur / Autrice : Chemseddine Benkalfate
• Direction : Achour Ouslimani, Mohammed Feham, Abed-Elhak Kasbari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique et électronique - Cergy
• Date : Soutenance le 18/10/2022
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université en cotutelle avec Université Aboubekr Belkaid de Tlemcen (Tlemcen, Algérie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : QUARTZ (ECS, L@RIS, LISMMA)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Achour Ouslimani, Mohammed Feham, Abed-Elhak Kasbari, Zhirun Hu, Malika Kandouci, Panagiota Morfouli, Anja Skrivervik, Samir Kameche
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Zhirun Hu, Malika Kandouci

Mots clés

Mots clés libres

Collecte d'énergie RF et micro-Ondes

Antennes

Circuit d'adaptation d'impédance

Circuit de redressement (redresseur)

Commutateur

RF Energy Harvesting

Antennas

Impedance Matching Network

Rectifiers

Switch

Résumé

Les systèmes embarqués mobiles nécessitent une autonomie énergétique. De nombreux laboratoires travaillent actuellement sur des solutions pour assurer l'autonomie de ces systèmes et c'est dans cette direction que nous avons orienté les travaux de cette thèse. Nous proposons des systèmes de récupération d'énergie RF de taille réduite pour pouvoir les implanter dans des systèmes embarqués et/ou mobiles miniaturisés à faible consommation d'énergie. Dans ces systèmes, l'énergie RF des réseaux sans fil et mobiles (GSM, DCS, UMTS, Wifi et LTE) est transformée en une énergie continue, permettant d'augmenter l'autonomie des systèmes mobiles. Le travail de thèse vise à étudier les systèmes de récupération d'énergie RF miniaturisés. Les systèmes de récupération d'énergie RF sont principalement composés d'antennes, de circuits d'adaptation d'impédance et de circuits redresseurs. L'étude s'est d'abord concentrée sur ces trois blocs séparément, puis sur les systèmes complets. De nombreuses architectures d'antennes et de systèmes ont été proposées, conçues et mises en œuvre. Des résultats intéressants ont été obtenus. Le système proposé fournie une efficacité maximale de 71,25 % et une puissance continue maximale de 5,2 mW. Le système de récupération d'énergie RF a été appliqué pour alimenter différents types de capteurs.

Mobile embedded systems require energy autonomy. Many laboratories are currently working on solutions to ensure the autonomy of these systems and it is in this direction that we have oriented the work of this thesis. We propose RF energy harvesting systems for low power consumption applications. These systems must be compact in order to be implemented in miniaturized embedded and/or mobile systems. In these systems, RF energy coming from wireless and mobile networks (GSM, DCS, UMTS, Wi-Fi and LTE) is transformed into DC energy, thus increasing the autonomy of mobile systems. This thesis aims to study miniaturized RF energy harvesting systems which are mainly composed of antennas, impedance matching circuits and rectifier circuits. The study focused first on these three blocks separately and then on the complete systems. Numerous antenna and system architectures were proposed, designed and implemented. Interesting results were obtained. The proposed system achieved a maximum efficiency of 71.25% and a maximum DC power of 5.2 mW. The RF energy harvesting system was applied to feed different types of sensors.