Conception et réalisation de systèmes de récupération et de transfert d’énergie électromagnétique pour l’autonomie des nœuds communicants de réseaux de capteurs sans fil

Design and fabrication of rectennas for Wireless Power Transfer (WPT) and RF energy harvesting

• Auteur / Autrice : Abdel hadi Hobballah
• Direction : Michèle Lalande, Romain Négrier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des Hautes Fréquences, Photonique et Systèmes
• Date : Soutenance le 20/12/2022
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Limoges ; 2022-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM (Brive, Limoges, Poitiers ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Prigent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michèle Lalande, Romain Négrier, Hakim Takhedmit
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tân-Phu Vuong, Valérie Vigneras
• DOI : 10.70675/91500872zfcfcz4160z9b16zfeaed05f857b

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert d'énergie sans fil

Réseaux de capteurs (technologie)

Ondes électromagnétiques

Antennes hyperfréquences

Convertisseurs électriques

Mots clés libres

Transmission d’Énergie Sans Fil (TESF)

Récupération d’énergie

Rectennas

Antennes à lentille diélectrique

Antennes boucles

Structures fractales

Conversion RF-DC

DC-DC boost

Wireless Power Transfer (WPT)

Energy harvesting

Rectennas

Dielectric lens antennas

Loop antennas

Fractal antennas

RF-DC conversion

DC-DC boost

Résumé

Les travaux exposés dans ce manuscrit s’inscrivent dans la conception électromagnétique et la réalisation de rectennas pour rendre un nœud de capteurs autonome en énergie : l’utilisation d’une source microonde dont on maîtrise la fréquence et le niveau généré et le moissonnage d’énergie ambiante en particulier aux fréquences GSM. Une première rectenna fonctionnant à 5 GHz a été développée, elle est constituée d’une antenne à lentille diélectrique et d’un circuit de conversion RF-DC. Le système global constitué de l’antenne, du circuit de redressement et d’un convertisseur DC-DC de type boost a été utilisé pour recharger la batterie d’un nœud de capteur. Cette expérience a permis de recharger une batterie de 6 mV/hr. Une deuxième rectenna permettant le moissonnage d’énergie à la fréquence GSM 900 MHz a été développée. Elle est constituée d’une antenne boucle fractale de type Minkowski et d’un circuit de conversion RF-DC. Après sa réalisation et sa mesure, elle a été combinée au dispositif DC-DC pour recharger la batterie du nœud de capteur. Cette deuxième expérience a permis de recharger la batterie de 1,4 mV/hr.

The work presented in this manuscript concerns the design and the fabrication of rectennas for Wireless Power Transfer (WPT) and RF energy harvesting. These two applications are used in this work for the same objective of making a sensor node energy self-sufficient. This property avoids the charging of batteries on inaccessible sites and limits human intervention. For WPT application, a first rectenna operating at 5 GHz was developed. It consists in a dielectric lens antenna and a RF-DC conversion circuit. The developed rectenna was combined with a DC-DC boost charger to wirelessly charge the battery of a sensor node. This experiment has enabled the battery to be charged with 6 mV/hr. Regarding the RF energy harvesting application, a second rectenna operating at the GSM 900 MHz frequency was developed and used. It consists in a fractal loop antenna and a RF-DC conversion circuit. The ambient RF energy harvesting was carried out with this new rectenna and it has combined with the DC-DC boost to charge the battery of the sensor node. This new experiment showed that the voltage across the battery has increased 1.4 mV/hr.