69 4.16 Effet de l'impédance de l'antenne sur la tension de sortie de la redresseuse avec filtre Pi 70 4.18 Effet de l'impédance de l'antenne sur la tension de sortie de la redresseuse avec filtre T.
Origine du problème
Les solutions potentielles
Le stockage local consiste en un supercondensateur qui se recharge pendant les phases normales de fonctionnement. Ces directives imposent notamment une consommation électrique en mode veille des appareils électroniques, limitée à 1 W ou 2 W en 2010 et 0,5 W ou 1 W en 2013.
Projet Remote Wake-Up (RWU)
Objectif du projet
Le stockage local d'énergie (capacité qui sera rechargée lors des phases normales de fonctionnement du système ou de la batterie) alimentera cet étage de démodulation. Les gains sont significatifs (en vert), principalement liés à la réduction de la consommation d'énergie en phase d'utilisation.
Organisation et positionnement
Cependant, ce plancher ne devrait pas être alimenté par le réseau énergétique de l'infrastructure. Le niveau d'énergie captée peut être insuffisant pour alimenter l'étage de démodulation et fermer le disjoncteur.
Verrous technologiques
D'un point de vue organisationnel, le projet RWU est financé sur le Fonds Unifié Interministériel1 (FUI). Le consortium RWU est composé de plusieurs partenaires industriels et laboratoires de recherche.
Plan du manuscrit
Le chapitre 6 proposera un concept innovant de récepteur d'énergie électromagnétique adaptatif et ses avantages dans le cas de l'alimentation sans fil d'un capteur isolé. Ce chapitre fournit les dernières nouveautés en matière de transmission d'énergie sans fil.
Historique
En 1975, le Jet Propulsion Lab (JPL) de Goldston a accueilli la plus grande démonstration de transfert d'énergie sans fil à ce jour (Figure 2.3). Le projet SPS1 est de loin le projet le plus célèbre et le plus ambitieux qui utilise le concept de transfert d'énergie sans fil.
Techniques de transmission d’énergie sans fil
Le couplage magnétique inductif
Dans le même temps, l'augmentation continue des niveaux de champs électromagnétiques environnementaux ouvre la possibilité de récupérer l'énergie ambiante dans certains cas. Inductance de casque M11 ; Inductance M22 de la bobine réceptrice ; M12=M21 inductance mutuelle des deux bobines ; k coefficient de couplage entre les deux bobines.
Le couplage magnétique résonant
Il a également été prouvé que si une structure de résonance intermédiaire est introduite entre l'émetteur et le récepteur, l'efficacité du transfert d'énergie ainsi que la distance enjambable sont significativement augmentées [Kimet al., 2011]. FIGURE 2.10 – Configuration d'un système de transmission d'énergie par couplage magnétique résonant avec une bobine intermédiaire [Kimet al., 2011] une bobine intermédiaire [Kimet al., 2011].
Le transfert radiatif
- Conversion DC-RF
- Propagation des ondes électromagnétiques en espace libre
- Conversion RF-DC
- Les antennes
Il est donc plus approprié d'utiliser le paramètre τ pour calculer la puissance reçue ou l'efficacité de transmission de l'onde [Brown, 1974]. La puissance récupérée par l'antenne réceptrice sur l'onde incidente est une image de l'énergie portée par l'onde.
Topologies de rectennas faible puissance
Topologies de circuits
- La topologie série
- La topologie shunt
- Le doubleur de tension
- La structure en pont
- Rectennas à base de transistors MOSFET
Lors de l'alternance positive, la diode D1 se bloque et l'énergie est transférée de la source et du filtre d'entrée vers le filtre de sortie, qui joue le même rôle que dans le cas de la structure à une seule diode connectée en série. La topologie de doublement de tension (figure 2.21) peut être vue comme une superposition de la structure série et de la structure shunt décrites précédemment.
Conclusion
Un cahier des charges fonctionnel est basé sur les applications envisagées par les utilisateurs du système, conformément à leurs produits respectifs. Les limitations issues du cadre des applications potentielles donnent lieu à des spécifications techniques qui déterminent les performances à atteindre au niveau de chaque sous-ensemble de l'ensemble.
Cahier de charges fonctionnel du système
Applications domotiques
Critères techniques : la télécommande doit pouvoir s'intégrer dans tous les formats, idéalement elle est omnidirectionnelle. Critères techniques : la télécommande doit être intégrée à un détecteur de présence lorsque le récepteur est branché.
Applications automobile
L'utilisation d'un serveur média s'apparente à celle de la télévision, des décodeurs ou des chaînes Hifi. Le temps de réponse est de 0,3 s dans la zone immédiate (pour le retour) et de plusieurs secondes pour le reste de la maison.
Autres applications
Dans ce type d'application, le problème est le même que ci-dessus, sauf que dans ce cas le produit à réveiller dispose d'un système radio qui peut valider la commande de réveil et éventuellement communiquer avec la télécommande pour les besoins de l'application . La télécommande doit fonctionner sur piles (idéalement type AA ou AAA) en fonctionnement nomade ou à partir d'une tension maximale de 3,3V.
Cahier des charges technique du système
Eléments constituants du système
- Principe de fonctionnement
- Emission
- Bilan de liaison
- Réception
Le circuit redresseur aura une impédance caractéristique égale à la conjuguée de l'impédance de l'antenne de réception. La quantité d'énergie nécessaire pour fermer l'interrupteur de puissance ne doit pas dépasser 0,2 µJ (60 nC sous 3 volts à la grille du MOS de puissance).
Scénarios de réveil
Scénario 1 : Full passif
Dans ce scénario, en plus de récupérer la quantité d'énergie nécessaire pour alimenter l'étage de démodulation (environ 1 µJ), il faut garantir un niveau de tension continue d'environ 2 V au moins afin de pouvoir contrôler directement la grille d'énergie. passer. Les redresseurs fabriqués jusqu'à présent ont besoin d'un niveau de puissance accidentelle de l'ordre de 0 dBm pour atteindre ce niveau de tension continue.
Scénario 2 : Semi Actif
Un MOS de puissance nécessite environ 0,2 µJ d'énergie à sa grille pour commuter. Comme mentionné précédemment, un MOS de puissance a besoin d'environ 0,2 µJ d'énergie à sa grille pour commuter, et un récepteur radio a besoin de 1 µJ.
Conclusion
Choix des composants
- Les éléments actifs
- Les éléments passifs
La figure 4.1 montre une vue en coupe de la diode Schottky et de son circuit équivalent. La relation tension-courant de la diode est donnée par : I=IS·. 4.2) La figure 4.2 donne le circuit équivalent complet de la diode incluant les éléments parasites LP et CP.
Outils de simulation
- Analyse temporelle
- S-Parameter
- Analyse Harmonic Balance
- Large Signal S Parameter (LSSP)
- Momentum
L'analyse HB présente des avantages par rapport à la simulation temporelle, en particulier dans le cas des circuits à haute fréquence [Agilent Technologies, 2004a]. Leur utilisation dans le domaine temporel a créé des problèmes de précision, de causalité ou de stabilité.
Procédure de conception
Le but est de dimensionner un filtre simple à l'entrée de la structure pour obtenir une adaptation d'impédance de 50 W entre l'antenne et le reste du circuit redresseur. Le diagramme de Smith confirme que l'impédance du circuit avec le filtre passe par le point d'impédance de 50 W à 2,45 GHz.
Comparaison de structures (RFoM)
Cependant, ces dispositifs nécessitent un niveau de tension incidente minimal pour pouvoir exploiter l'énergie incidente. Le niveau de tension continue à la sortie de la redresseuse doit donc également être pris en compte.
Influence de l’impédance d’antenne
Étude en simulation
- Structure mono-diode série avec inductance d’entrée
- Structure mono-diode série avec filtre d’entrée en Pi
- Structure mono-diode série avec filtre d’entrée en T
- Autres structures et topologies de filtres
Nous nous intéresserons ensuite à l'influence de la valeur de l'impédance d'antenne sur le niveau de. FIGURE 4.18 – Influence de l'impédance de l'antenne sur la tension de sortie de la rectenna avec un filtre en T (simulation HB, Pin=-15 dBm, fr=2,45 GHz).
Validation expérimentale préliminaire
- Circuit mono-diode à filtres hybrides
- Stubs en technologie micro-ruban
Certaines structures et filtres présentent également l'avantage d'être relativement insensibles (dans une certaine plage de valeurs) à la valeur de l'impédance d'antenne (cf. un filtre T ou Pi sur une structure monodiode série). Le deuxième circuit a été optimisé en ajoutant un degré de liberté supplémentaire formé par l'impédance de l'antenne.
Circuit doubleur de tension à filtres hybrides
- Transformateur d’impédance
- Formes d’ondes temporelles
- Étude du rendement de conversion
- Résultats des mesures expérimentales
- Protocole expérimental
- Comparaison expérimentale des structures
Le niveau de tension est tracé par rapport à la fréquence pour une puissance d'entrée de -15 dBm. Les résultats de la mesure de la tension de sortie en fonction de la puissance directe sont donnés à la figure 4.39.
Effet des dispersions sur les composants
EFFET DES DISTRIBUTIONS DANS LES COMPOSANTS 87 Cette amélioration se traduit par une autonomie qui double pour un même niveau de puissance. FIGURE 4.42 – Simulation Monte Carlo sur doubleur rectenna avec filtres hybrides (gauche) et doubleur rectenna avec composants SMD (droite) pour Pin=-15 dBm et une plage de variation de ±10% sur doubleur à composants SMD (droite) pour Pin=-15 dBm et une plage de variation de ±10% dans les dimensions des composants et des traces.
Conclusion
Sauts de fréquence
Les avantages d'une telle implémentation seraient la facilité d'implémentation de la partie logique à l'aide de portes logiques standards. La plupart des filtres de ce type sur le marché couvrent toute la bande ISM.
Démodulateur intégré
- Architecture identifiée
- Discussions sur la faisabilité en HCMOS9RF
Dans [Pletcheret al., 2009], une nouvelle architecture de récepteur est proposée pour les applications de sillage. L'amplification est réalisée en FI, beaucoup moins énergivore que l'amplification en fréquence RF [Pletcher et al., 2008].
Démodulateur discret
L'étage de démodulation est constitué du redresseur utilisé comme détecteur à diode, de l'amplificateur et du microcontrôleur. Le signal de l'amplificateur est envoyé à l'entrée du convertisseur analogique-numérique du microcontrôleur.
L’interrupteur de puissance à auto-maintien
FIGURE 5.14 – Évolution des pertes dans T2 en fonction de la puissance absorbée par la charge de grille du transistor T2. FIGURE 5.15 – Évolution des pertes en P1 en fonction de la puissance absorbée par la charge du circuit de puissance.
Test du système de réveil
Pour ce type d'appareil, l'essentiel de la consommation est constitué de pertes en veille (utilisation de la même alimentation pour le moteur et pour le récepteur radio). Cependant, il convient de noter que ce dispositif n'a d'intérêt que si le dispositif à réveiller a un mode d'utilisation dans lequel les phases de veille sont importantes par rapport aux phases de fonctionnement, comme les exemples d'applications possibles évoqués ci-dessus.
Conclusion
Transfert intentionnel d'énergie à l'aide d'un émetteur avec une antenne directionnelle, comme une parabole [Thongsopaet al., 2007] [Gardelliet al., 2004]. Transmettez délibérément l'énergie à travers un émetteur plus compact placé près de la zone du capteur (Figure 6.1(b)).
Topologies de rectennas utilisées
Rectenna mono-diode série
FIGURE 6.4 – Résultats de la simulation et de la mesure du rendement de conversion et résultats de la mesure de la tension de sortie de la redresseuse monodiode série pour une charge optimale de 2,4 kW. Pour des niveaux de puissance directe inférieurs, le rendement est inférieur en raison de la tension de seuil de la diode, qui est comparable à l'amplitude du signal direct.
Rectenna mono-diode shunt
A des niveaux de puissance plus élevés, les pertes dues à la résistance série des diodes deviennent dominantes. FIGURE 6.5 – Résultats de la simulation et de la mesure du rendement de conversion et résultats de la mesure de la tension de sortie de la redresseuse shunt à diode unique pour une charge optimale de 750W.
Rectenna en pont
La série rectenna mono-diode est envisagée pour des niveaux de puissance très faibles, tandis que la structure en pont est destinée à convertir des niveaux de puissance élevés. La structure shunt monodiode est adaptée aux niveaux de puissance intermédiaires.
Association reconfigurable de rectennas
Par conséquent, le redresseur fonctionnera souvent dans une plage de puissance où son rendement est faible.
Le switch d’antenne intégré
Conception et optimisation du circuit
La figure 6.11 montre l'influence de la largeur de grille d'un transistor série à 6 doigts de grille sur les pertes d'insertion. FIGURE 6.11 – Influence de la largeur de grille du transistor série sur les pertes d'insertion dans la gamme de fréquence de 0,8 à 2,5 GHz.
Performances globales
Le circuit du détecteur de puissance ne consomme de l'énergie que s'il doit changer son état d'une redresseuse à faible puissance à une autre configuration. L'ajout du dispositif intégré est un exemple d'amélioration possible de la redresseuse reconfigurable, pour des niveaux de puissance d'entrée supérieurs à +25 dBm.
Adaptation de la change de sortie
Pour différentes valeurs de la puissance RF incidente, l'évolution du rendement de conversion en fonction de la résistance de charge est étudiée. Cela signifie que le redresseur monodiode série se comporte comme une source de tension avec une résistance interne de 2,4 kW.
Inversion de la tension dans une association déséquilibrée de rectennas
- Association équilibrée
- Association déséquilibrée
- Résultats expérimentaux
- Discussions
- Topologies de rectennas
- Circuit bypass actif
La tension et le courant de sortie CC au niveau de la charge sont donnés par : Vout=. L'inversion de tension mise en évidence précédemment se produit lorsqu'une association d'arbres redresseurs est déséquilibrée et lorsque le courant de sortie est important.
Conclusion
Résultats
Lorsque l'une des rectennas de l'association reçoit beaucoup moins d'énergie que les autres, le phénomène d'inversion de tension est mis en évidence. Ceci conduit à la dégradation du rendement de conversion car le redresseur inverseur absorbe une partie de l'énergie produite par les autres.
Perspectives
Système de réveil
Autres axes à aborder
Principe du réveil à distance par l’intermédiaire d’un faisceau de microondes
Les différentes techniques de transmission d'énergie sans fil sont décrites, avec les avantages et les inconvénients de chacune illustrés, en vue de leur utilisation dans le cadre du projet RWU. L'un des problèmes les plus délicats à résoudre réside dans la source d'alimentation de ces appareils.
Historique de la transmission d’énergie sans fil [Shinohara, 2011]
Nikola Tesla tenant une ampoule à gaz phosphorée qui était alimentée sans fils par un champ
Plus grande démonstration de transmission d’énergie sans fil jamais réalisée
Parallèlement, cette étude a permis de réduire le rapport entre la masse et la puissance continue de 5,4 kg/kW à 1 kg/kW. Pour produire et transporter 5 GW de puissance, il doit mesurer 5,2 km de large et 10,4 km de long.
Alimentation par microondes d’un avion [Fujino et al., 1993]
Le coût d'un tel système a été estimé entre 20 et 40 C/W, contre environ 13 C/W pour une production utilisant des panneaux solaires au sol et 3,5 C/W pour l'énergie nucléaire [ Mcspadden et Mankins , 2002 ]. Les chercheurs explorent de plus en plus les techniques de transfert de puissance sans fil et des applications grand public vont émerger.
Schéma de principe du montage utilisé pour la transmission d’énergie sans fil par couplage
Plus récemment, avec le développement des techniques de communication mobile, la puissance requise par les appareils électroniques mobiles a considérablement diminué. Outre les applications grand public bien connues évoquées ci-dessus, on peut également citer les systèmes de recharge sans fil par induction d'appareils tels que les téléphones portables, tels que ceux proposés par la société PowerKiss© [PowerKiss Company,.
Systèmes de recharge par induction de téléphones portables de la société PowerKiss
Ils proposent des anneaux récepteurs qui se connectent directement aux téléphones portables et des anneaux émetteurs intégrés dans les tables.
Schéma de principe du montage utilisé pour la transmission d’énergie sans fil par couplage
Circuit équivalent d’un système de transmission d’énergie par couplage magnétique résonant
Il s'ensuit qu'il existe une distance qui maximise l'efficacité du transfert d'énergie, comme le montre le graphique de la figure 2.9. FIGURE 2.9 – Évolution du couplage entre émetteur et récepteur en fonction de la distance [Samplet al., 2011].
Évolution du couplage entre l’émetteur et le récepteur en fonction de la distance
TECHNIQUES DE TRANSMISSION DE PUISSANCE PAR FIL 19 Le circuit équivalent simplifié est constitué de quatre circuits résonnants couplés magnétiquement par des coefficients de couplage k12, k23 et k34. FIGURE 2.10 – Configuration d'un système de transmission de puissance à couplage magnétique résonant avec une bobine intermédiaire [Kimet al., 2011].
Configuration d’un système de transmission d’énergie par couplage magnétique résonant
La même technique peut être adaptée pour transférer de l'énergie à plusieurs récepteurs de petite taille, situés dans la région d'un même champ magnétique.
Système de recharge sans fil des batteries d’un véhicule électrique
Représentation schématique du processus de transmission d’énergie sans fil par ondes élec-
Cette formule est très difficile à utiliser en pratique car elle suppose une parfaite connaissance de l'environnement de propagation des ondes. L'équation de Friis ne peut pas être utilisée pour calculer la puissance reçue dans le champ proche car elle suppose que l'onde est plate.
Efficacité de la transmission d’énergie en champ proche et champ lointain
Schéma fonctionnel simplifié d’une rectenna
Ainsi, nous pouvons exprimer la dépendance de la puissance captée par l'antenne directement en fonction de l'amplitude du champ électrique à l'emplacement de l'antenne. Selon l'application, une polarisation linéaire [Douyere et al., 2008] ou circulaire [Strassner et Chang, 2002] est utilisée.
Antennes sur substrat souple (gauche) et sur papier (droite) [Vyas et al., 2011]
Il est généralement préférable d'avoir des antennes à gain élevé car cela permet de collecter plus de puissance RF. Ces substrats sont dans la plupart des cas rigides, mais dans certaines applications il est possible de réaliser des antennes sur des substrats souples (Figure 2.15).
Microphotographie d’un circuit intégré alimenté sans fil par l’intermédiaire d’une antenne
Principe général de fonctionnement d’un récepteur d’énergie électromagnétique basé sur une
Les circuits redresseurs hyperfréquences ont des topologies très différentes, selon la position et le nombre de diodes HF. Les éléments de filtrage ainsi que les éléments du circuit de correction réalisent une bonne adaptation autour de la fréquence considérée et une désadaptation en dehors de cette bande.
Topologie de la rectenna mono-diode série
A cet effet, un filtre d'entrée est placé entre l'antenne de réception et le circuit de redressement.
Topologie de la rectenna mono diode shunt
Lors de l'alternance positive, l'énergie provenant de l'antenne et l'énergie stockée dans le filtre d'entrée sont transférées à travers la diode D2, qui devient conductrice, vers le filtre de sortie et la charge. Le doubleur de tension a l'avantage d'atteindre des tensions de sortie CC plus élevées, presque le double de celles réalisables avec des structures à diode unique.
Doubleur de tension
En cascadant plusieurs fois la même topologie, des multiplicateurs de tension peuvent être obtenus, comme dans la Figure 2-22.
Multiplieur de tension à 4 étages
Rectenna basée sur la topologie en pont
Redresseur RF-DC à base de transistors NMOS [Umeda et al., 2006]
Redresseur synchrone double alternance [Lam et al., 2006]
Multiplieur de tension à plusieurs étages à base de transistors MOSFET
Critères techniques : la télécommande doit avoir un format de télécommande RF fixe, c'est-à-dire être anneau + plaque et omnidirectionnel (Figure 3.1). Le récepteur doit être au format boîtier de l'appareil (et au format prise contrôlée, comme illustré à la figure 3.1).
Émetteurs et récepteurs Legrand
Système « Manuel On / Auto Off » Legrand [Legrand, 2012]
Critères techniques : La télécommande est directionnelle, idéalement elle doit être petite pour laisser le choix du design final le plus ouvert possible. Les commandes domotiques peuvent dépasser le périmètre de la pièce parce qu'elles commandent un système domestique (alarme, chauffage) ou parce qu'elles centralisent une action (ex. la commande près de la porte d'entrée de la maison permet d'éteindre les lumières, de fermer la volets roulants, pour passer le chauffage en mode réduit, pour interrompre certaines horloges, pour déclencher l'alarme).
Différentes types de télécommandes automobile
Applications pilotées sans validation radio de réveil (gauche) ; Applications pilotées avec
Principe du réveil à distance par l’intermédiaire d’un faisceau de microondes
La télécommande murale peut également être alimentée par une batterie de stockage d'énergie de type CR 3032 ou une batterie rechargeable de dimensions similaires. Comme pour le type télécommande de télévision portable, le stockage local d'énergie est indispensable.
Comparaison des caractéristiques de plusieurs amplificateurs de puissance à 2442 MHz
Interrupteur avec bouton poussoir placé sous l’antenne
Antenne directive intégrée dans un boitier de télécommande de type téléviseur
Bilan de liaison entre deux antennes en communication
FIGURE 3.10 – Puissance nécessaire à l'émission de l'antenne en fonction de la distance pour deux antennes identiques avec des gains de 6 dB en émission et en réception.
Puissance nécessaire à l’émission de l’antenne en fonction de la distance pour deux antennes
Correction de celle-ci par la redresseuse et stockage d'énergie dans le condensateur C1 – Alimentation de l'étage de démodulation à partir du condensateur C1. Le scénario 1 bit offre l'avantage de ne nécessiter qu'une quantité limitée d'énergie utilisée pour assurer la démodulation, tandis que le niveau de tension nécessaire pour allumer l'interrupteur d'alimentation provient d'un stockage local de type batterie 3 Volts.
Scénario passif avec stockage local pour fermer l’interrupteur de puissance
Scénario semi-actif
Scénario semi-actif avec pré – démodulation basique
Dans le cas des redresseurs à base de composants CMS1, il existe deux types de composants : – les éléments actifs. Il n'y a donc pas de processus lent de recombinaison des porteurs de type n- et p+, comme dans le cas des diodes PN, ce qui se traduit par un temps de commutation réduit.
Vue en coupe de la diode Schottky HSMS 2850 (gauche) ; Circuit équivalent (droite)
Circuit équivalent d’une diode Schottky HSMS2850 avec les éléments parasites introduits
Une analyse temporelle est effectuée exclusivement dans le domaine temporel, ce qui signifie que ce type d'analyse est incapable de rendre compte du comportement fréquentiel d'éléments distribués tels que des lignes microruban ou des composants décrits par des paramètres S. Ces éléments sont souvent représentés par des simplifications indépendantes de la fréquence telles que des éléments passifs localisés, des lignes de transmission sans dispersion, des courts-circuits ou des circuits ouverts.
Représentation simplifiée d’un système à deux ports [Agilent Technologies, 2005]
Synoptique de la simulation Harmonic Balance [Agilent Technologies, 2004a]
Contrairement à la simulation du paramètre S, qui est essentiellement une simulation petit signal pour des circuits linéaires ou linéarisés autour d'un point de fonctionnement, la simulation LSSP utilise une méthode de type Harmonic Balance, notamment pour les circuits non linéaires. Étant donné que la simulation d'équilibre harmonique est une simulation de "gros signal", les solutions contiennent des effets non linéaires, ce qui signifie que les paramètres S du "gros signal" changent avec les niveaux de puissance.
Circuit de simulation utilisé pour le dimensionnement du filtre d’entrée
Diagramme simplifiée des impédances du circuit de rectification
FIGURE 4.7 – Résultats de la simulation LSSP : partie réelle de l'impédance d'entrée (à gauche) ; Partie imaginaire de l'impédance d'entrée (à droite).
Résultats de simulation LSSP : Partie réelle de l’impédance d’entrée (à gauche) ; Partie ima-
Circuit de simulation comportant un filtre d’entrée dimensionné à l’aide de l’outil automa-
Caractéristique du circuit global prédite par l’outil de synthèse automatique du filtre
Comparaison des comportements fréquentiel des circuits (simulation LSSP)
Les autres sources de pertes dans la redresseuse représentent entre 3,5 et 6% de la puissance d'entrée. La figure 5.10 montre l'évolution de cette amplitude à la limite de détection (puissance incidente entre -50 et -60 dBm).
Résultats expérimentaux du niveau de tension de sortie des différentes topologies de rectennas 86
Évolution de la tension de sortie et du rendement en fonction de la puissance incidente à 2.45
FIGURE 4.42 – Simulation Monte Carlo sur le doubleur rectenna à filtres hybrides (à gauche) et sur le doubleur rectenna à composants SMD (à droite) pour Pin=-15 dBm et une plage de variation de ±10% at.
Simulation Monte Carlo sur la rectenna doubleur à filtres hybrides (à gauche) et sur la rec-
FIGURE 4.43 – Résultats expérimentaux sur une double antenne redresseuse basée sur des composants SMD pour une puissance d'entrée de -15 dBm.
Résultats expérimentaux sur la rectenna doubleur à base de composants CMS pour une puis-
La fermeture de l'interrupteur à distance sans consommation électrique par le récepteur est réalisée grâce à la tension continue générée par la redresseuse à partir du faisceau incident provenant de la télécommande. Il est donc évident qu'une application directe de la tension rectenna sur la grille du transistor de puissance ne permettra de réveiller le système que s'il est situé à moins de 2 mètres de l'appareil à réveiller (cf. CdC technique RWU).
Schéma de réveil en deux étapes avec étage de démodulation
Une solution possible pour la démodulation serait basée sur le saut de fréquence, qui consiste à changer périodiquement la fréquence porteuse du signal d'information transmis (Figure 5.2). Il s'agit donc d'envoyer et de reconnaître un mot constitué d'une combinaison de ces deux fréquences (ex : f1 f1 f2 f1 f2) avec un pas de temps bien défini, de telle sorte que la probabilité que cette suite de particulier provienne de un autre appareil que la télécommande est presque nulle.
Principe des sauts de fréquence (« frequency hopping ») [Glas et Linnartz, 1999]
Principe des sauts de fréquence (« frequency hopping »)
Les filtres passifs ne sont pas assez sélectifs pour permettre une telle performance, il faudra donc recourir à des filtres actifs, ce qui augmentera la consommation de l'appareil. Cela engendrait des coûts importants (tant en termes de temps que d'argent), en raison de la complexité de ces circuits intégrés.
Architectures de récepteurs radio : (a) conversion de fréquence (b) détection enveloppe RF
Principe de fonctionnement du récepteur à fréquence intermédiaire incertaine
Schéma-bloc du récepteur à fréquence intermédiaire incertaine [Pletcher et al., 2009]
Schéma du circuit mélangeur et du détecteur d’enveloppe [Pletcher et al., 2009]
TABLEAU 5.1 - Tableau comparatif des performances des récepteurs décrites par [Pletcheret al., 2009] et des caractéristiques estimées d'une implémentation dans HCMOS9RF. Cette étude sur la phase de démodulation visait à évaluer la faisabilité d'un récepteur capable de fournir des performances satisfaisantes et une faible consommation électrique.
Système de réveil utilisant un démodulateur à base de composants discrets
Schéma du récepteur RWU avec démodulation discrète
Évolution de la tension de sortie de la rectenna en mode détecteur à diodes
FIGURE 5.11 – Courbes temporelles du signal reçu par l'antenne de réception et de la réponse de la rectenna (en haut) ; Signal amplifié (ci-dessous).
Allures temporelles du signal reçu par l’antenne de réception et de la réponse de la rectenna
Schéma de l’interrupteur de puissance à auto-maintien
Signaux temporels dans l’interrupteur de puissance à auto-maintien
C'est ce dernier qui est actif pendant les phases de fonctionnement de la charge, c'est-à-dire.
Évolution des pertes dans T2 en fonction de la puissance absorbée par la charge
Évolution des pertes dans P1 en fonction de la puissance absorbée par la charge
Deuxièmement, nous avons étudié les effets de l'orientation de la source d'énergie. La figure 6.33 montre la contribution de puissance de chaque rectenna en fonction de l'angle d'orientation α.
Configuration du dispositif expérimental utilisé pour le test individuel de redresseurs RF-DC 113
Résultats de simulation et de mesure du rendement de conversion et résultats des mesure de
Résultats de simulation et de mesure du rendement de conversion et résultats des mesure de
FIGURE 6.12 - Influence de la largeur de grille du transistor série sur l'isolement de l'interrupteur dans la gamme de fréquence de 0,8 à 2,5 GHz. FIGURE 6.14 – Influence de la largeur de grille du transistor shunt sur la perte d'insertion de l'interrupteur dans la gamme de fréquence de 0,8 à 2,5 GHz.
