Étude et conception d'une rectenna pour un transfert d'énergie sans fil point à point par faisceaux micro-ondes

摘要

RÉSUMÉ: Ce mémoire propose l'étude d'un système de transmission d'énergie sans fil parudfaisceaux micro-ondes. Nos travaux de recherche se focalisent sur la conception etudl'optimisation des circuits de rectification. Les circuits réalisés visent les applicationsudopérant dans la gamme 2-3 GHz de la bande S. Les harmoniques générées par la diodeudSchottky ont pour effet d'introduire des pertes d'énergie et de dégrader les performances desudcircuits rectificateurs, au niveau de l'efficacité de conversion RF-DC et de la tension DCuddélivrée. Dans ce contexte, la mise en oeuvre de filtres compacts est indispensable pourudannuler l'impact de ces harmoniques et améliorer les performances des circuits.udNous avons entrepris de développer des circuits rectificateurs sans l'intégration d'unudcircuit d'adaptation d'impédance supplémentaire, en exploitant les propriétés de la diode deudredressement en RF, afin de réduire les dimensions des circuits. Le logiciel ADS (AdvancedudDesign System) est utilisé pour simuler les circuits conçus en adoptant un supportudmicroruban. Également, les diodes Schottky de la série HSMS282x sont choisies pourudréaliser les circuits. Les modèles de ces diodes empruntés à la bibliothèque des diodes RFudd'ADS sont directement insérés dans les montages. Les effets parasites des boitiers ne sontudpas pris en compte lors de la conception des circuits.udDeux approches ont été envisagées. Dans le premier cas, les circuits rectificateursudsont développés en employant la technologie des filtres à base de résonateurs. Dans leudsecond cas, une approche insérant une diode supplémentaire dans le montage doubleur deudtension est mise en oeuvre. De manière générale, les quatre circuits de rectification réalisésudau cours de ces travaux montrent une efficacité de conversion RF-DC au dessus de 60 %udlorsque la puissance incidente est supérieure à 10 dBm et la résistance RL de charge est deud200 n. Pour le rectificateur à base du filtre coupe-bande en entrée, la tension DC récupéréeudà la sortie du circuit atteint 0,18 V à 2,45 GHz, alors que la puissance incidente est deudo dBm. La rectenna constituée en connectant une antenne externe à ce circuit deudrectification a permis de tester une transmission de la puissance sans fil à l'intérieur desudlocaux de notre laboratoire de télécommunications. -- ABSTRACT: This work relates the study of a wireless microwave power transmission system.udOur researches concentrate on the design and the optimization of rectifying circuits. Theudproposed rectifiers are developed for applications operating at 2-3 GHz frequencies rangeudin the S-band. The generated harmonics by the Schottky diode result on energy losses andudhave an impact on the rectifiers' performance, in terms of RF-OC conversion efficiency andudDC voltage delivered. So, compact filters are needed to avoid harmonics effects and toudimprove the circuits' yield.udBy exploiting the diode properties at microwaves, we can develop rectifiers withoutudan input matching circuit; this leads to reduce the circuits' size. ADS (Advanced DesignudSystem) software is used to compute the designed circuits by using the microstripudtechnology. Also the HSMS282x Schottky diodes series are chosen for the circuits'udrealization. The diodes' models are taken from the high frequency diodes library of ADS.udAnd the parasitic effects of the diode package are not considered for the circuits design.udTwo approaches are suggested. For the first approach, the rectifiers integrate filtersudbased on resonators. For the second one, an additional diode is inserted into the half bridgeudvoltage doubler circuit. Globally, the results have shown a RF-DC conversion efficiencyudabove 60 % while the incident power is above 10 dBm and the load resistance RL has audvalue of 200 Q. Thus, the designed rectifier inserting an input bandstop fiIter delivers anudoutput DC voltage of 0.18 V at 2.45 GHz for an incident power of 0 dBm. By joining anudexternal antenna to that rectifier, we have tested indoor a wireless power transmission.