Transmission d'énergie sans fil (Application au réveil à distance de récepteurs en veille zéro consommation)

摘要

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.