Conception d'antennes planaires sur substrats transparents pour la récupération et la conversion d'énergie électromagnétique

Design of printed on glass antennas for RF energy harvesting applications

• Auteur / Autrice : Samir Bellal
• Direction : Laurent Cirio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, Optronique et Systèmes
• Date : Soutenance le 17/12/2020
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire électronique, systèmes de communication et microsystèmes - Laboratoire électronique, systèmes de communication et microsystèmes
• Jury : Président / Présidente : Xavier Begaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Cirio, Tân-Phu Vuong, Xavier Castel, Odile Picon, Hakim Takhedmit
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tân-Phu Vuong, Xavier Castel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes électromagnétiques

Énergie -- Stockage

Antennes (électronique)

Mots clés libres

Antennes transparentes

Rectenna

Recuperation de l'energie electromagnetique

Antennas on glass

Rectennas

Energy harvesting

Résumé

On assiste depuis quelques années à la prolifération dans le paysage urbain des émetteurs de champ électromagnétique (émissions TNT, téléphonie mobile aux standards GSM, UMTS, LTE et hot spots WiFi…). Cela rend particulièrement attractif etopportuniste la récupération d'énergie électromagnétique pour accroître l’autonomie énergétique des systèmes électroniques à très faible consommation.Plus particulièrement, on a souhaité ici exploiter la proportion grandissante des surfaces vitrées dans l’environnement urbain pour concevoir des rectennas (pour rectifying antennas) sur des matériaux transparents. Ces rectennas ont des caractéristiquesintéressantes puisque pratiquement invisibles, discrètes et facilement intégrables dans l'environnement. Le verre et le plexiglas constituent deux supports disponibles et présents en quantité pour y intégrer des rectennas dédiées à la récupération et la conversion d’énergie électromagnétique. Nous proposerons plusieurs prototypes de rectenna dans un premier temps sur substrat plexiglas. Réalisées ici à partir d’une empreinte métallique, les structures utilisent des antennes planaires développées en technologie CPS pour réduire l’impact visuelet simplifier le processus de réalisation. Différents prototypes et mise en réseaux de prototypes seront réalisés aux actuels standards de communication.Les rectennas optiquement transparentes sur substrat verre utiliseront une technique développée au laboratoire IETR. L’alimentation par ligne CPW permettra de n’utiliser qu’un seul niveau de métallisation et facilitera le report des composants. La structure bi-bande développée (1.85 et 2.45 GHz) sera mesurée au laboratoire ESYCOM sur un banc de mesure dédié permettant une caractérisation en rayonné à l'intérieur de la chambre anéchoîque. Les résultats et performances obtenus (simulation et mesures) en termes de tension de sortie convertie et rendement de conversion montreront le réel apport de ces structures gravées sur des supports transparents ce qui pourra dégager de réelles perspectives d’applications

Currently, we can observe the increasing proliferation of RF and microwave transmitters in the urban environment (TNT, GSM, UMTS, LTE et hot spots WiFi). This makes the electromagnetic energy harvesting particularly attractive and opportunistic to increase the energy autonomy of wireless electronics devices with very low consumption.Particularly, we propose here to exploit the growing proportion of glass surface in the urban environment to design rectennas (for rectifying antenna) with low visual impact. Indeed, these rectennas have attractive characteristics since they are practically invisible and easily integrated into the environment. Glass and Plexiglas are two supports available in sufficient quantity to integrate rectennas which are dedicated to the electromagnetic energy harvesting.We will initially propose several rectenna prototypes on a plexiglass substrate. Developed here from a coppered strip, the printed structures are developed in CPS technology to reduce the visual impact and simplify the fabrication steps. Several prototypes of rectennas and rectenna arrays will be proposed on different standards and frequency bands.The optically transparent rectennas on a glass substrate will use a technique developed at the IETR laboratory. The CPW technology will allow only one level of metallization and will improve the realization process. The dual-band structure (1.85 and 2.45 GHz) will be measured and characterized at ESYCOM laboratory in radiated mode and by using a dedicated measurement setup.The simulated and measured results in terms of converted output voltage and conversion efficiency will show the real contribution of these structures reported on transparent substrates, allowing the emergence of many potentially interesting applications.Keywords: RF energy harvesting, rectenna, rectenna array, optical and visual transparencies, CPS and CPW technolologies, glass and plexiglass substrates.Keywords : RF energy harvesting, rectenna, rectenna array, optical and visual transparency, CPS and CPW technolologies, glass and Plexiglas substrates