High-efficiency electromagnetic energy-harvesting

Abstract

Numa época em que os avanços tecnológicos se concretizam a um ritmo frenético, verifica-se uma desproporcional evolução das capacidades das baterias, essencialmente nos equipamentos móveis de uso comum. Por outro lado aumentam os dispositivos cuja localização remota torna a manutenção de baterias algo expensiosa e por vezes insustentável, tais como as Wireless Sensor Networks (WSN) O intuito deste trabalho prende-se não só com o aumento da eficiência de sistemas de recolha de energia de radiação electromagnética da banda dos 100MHz, como também com a introdução de novos métodos úteis à a sua análise. Paralelamente é ainda proposto um sistema de iluminação alimentado por circuitos de rectificação com um enfoque mais específico e menos relacionado com as suas eficiências. Ao nível dos melhores resultados obtidos para os circuitos de alta eficiência, estes foram alcançados por um circuito rectificador série simples, com valores de eficiência experimental de _ 45% para uma potência de entrada de 5dBm, gerando uma tensão de saída de _ 1:6V . Relativamente aos circuitos desenvolvidos para o sistema de iluminação foi possível, através de um multiplicador de tensão, gerar tensões DC ligeiramente acima de 8V para uma potência de entrada de 10dBm, desta forma conseguindo alimentar uma célula de três LEDs de baixo consumo. Os resultados obtidos destinam-se não apenas a apresentar conclusões inovadoras, mas também a fornecer ferramentas adequadas a posteriores desenvolvimentos de sistemas similares, servindo desta forma como um contributo de utilidade para a comunidade científica.

At a time when technological advances happen every day, a disproportional evolution of batteries capabilities has been verified, specially for mobile devices. On the other hand the number of devices whose remote location makes battery maintenance very expensive, Wireless Sensor Networks (WSN), is increasing. The objective of this work is not only to increase the eficiency of energy harvesting systems on the frequency of 100MHz, as it is introducing new methods for it's analysis. At the same time a no-cost illumination system, fed with more specific rectification systems, with less consideration for the eficiency is proposed here. As of the best results obtained for the high eficiency circuits, these were achieved for a simple series rectifier, with eficiencies around 45% for an input power of 5dBm, thus generating output voltages of _ 1:6V . The circuits developed for the lighting system, consisting in voltage multipliers, generated output voltage values around 8V for Pin = 10dBm, that is, enough to power up a low consuming 3 Light-Emitting Diode (LED)s cell. These obtained results are destined not only to present innovative conclusions, but also to provide adequate tools for subsequent developments of similar circuits, thus serving as a contribute for the scientific community.