Printed flexible antenna for energy harvesting

L’Internet-of-Things désigne un développement en plein essor d’objets interconnectés et qui sont susceptibles de modifier nombre de services au sein de l’industrie comme pour la personne. Les développements actuels buttent sur plusieurs verrous dont celui de l’autonomie énergétique des objets ou encore des procédés de fabrication économiquement acceptables et respectueux de la planète. Dans ce contexte, la récupération d'énergie est une thématique largement répandue faisant appel à des sources très variées (mécanique, thermique, électromagnétique...). Cette thèse est notamment orientée vers la récupération d'énergie électromagnétique ambiante. Le second point caractéristique de cette thèse est de s'intéresser à des substrats souples et si possible recyclables. Le défi consiste à récupérer l’énergie provenant d’un champ électromagnétique ambiant extrêmement faible : ceci concerne l’antenne, qui doit par ailleurs répondre à une exigence de flexibilité pour son intégration future à un objet souple et déformable, et l’électronique de traitement de l’énergie.Le travail de thèse est articulé autour de trois phases principales :Dans la première phase, il s’agissait de l’étude des structures d’antennes compatibles en fréquence et en puissance reçue avec l’application de récupération d’énergie et une réalisation physique sur base souple (papier, tissu...). Cette phase a permis de présenter les différentes approches pour combiner les sources RF.Dans la deuxième phase, il s’agit de l’étude sur le rôle de circuits redresseurs dans le système de récupérer d’énergie. Les méthodes d'extraction des paramètres sont discutées en dissociant chaque élément et leurs rôles. De nombreuses mesures ont été réalisées afin de comparer différents modèles de la diode utilisée pour le redressement, en tenant compte également de l'impact réel du processus de fabrication et du processus de mesure.Une troisième phase permet l’optimisation de l’ensemble antenne et électronique (rectenna) pour divers scenarii et le suivi de la variabilité pour maintenir les pertes du système a minima. La réalisation de démonstrateurs pertinents, testés et caractérisés est présentée.Internet-of-Things means a growing development of interconnected objects that are likely to change many services within the industry as well as for the individual. Several barriers, including the energy autonomy of objects or production processes that are economically acceptable and respectful of the planet, hamper current developments. In this context, energy recovery is a widespread theme using a wide range of sources (mechanical, thermal, electromagnetic, etc.). This thesis is oriented towards the recovery of ambient electromagnetic energy. The second characteristic point of this thesis is to focus on flexible and, if possible, recyclable substrates. The challenge is to recover energy from an extremely low ambient electromagnetic field: this concerns the antenna, which must also meet a requirement for flexibility for its future integration with a flexible and deformable object, and the electronics of energy processing.The work of this thesis conducted in three phases.In the first phase, it was the study of the antenna structures compatible with frequency and power received with the energy harvesting application and a physical realization on flexible base (paper, textile, etc.). This phase allowed presenting the different approaches to combining the RF sources.In the second phase, the study on the role of rectifying circuit in the system of recovering wireless energy was presented. Methods for extracting parameters were discussed by separating each element and its roles. Numerous measurements have been conducted to compare different models of the diode, taking into account also the actual impact of the manufacturing process and the measurement process.A third phase allows the optimization of the antenna and electronic assembly (rectenna) for various scenarios and the monitoring of variability to keep the losses of the system at minima. The production of relevant demonstrators, test and characterization were presented