Design and evaluation of ambient RF energy harvesting platform for sensor-based systems : An experimental study of RF energy harvesting

Sammanfattning

Trådlös energiskörd möjliggör förmågan att skörda energi från elektromagnetisk strålning. Med de senaste framstegen inom trådlös kommunikationsteknik och med tillgången till energieffektiva sensorer, så har radiofrekvensenergiskördning potential till att bli en självförsörjande sensorbaserad plattform. Detta examensarbete undersöker möjligheten att använda radiofrekventa energiskördare som en autonom sensorbaserad plattform. Genom att skapa en sensornod för radiofrekvensenergiskördning, syftar denna avhandling till att undersöka möjliga begränsningar och framsteg som behövs för att göra sådana plattformar möjliga för allmänt bruk. Målet med sensornoden är att simulera en potentiell tillämpning som använder energiskördare som energikälla och backscattering som ett kommunikationsmedium. Ambient backscattering-kommunikation är en trådlös kommunikationsteknik som uppnår energieffektiv kommunikation genom att reflektera energi från omgivande elektromagnetiska källor. Följande avhandling har framgångsrikt utvecklat en prototyp som skördar energi så låg som -10 dBm med 3% verkningsgrad. Trots den låga effektiviteten kan det föreslagna systemet skörda tillräckligt med energi vid -10 dBm för att mäta, konvertera och överföra temperaturdata inom en rimlig tidsram. Den lägsta energiförbrukningen för sensornoden mäts till sex mikrojoule, detta påvisar energieffektiviteten hos dagens mikrokontroller och sensorer. Utöver de utförda labbmätningarna har det utvecklade systemet även testats i en elektromagnetisk kompatibilitetskammare för att validera resultaten. Denna avhandling drar slutsatsen om att radiofrekvent energiskörd är möjlig under kontrollerade förhållanden. Eftersom variationer i ineffekt kan resultera i att energiskördarens prestanda varierar, så bör fler studier undersöka möjligheten till att implementera automatiska impedanstuners. Sådana tuners kommer att möjliggöra optimerad prestanda för ett bredare spektrum av drifteffekter och därmed förbättra prestandan för allmänt bruk.