Optimisation de la récupération d'énergie dans les applications de rectenna

Les progres realises durant ces dernieres annees dans le domaine de la microelectronique et notamment vis-a-vis de l'augmentation exponentielle de la densite d'integration des composants et des systemes a participe activement a l'apparition et au developpement de systemes portables communicants de plus en plus performants et polyvalents. La RD ce qui constitue un handicap majeur dans les evolutions futures des systemes portables. La transmission d'energie sans fils sur des distances considerables (plusieurs dizaines de metres) grâce aux microondes constitue une solution tres prometteuse pour pallier aux problemes d'autonomie dans le cas des systemes sans fils communicants. De plus, du fait de l'omnipresence des ondes electromagnetiques dans notre environnement avec des niveaux plus ou moins importants, la recuperation et l'exploitation de cette energie libre est egalement possible. La rectenna (Rectifying Antenna) est le dispositif permettant de capter et de convertir une onde electromagnetique en une tension continue. Plusieurs travaux de these axes sur l'etude et l'optimisation de la rectenna ont ete realises au sein du laboratoire. Ces travaux avaient montre que pour des faibles niveaux de champs les tensions delivrees par la rectenna sont generalement tres faibles et inexploitables. Aussi, comme la majorite des micro-sources d'energie et a cause de son impedance interne, les performances de la rectenna dependent fortement de sa charge de sortie. Ainsi, le developpement d'un systeme d'interfacage de la rectenna est necessaire afin de pallier ces manquements inherents du convertisseur RF/DC. Ce genre de systeme d'interfacage est generalement absent dans la litterature a cause des faibles niveaux de puissance exploites. Par consequent, la rectenna est tres souvent utilisee tel quelle ; ce qui limite fortement le champ applicatif. Dans ce projet de recherche, un systeme de gestion energetique de la rectenna completement autonome a ete concu, developpe et optimise afin de garantir les performances optimales de la rectenna quelques soient les fluctuations de la puissance d'entree et celles de la charge de sortie. Le circuit d'interfacage permet egalement de fournir a la charge des niveaux de tension utilisables. Le systeme realise est base tout d'abord sur l'utilisation d'un convertisseur DC/DC resonant pouvant fonctionner d'une maniere completement autonome a partir de niveaux tres bas de la tension et de la puissance de la source. Ce convertisseur permet donc de garantir l'autonomie du systeme en eliminant la necessite d'une source d'energie auxiliaire. A cause de ses faibles performances energetiques, ce convertisseur ne sera utilise que durant la phase de demarrage. L'efficacite du systeme en termes de rendement energetique et d'adaptation d'impedance est garantie grâce a l'utilisation d'un convertisseur Flyback fonctionnant dans son regime de conduction discontinu. Ainsi, une adaptation d'impedance tres efficace est realisee entre la rectenna et la charge de sortie. Ce convertisseur principal fonctionnera durant le regime permanent. Les deux convertisseurs ont ete optimises pour des niveaux de tension et de puissance aussi bas que quelques centaines de mV et quelques μW respectivement. Des mesures experimentales realisees sur plusieurs prototypes ont demontre le bon fonctionnement et les excellentes performances predites par la procedure de conception ; ce qui nous permet de valider notre approche. De plus, les performances obtenues se distinguent parfaitement vis-a-vis de l'etat de l'art. Enfin, en fonction de l'application desiree, plusieurs synoptiques d'association des deux structures sont proposes. Ceci inclut egalement la gestion energetique de la charge de sortie.