Micro ondes et économie d'énergie François Gallee Telecom Bretagne

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Micro ondes et économie d'énergie François Gallee Telecom Bretagne

  1. 1. Micro-ondes & économie d’énergie Journée TIC & développement durable 26 mars 2009 François GALLEE 25/03/2009
  2. 2. Plan Introduction La récupération de l’énergie électromagnétique : • Couplage magnétique • Couplage électrique Intérêts et conclusion page 1 Département micro-ondes
  3. 3. Introduction Le rayonnement solaire: L'énergie solaire est l'énergie émise par le soleil sous forme d'ondes électromagnétiques (principalement entre 0,3 et 3 micromètres) Courant électrique Rayonnement solaire Transfert de l’énergie aux atomes du silicium qui génèrent des électrons Utilisation du même principe pour l’ onde radio Onde électromagnétique avec Freq < 3000GHz Onde radio Courant électrique Génération d’un courant sur les fils page 2 Département micro-ondes
  4. 4. Différentes approches possibles vis à vis du développement durable Utilisation de l’énergie déjà disponible dans l’environnement Station de base GSM Émetteur FM • Solution la plus attractive car récupération d’une énergie actuellement perdue Génération de source radio-fréquence pour le transfert d’énergie • Ne plus avoir besoin de câbles d’alimentation (cuivre), de piles…. page 3 Département micro-ondes
  5. 5. La récupération de l’énergie électromagnétique Un large spectre de fréquence disponible Deux solutions pour la récupération de l’énergie : • Par couplage magnétique • Par couplage électrique page 4 Département micro-ondes
  6. 6. Couplage magnétique Avantages de la transmission d'énergie par induction magnétique • Source de puissance bon marché • possibilité de traverser certains milieux matériels en fonction de la fréquence de travail (125 kHz, 13.56 MHz ...) Contraintes liées à la transmission d'énergie par induction magnétique • Distance de travail limitée • Antennes difficilement miniaturisables • Puissances d'émission limitées (dépend de la fréquence) page 5 Département micro-ondes
  7. 7. Couplage magnétique Transfert d’énergie sans fil très courte distance « WITRICITY » Ampoule de 60W alimentée à 2m A 10cm de l’antenne : E=1400 V/m H= 8 A/m Au milieu des 2 antennes : E=210V/m H=1A/m Norme ICNIRP (fréquence 10MHz) norme ICNIRP E=61 V/m H= 0.16 A/m non respectée E=28 V/m H= 0.073 A/m page 6 Département micro-ondes
  8. 8. Couplage magnétique Alimentation sans fil très courte distance Bilan sur le couplage magnétique • Système non adapté à la récupération d’énergie dite « perdue » • Système développé pour le transfert d’énergie d’un point à un autre sans câble sur une faible distance page 7 Département micro-ondes
  9. 9. Couplage électrique Avantages de la transmission d'énergie par faisceau micro-ondes • Possibilité de miniaturisation • Distance de travail supérieure aux systèmes par induction magnétique • Antennes directionnelles ou non • Possibilité de transfert d'information associé à l'onde énergétique Contraintes liées à la transmission d'énergie par faisceau micro- ondes • Sources de puissance onéreuses • Impossibilité de traverser certains milieux (eau, métal ...) page 8 Département micro-ondes
  10. 10. Couplage électrique « Rectenna » à 2.45GHz • Tension de sortie de 3V En se référençant aux niveaux établis par l’ ICNIRP Norme Champ électrique Puissance Courant maximum Travailleur 137 V/m 70 mW 25 mA Grand public 61 V/m 30 mW 10mA page 9 Département micro-ondes
  11. 11. Couplage électrique Champ électrique disponible dans l’environnement • Source : ANFR « cartoradio » Champ électrique GSM: 2 V/m Champ électrique total: 2.4V/m Puissance disponible ≈ qq mW soit un courant max de 1mA page 10 Département micro-ondes
  12. 12. Couplage électrique Application Indoor WIFI 2.45GHz : Puissance maximale rayonnée: 100mW (ANFR) 25,0 20,0 15,0 E (V/m) 10,0 à 2m: E= 1V/m 5,0 0,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Distance (m) Évolution du champ électrique en fonction de la distance Niveau de champ électrique relativement faible Répartition spatiale plus ou moins uniforme (la source d’énergie n’est pas focalisée dans une direction comme l’énergie solaire) Problématique: Augmenter la surface de l’antenne tout en ayant un récepteur omnidirectionnel page 11 Département micro-ondes
  13. 13. Rendement de conversion Redressement par un transistor HEMT avec une antenne patch PRF=6dBm PDC= 2mW Le niveau de champ électrique nécessaire avec une antenne dipôle est d’environ 5V/m page 12 Département micro-ondes
  14. 14. Applications: RFID Bande de fréquence: • 13.56MHz Radio Frequency Identification • 868MHz (Europe) • 915MHz (US) • 2.4GHz •Sensibilité typique d’un tag à 868MHz : -10dBm •soit un niveau de champ électrique de 1.6V/m 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 E (V/m) 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Distance (m) PIRE=500mW (ANFR) page 13 Département micro-ondes
  15. 15. Intérêts potentiels et conclusion Intérêts vis à vis du développement durable • Alimentation sans fil de puissance (utopique vis à vis de la santé) • Alimentation de système très basse consommation (appareil en veille) • Micro-capteur très faible consommation autonome (capteur de luminosité, de température) Conclusion • Énergie disponible dans l’environnement pour l’alimentation d’appareils avec une consommation inférieure au mA • Recherche active au niveau mondial • La santé et l’énergie sont indissociables : lancement d’un appel à projet en mai 2009 AFSSET et ADEME page 14 Département micro-ondes

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