Energy Harvesting (EH) is a research field concerning efficient ways to employ the energy present in the environment and deriving from different sources in order to supply various devices that will not require batteries or mains connection.Objective of this thesis is to study radiofrequency Energy Harvesting systems and to design and realize a possible electronic circuit useful to recuperate, convert and accumulate the energy associated to the radio waves present in the environment.The main feature of power converters used in such systems is that they can work with very low input voltages (that can be tens of mV).Thus, this thesis work starts with a broad overview of transducers and power circuits employed in the RF Energy Harvesting. After an introduction about the energy sources for harvesting, the first chapter deals with the main kinds of antennas for the energy scavenging and the rectifiers used to convert the RF input signal to a DC signal that will be the input for the power converter.The second chapter is about the circuits for power management, so the step-up converters used to increase the voltage values and the storage systems (supercapacitors).The third chapter deals with the project of power devices for RF Energy Harvesting from experimental measurements made at the University of Palermo, by using some integrated circuits.The fourth chapter shows the realization of a system for RF Energy Harvesting made at the "ISSIA-CNR" institute of Palermo, by comparing the experimental results with the simulation ones.Finally, the conclusions of this work are discussed.

L'Energy Harvesting (EH) è un settore della ricerca che studia i modi più efficienti per impiegare l'energia presente nell'ambiente e proveniente da diverse sorgenti in modo da poter alimentare dispositivi di diversa natura liberandoli dalla necessità di essere allacciati ad una rete di distribuzione elettrica o di utilizzare delle batterie.Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato lo studio dei sistemi di EH a radiofrequenza ed il progetto e realizzazione di una tipologia circuitale tra quelle possibili per recuperare, convertire ed accumulare in maniera efficiente l'energia associata ad una frequenza in particolare.La caratteristica peculiare dei convertitori di potenza usati per questi sistemi consiste nel poter lavorare con tensioni di ingresso molto basse, anche dell'ordine delle decine di mV.Nel presente lavoro è dunque offerta inizialmente un'ampia panoramica sui trasduttori ed i circuiti di potenza impiegati nell'Energy Harvesting a radiofrequenza. In particolare, dopo una introduzione sulle sorgenti di energia per harvesting, nel primo capitolo della tesi viene effettuata una rassegna delle principali antenne utili per il recupero dell'energia dalle onde radio e dei rettificatori necessari per trasformare il segnale RF in un segnale DC, che sarà l'ingresso del convertitore di potenza.Nel secondo capitolo sono invece analizzati i circuiti di power management, ossia i convertitori elevatori necessari per innalzare i valori di tensione recuperati ed i relativi sistemi di accumulo (supercondensatori).Il terzo capitolo della tesi riguarda il progetto di dispositivi per l'Energy Harvesting a radiofrequenza a partire da misure sperimentali condotte presso l'Università degli Studi di Palermo, utilizzando opportuni circuiti convertitori integrati.Il quarto ed ultimo capitolo riguarda invece la realizzazione di un prototipo di sistema per l'Energy Harvesting a radiofrequenza, effettuata presso l'istituto "ISSIA-CNR" di Palermo, sulla base dei dispositivi progettati.Infine, sono state tratte le conclusioni di questo lavoro di tesi.

Progetto e realizzazione di un sistema per energy harvesting a radiofrequenza / Piazza, Eldar. - ELETTRONICO. - (2015 Mar 30).

Progetto e realizzazione di un sistema per energy harvesting a radiofrequenza

2015

Abstract

L'Energy Harvesting (EH) è un settore della ricerca che studia i modi più efficienti per impiegare l'energia presente nell'ambiente e proveniente da diverse sorgenti in modo da poter alimentare dispositivi di diversa natura liberandoli dalla necessità di essere allacciati ad una rete di distribuzione elettrica o di utilizzare delle batterie.Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato lo studio dei sistemi di EH a radiofrequenza ed il progetto e realizzazione di una tipologia circuitale tra quelle possibili per recuperare, convertire ed accumulare in maniera efficiente l'energia associata ad una frequenza in particolare.La caratteristica peculiare dei convertitori di potenza usati per questi sistemi consiste nel poter lavorare con tensioni di ingresso molto basse, anche dell'ordine delle decine di mV.Nel presente lavoro è dunque offerta inizialmente un'ampia panoramica sui trasduttori ed i circuiti di potenza impiegati nell'Energy Harvesting a radiofrequenza. In particolare, dopo una introduzione sulle sorgenti di energia per harvesting, nel primo capitolo della tesi viene effettuata una rassegna delle principali antenne utili per il recupero dell'energia dalle onde radio e dei rettificatori necessari per trasformare il segnale RF in un segnale DC, che sarà l'ingresso del convertitore di potenza.Nel secondo capitolo sono invece analizzati i circuiti di power management, ossia i convertitori elevatori necessari per innalzare i valori di tensione recuperati ed i relativi sistemi di accumulo (supercondensatori).Il terzo capitolo della tesi riguarda il progetto di dispositivi per l'Energy Harvesting a radiofrequenza a partire da misure sperimentali condotte presso l'Università degli Studi di Palermo, utilizzando opportuni circuiti convertitori integrati.Il quarto ed ultimo capitolo riguarda invece la realizzazione di un prototipo di sistema per l'Energy Harvesting a radiofrequenza, effettuata presso l'istituto "ISSIA-CNR" di Palermo, sulla base dei dispositivi progettati.Infine, sono state tratte le conclusioni di questo lavoro di tesi.
30-mar-2015
Istituto di Studi sui Sistemi Intelligenti per l'Automazione - ISSIA - Sede Bari
Energy Harvesting (EH) is a research field concerning efficient ways to employ the energy present in the environment and deriving from different sources in order to supply various devices that will not require batteries or mains connection.Objective of this thesis is to study radiofrequency Energy Harvesting systems and to design and realize a possible electronic circuit useful to recuperate, convert and accumulate the energy associated to the radio waves present in the environment.The main feature of power converters used in such systems is that they can work with very low input voltages (that can be tens of mV).Thus, this thesis work starts with a broad overview of transducers and power circuits employed in the RF Energy Harvesting. After an introduction about the energy sources for harvesting, the first chapter deals with the main kinds of antennas for the energy scavenging and the rectifiers used to convert the RF input signal to a DC signal that will be the input for the power converter.The second chapter is about the circuits for power management, so the step-up converters used to increase the voltage values and the storage systems (supercapacitors).The third chapter deals with the project of power devices for RF Energy Harvesting from experimental measurements made at the University of Palermo, by using some integrated circuits.The fourth chapter shows the realization of a system for RF Energy Harvesting made at the "ISSIA-CNR" institute of Palermo, by comparing the experimental results with the simulation ones.Finally, the conclusions of this work are discussed.
energy harvesting
power electronics
Gianpaolo Vitale
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.14243/295154
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