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Título: Desenvolvimento de dispositivos de rocolha de energia electromagnética integrados em vestuário e aplicados a redes sem fios de área corporal
Autor: Saraiva, Henrique Morais
Orientador: Velez, Fernando José da Silva
Palavras-chave: Ambiente inteligente
Redes de comunicações
Comunicações com recolha de energia
Antenas têxteis
Data de Defesa: Out-2013
Editora: Universidade da Beira Interior
Resumo: As Redes de Sensores Sem Fios (RSSF), constituídas por nós sensores que cooperam entre si, constituem claramente um elemento fundamental dos ambientes inteligentes, espaços físicos povoados por sensores, actuadores, sistemas embutidos e dispositivos de comunicação. As Redes sem Fios de Área Corporal (Wireless Body Area Network, WBAN) são uma classe de RSSF onde os nós sensores são, normalmente, utilizados junto ao corpo humano como, por exemplo, em vestuário. Nas RSSF a e ficiência energética e o armazenamento de energia são de primordial importância. É neste sentido, que a recolha de energia electromagnética a partir de várias fontes de radiofrequência (RF) do ambiente tem um enorme potencial de desenvolvimento. Nesta dissertação, o principal objectivo consistiu em desenvolver protótipos de recolha de energia electromagnética para nós sensores sem os de área corporal não intrusivos. Para este m, foram desenvolvidos circuitos, baseados no multiplicador de tensão de Dickson, que conseguem converter a energia das ondas electromagnéticas em corrente contínua (DC) e, ao mesmo tempo, aumentar a amplitude do sinal de saída relativamente ao sinal de entrada. Foram desenvolvidos três protótipos (1, 2 e 3), constituídos por díodos de Schottky e condensadores, o último dos quais com uma malha de adaptação de impedâncias (entre a antena e o circuito) do tipo single stub em circuito aberto. Paralelamente, foi feita uma análise e avaliação das vantagens potenciais da utilização de um sistema de armazenamento de energia híbrido, constituído por um supercondensador e uma bateria, e participou-se na concepção de antenas têxteis que serviram como elemento de entrada dos circuitos de recolha de energia electromagnética. Através de medições das oportunidades espectrais presentes na Covilhã e em Lisboa, constatou-se que as bandas GSM900 e GSM1800 são das mais promissoras para a recolha de energia electromagnética. Assim, foram desenvolvidas duas antenas têxteis, uma a operar apenas na banda GSM900 e outra a operar nas bandas GSM900 e GSM1800, as quais apresentaram ganhos de 2.02 dBi e 1.8 2.06 dBi e, e ciência de radiação de 84 e 77.6 82 %, respectivamente. Para um multiplicador de tensão de Dickson com 5 estágios a operar a 945 MHz e testado através do Advanced Design Systems (ADS) com uma impedância de carga, ZL, de 100 k obteve-se uma tensão de saída DC máxima de 18 V, correspondente a uma potência de entrada de 12 dBm que caracteriza o estado de sleep de um nó sensor de uma plataforma de RSSF. A e ciência global de recti cação máxima obtida foi de 36 %, para uma potência de entrada de -9 dBm. Os três protótipos desenvolvidos em placas de circuito impresso com dois tipos de substratos diferentes, FR4 e RO4003, foram testados, a 945 MHz, e com ZL = 100 k . Para uma tensão de alimentação, VCC, de 1.8 V (tensão mínima de um nó sensor), os três protótipos (1, 2 e 3) conseguem alimentar o estado de sleep do nó sensor para potências de entrada de -1, -7 e -8 dBm, com e ciências globais de recti cação de 5, 16 e 17 %, respectivamente. Para VCC = 3V (tensão de alimentação recomendável), os três protótipos (1, 2 e 3) conseguem alimentar o estado de sleep de um nó sensor para potência de entrada de 2, -3 e -4 dBm, com e ciência global de recti cação de 6, 18 e 20 %, respectivamente. O sistema global de recolha de energia electromagnética, constituído pela antena têxtil e protótipo 3, conseguiu fornecer uma tensão de 1.41 V para ZL = 100 k e uma tensão de 2.98 V, em circuito aberto, a uma distância de 25 metros da antena emissora de GSM900.
URI: http://hdl.handle.net/10400.6/1894
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