Browsing by Author "Saraiva, Henrique Morais"
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- Desenvolvimento de dispositivos de rocolha de energia electromagnética integrados em vestuário e aplicados a redes sem fios de área corporalPublication . Saraiva, Henrique Morais; Velez, Fernando José da SilvaAs 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.
- Developing Sustainable Communication Interfaces Through Fashion DesignPublication . Loss, Caroline; Salvado, Rita; Lopes, Catarina; Pinho, Pedro; Gonçalves, Ricardo; Velez, Fernando J.; Saraiva, Henrique Morais; Tavares, Jorge; Barroca, Norberto; Borges, Luís M.The recent technological developments made electronic devices become imperative and indispensable, being present in our daily routines, all over the world. But, the continuous exposition of people to the electromagnetic radiation might cause illness. Electrosmog is the invisible electromagnetic radiation that results from the usage of electric equipment and wireless technologies. Some studies present electro sensibility as a contemporary illness affecting more and more people. This paper analyses some of the challenges this reality puts to the fashion design and how textile materials may be used to protect the human body against the harmful radiation and to develop smart cloths incorporating textile antennas able to capture these radiations and feed low-frequency devices. Thus, one considers the notion of “Transparent Sustainability” and the search for the smart energy explorations of/or in the human body. This way, the association of fashion design and technology can transform the garment in a sustainable communication interface.
- Experimental Characterization of Wearable Antennas and Circuits for RF Energy Harvesting in WBANsPublication . Saraiva, Henrique Morais; Borges, Luís M.; Pinho, Pedro; Gonçalves, Ricardo; Chavez-Santiago, Raul; Barroca, Norberto; Tavares, Jorge; Gouveia, Paulo T.; Carvalho, Nuno Borges; Balasingham, Ilangko; Velez, Fernando J.; Loss, Caroline; Salvado, RitaField trials have been performed in Covilhã to identify the spectrum opportunities for radio frequency (RF) energy harvesting through power density measurements from 350 MHz to 3 GHz. Based on the identification of the most promising opportunities, a dual-band printed antenna was conceived, operating at GSM bands (900/1800), with gains of 1.8 and 2.06 dBi, and efficiency varying from 77.6 to 82%, for the highest and lowest operating frequency bands, respectively. In this paper, guidelines for the design of RF energy harvesting circuits and choice of textile materials for a wearable antenna are briefly discussed. Besides, we address the development and experimental characterization of three different prototypes of a five-stage Dickson voltage multiplier (with and without impedance matching circuit) responsible for RF energy harvesting. All the three prototypes (1, 2 and 3) can power supply the sensor node for RF received powers of 2 dBm, -3 dBm and -4 dBm, and conversion efficiencies of 6, 18 and 20%, respectively.