Recherche et développement de nouveaux systèmes de récupération de l'énergie électromagnétique en utilisant des antennes et des métasurfaces innovantes

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Les systèmes de télécommunications modernes, l'avènement de l'Internet des objets et l'utilisation de nouveaux capteurs et de nouveaux dispositifs électroniques pour les applications biomédicales nécessitent une énergie interne ou externe permanente pour assurer leurs longévités. De nombreux appareils électroniques sont désormais chargés à l'aide de systèmes sans fil. Cela évite de changer périodiquement les piles et élimine les liaisons filaires déplaisantes et limitateurs de distance. Il est possible de récupérer l'énergie provenant de différentes sources telles que la lumière ambiante, les vibrations et les mouvements, la chaleur, et, enfin, les ondes radiofréquences (RF). Parmi ces sources, les ondes radiofréquences sont les seules à être disponibles à l'intérieur comme à l'extérieur, de jour comme de nuit. De plus, l'exploitation des ondes électromagnétiques n'est en général pas coûteuse par rapport à l'exploitation de d'autres sources d'énergie. Enfin, les sources RF sont disponibles presque partout. Il est possible de recueillir des signaux RF pour l'auto-alimentation de dispositifs électroniques tels que les capteurs, les objets connectés et les systèmes de communications sans fil des réseaux locaux.Le transfert sans fil de puissance à longue distance a récemment été considéré comme un moyen révolutionnaire de transférer la puissance à partir de satellites qui collecteraient l'énergie solaire avec une grande efficacité, la convertiraient en puissance micro-ondes, puis enverraient cette puissance micro-ondes à l'aide d'antennes directives vers des endroits spécifiques sur Terre. Un système de récupération de l'énergie électromagnétique est en général conçu avec des composants passifs tels que des circuits d'adaptation, des diviseurs de puissance et des antennes, et des composants actifs redresseurs qui convertissent la puissance RF en puissance DC. La plupart des récupérateurs d'énergie RF utilisent des antennes conventionnelles qui ne sont en général pas adaptées pour recevoir le maximum de puissance selon la polarisation de l'onde et l'angle d'incidence.Les métamatériaux sont des structures faites d'un ensemble en trois dimensions de résonateurs, appelés aussi particules. Les métasurfaces constituent une version en deux dimensions des métamatériaux. Les caractéristiques de la résonance de chaque particule d'un métamatériau ou d'une metasurface est un indicateur fondamental de sa capacité à emmagasiner de l'énergie électromagnétique. Les métamatériaux peuvent être des collecteurs d'énergie plus efficaces que les antennes conventionnelles.Les antennes intégrées sur substrats et les antennes colocalisées à polarisation multiple sont des exemples d'antennes innovantes qui ont été récemment développées et qui pourraient également augmenter l'efficacité des récupérateurs d'énergie.L'objectif de ce projet de recherche est d'étudier et de développer de nouveaux systèmes de récupération de l'énergie électromagnétique en utilisant des antennes émergentes et de nouvelles métasurfaces. Nous développerons en parallèle des systèmes destinées aux objets connectés et aux capteurs ainsi que des systèmes qui pourront être utilisés pour la transmission sans fil de puissance. Pour mener à bien ce projet de recherche, des techniques d'analyse seront développées en utilisant des méthodes numériques tels que la méthode des différences finies dans le domaine temporel et la théorie des modes caractéristiques. Ces études seront validées par des fabrications de prototypes et des mesures expérimentales tout au long du projet.