Transmissão de energia sem fio para circuitos de corrente contínua, com estudo de caso em alimentação instantânea de mouses

Abstract

Com o crescimento do consumo de dispositivos eletrônicos, principalmente por conta da Internet das coisas (IoT, do inglês Internet of Things), buscam-se meios alternativos para carregamento desses aparelhos, o que atualmente é feito por meio de pilhas e baterias. A transmissão de energia sem fio é uma tecnologia promissora que permite que usuários energizem dispositivos de maneira prática e confortável, além do fato de que contribui com o meio ambiente, já que permite a eliminação de pilhas e baterias. Existem várias técnicas para transmissão de energia sem fio, como por indutância, por laser e por microondas utilizando antenas. A transmissão por microondas é feita utilizando uma fonte transmissora e um receptor que consiste em uma antena, um circuito de casamento de impedância e um circuito retificador, denominado rectenna. Esse sistema tem geração de energia geralmente entre micro a mili watts, o que possibilita carregar pequenos dispositivos. Neste trabalho foi proposto, implementado e avaliado um sistema baseado em rectenna compacta, utilizando antena quadrada de microfita, e em um circuito retificador com configuração de dobrador de tensão com base em diodos em paralelo. O dobrador de tensão visa o aumento da eficiência de conversão de energia de Radiofrequência (RF) em energia contínua (DC, do inglês Direct Current), com respeito a uma solução com diodo único. O circuito foi projetado e construído para funcionar em uma frequência central de 2,4 GHz com um substrato de FR-4, a carga foi um mouse, que foi utilizado como estudo de caso. A antena escolhida foi uma antena de microfita de mesmo substrato do circuito, com alimentação por fenda. Para avaliação do sistema, foram realizadas simulações bem como a montagem do circuito completo projetado, seguida de ensaios em laboratório. As simulações foram baseadas nos programas SPICE®, ADS® e MatLab®, para análise dos circuitos, e no programa HFSS® para análise de desempenho da rectenna. Em simulação o sistema alcançou uma eficiência máxima de 50 % e no circuito fabricado uma eficiência de 5 %. A antena foi projetada para uma largura de banda de 250 MHz com coeficiente de reflexão abaixo de -15 dB, e os resultados experimentais indicaram uma banda de 250MHz com coeficiente de reflexão acima de -7.3 dB. Essas discrepâncias se dão provavelmente pelas tolerâncias nas especificações dos dispositivos utilizados, pela inclusão de um resistor no divisor de potência Wilkinson e pelas perdas na transição entre o conector e o circuito.