High-Efficiency SWIPT Base Station Transmitter Techniques for IoT Applications

RÉSUMÉ Au cours des prochaines décennies, l'Internet des objets (IdO), associé aux algorithmes d'intelligence artificielle (IA), devrait contribuer à l'automatisation et à la gestion de bon nombre de nos activités quotidiennes, de la fabrication et du transport de masse à la surveillance de la santé individuelle et la gestion du ménage. Cependant, pour être abordables, écologiques et saufs, ces systèmes IdO omniprésents exigent des noeuds IdO sans batterie capables de fournir et de traiter des données complexes. Dans le parcours de développement technologique des réseaux IdO sans batterie alimentés sans fil (SBSF), les architectures de transmission simultanée d'informations et d'énergie sans fil (TSIESF) se distinguent comme la solution la plus prometteuse pour répondre à ces exigences. Selon le niveau de connectivité du réseau IdO SBSF, les régions de champ proche et lointain du champ électromagnétique (EM) peuvent être utilisées. En règle générale, les solutions de champ proche non-radiatives basées sur l'induction magnétique sont préférées pour les applications IdO à courte portée ayant un taux d'absorption spécifique et des limites de sécurité serrées, tandis que les solutions radiatives de champ lointain sont préférées pour les applications IoT à longue portée mobile e à une couverture étendue. Considérant que l'émetteur de la station de base (ESB) a un impact considérable sur l'efficacité et le coût de bout en bout des systèmes TSIESF, l'objectif général de cette recherche est d'étudier et de développer des théories et des techniques visant des architectures d’ESB TSIESF d’haute efficacité et à faible coût dans le contexte d'applications basées sur l'IoT à bande étroite et à faible puissance dans les gammes de radiofréquences (RF) et de micro-ondes (bande inférieure à 6 GHz). Pour atteindre cet objectif, cette thèse de doctorat est divisée en deux parties en fonction du type de technologie (non radiative ou radiative) utilisée. Pour le cas non-radiatif, cette thèse de doctorat démontre et valide expérimentalement pour la première fois la faisabilité d'une métasurface non-linéaire stable basée sur le résonateur de Duffing capable de créer un effet de focalisation sur une bande passante beaucoup plus large que les topologies linéaires similaires. Pour le cas radiatif, elle démontre et valide expérimentalement la faisabilité d'une antenne active intégrée de classe E multifonctionnelle qui pourrait être utilisée pour le frontal d’un ESB TSIESF hautement intégré mais simple.