87205 - TECHNOLOGIES AND APPLICATIONS OF WIRELESS POWER TRANSFER M

Conoscenze e abilità da conseguire

The course aims at providing the rules for the analysis and design of a wireless link for the transmission of RF electromagnetic energy, exploiting both radiative techniques, by means of active antennas at the transmitter side and rectenna (rectifying antennas) at the receiver side, and non-radiative ones by inductive and capacitive coupling.The main non-linearities responsible for energy conversion, from RF to dc and vice versa, is studied and CAD tools based on the harmonic balancing technique are studied.The design process is also experimented by means of real-life systems based on simple energy reception systems for both radiation and reactive coupling mechanisms.

Contenuti

Blocchi funzionali dei sistemi wireless a radiofrequenza (RF) e le principali non-linearità che stanno alla base del loro funzionamento, e strumenti per poterli analizzare e progettare.

Metodi analitici per caratterizzare le principali non linearità in regime mono e multitonale: generazione di nuove frequenze, saturazione, conversione AM-PM, conversione di frequenza e distorsione non-lineare.

Modelli circuitali non-lineari dei dispositivi per la generazione di potenza (lato trasmettitore) e per la conversione RF-dc (lato ricevitore): MESFET e DIODI.

Metodo del bilanciamento armonico ed introduzione ai simulatori commerciali di circuiti non lineari a RF. Cenni sui simulatori elettromagnetici. Definizione delle principali funzioni di rete per la valutazione circuitale di un sistema a RF. In particolare viene considerata l’efficienza di un intero collegamento per Wireless Power Transfer (WPT) e vengono descritti dal punto di vista circuitale e sistemistico i diversi contributi. Analisi e progetto dei sottosistemi per WPT sia radiativi (far-field) che non (near-field).

Tecniche near-field

Accoppiamento induttivo e capacitivo: progetto del link wireless e definizione dell’efficienza.

Modelli elettromagnetici dei coil e analisi delle prestazioni

Schemi e progetti del trasmettitore e del ricevitore.

Tecniche far-field

Raccolta di energia dall’ambiente e trasmissione di potenza intenzionale

Principali caratteristiche delle antenne da utilizzare

Possibili schemi di sistemi per la ricezione della potenza. Diverse topologie di rectenna (antenna rettificatrice).

La parte finale del corso è dedicata allo studio di:

- alcune applicazioni di sistemi di trasmissione near-field per dispositivi indossabili o impiantabili

- Rectenne a larga banda per Energy Harvesting dall’ambiente (far-field).

Testi/Bibliografia

• D. Pozar, Microwave engineering, 4th Edition, Wiley

• Slide delle lezioni

• Articoli selezionati tratti dalla letteratura specializzata

•  "Wireless Power Transfer - Principles and Engineering Exploration", Ki Young Kim, InTech

Metodi didattici

- Lezioni frontali

- Sono previste anche:

i) alcune attività di verifica delle conoscenze intermedie, ma non soggette a valutazioni,

ii) alcune ore di laboratorio software in cui gli studenti faranno pratica con la simulazione elettromagnetica/circuitale e costruiranno semplici modelli per caratterizzare una rectenna

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Progetto di gruppo di un circuito per la trasmissione dell'energia

Esame orale sulla parte teorica e sulla parte pratica (laboratorio)

Strumenti a supporto della didattica

Nello studio della parte teorica, verrà fatto continuo riferimento e presentati "dal vivo" sottosistemi a RF sviluppati nella attività di ricerca del gruppo di appartenenza (con particolare riferimento a sistemi per energy harvesting e WPT)

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alessandra Costanzo

Consulta il sito web di Mazen Al Shanawani