Ambient Radio Frequency Energy Harvesting and Wireless Power Transfer: A study of applicable solutions for active sensors in Sweden
2024 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Energiskörd av omgivande radiofrekvenser och trådlös effektöverföring : En studie av applicerbara lösningar för aktiva sensorer i Sverige (Swedish)
Abstract [en]
This thesis explores the potential of wireless power transfer and energy harvesting from radiated radio frequencies. Wireless power transfer could be beneficial in low-power sensors where batteries are unsuitable and other energy sources are limited. Ambient radio frequencies have been shown to be hard to harvest due to the low input voltage and the wide bandwidth. The used frequency bands also change with time due to development and new technology. However, the benefits of not needing a battery to charge through a physical connection or replace altogether justified this thesis investigation in the area. In this thesis, the focus is on what’s possible in terms of ambient radio frequency harvesting and wireless power transfer in the central Stockholm area. The power density and its distribution over the spectrum is analyzed both through research and measurements. The wireless power transfer is tested and evaluated by building a prototype following local regulations. Possible use cases are brought up for comparison to primary battery solutions. The thesis concluded that ambient radio transmissions in central Stockholm (Sergels Torg and Hötorget) are not power-dense enough to be harvested by known solutions. The wireless power transfer prototype showed how regular market and easy-to- get components can be used to transfer energy with radio frequencies. One of two use cases can benefit from a wireless power transfer solution. The results can further help when making decisions on how to energize low-power sensors without primary batteries.
Abstract [sv]
Detta examensarbete undersöker trådlös kraftöverföring med- och energiskörd av utstrålade radiofrekvenser. I lågeffektsensorer där batterier är olämpliga och andra energikällor är begränsade kan trådlös kraftöverföring vara fördelaktig. Omgivande radiofrekvenser har visat sig vara svåra att skörda på grund av den låga inspänningen och den breda bandbredden. De använda frekvensbanden förändras också med tiden på grund av utveckling och ny teknik. Men fördelarna med att inte behöva ett batteri som behöver laddas genom en fysisk anslutning eller ersättas helt och hållet motiverade denna undersökning inom området. I detta examensarbete ligger fokus på vad som är möjligt när det gäller omgivande radiofrekvensskörd och trådlös kraftöverföring i centrala Stockholmsområdet. Effekttätheten och dess fördelning över spektrumet analyseras både genom efterforskningar och mätningar. Den trådlösa kraftöverföringen testas och utvärderas genom att bygga en prototyp som följer lokala föreskrifter. Möjliga användningsfall tas upp för jämförelse med primärbatterilösningar. Examensarbetet drog slutsatsen att omgivande radiosändningar i centrala Stockholm (Sergels Torg och Hötorget) inte är tillräckligt effekttäta för att kunna skördas med kända lösningar. Den trådlösa kraftöverföringsprototypen visade hur vanliga marknads- och lättillgängliga komponenter kan användas för att överföra energi med radiofrekvenser. Ett av två användningsfall kan dra nytta av en trådlös kraftöverföringslösning. Resultaten kan ytterligare hjälpa när man fattar beslut om hur lågeffektsensorer ska drivas utan primära batterier.
Place, publisher, year, edition, pages
2024. , p. 48
Series
TRITA-EECS-EX ; 2024:778
Keywords [en]
Antenna, PCB, Radio Frequency Energy Harvesting, RFID, Wireless Power Transfer
Keywords [sv]
Antenn, Mönsterkort, Energiskörd av Radiovågor, RFID, Trådlös Effektöver- föring
National Category
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-360204OAI: oai:DiVA.org:kth-360204DiVA, id: diva2:1939013
External cooperation
Prevas AB
Supervisors
Examiners
2025-03-042025-02-202025-03-04Bibliographically approved