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Sistema de transmissão de energia sem fio por radiofrequência para alimentação de sensores sem fio
(2024) Loreian, Eduardo Spanhol; Zaions, Deividi Felipe
O presente trabalho propõe o estudo e desenvolvimento de um sistema de transmissão de energia sem fio por radiofrequência com objetivo de alimentar sensores sem fio. A fundamentação e contextualização foram realizadas com base na revisão bibliográfica, que apresenta um histórico da transmissão de energia sem fio, destacando os pioneiros como Nikola Tesla e os avanços tecnológicos subsequentes que tornaram essa tecnologia viável para aplicações modernas. Diferentes métodos de transmissão são explorados, incluindo acoplamento indutivo, ressonante e capacitivo, além da transmissão por laser e micro-ondas. Conceitos fundamentais como ondas de rádio, propagação em espaço livre e casamento de impedâncias são abordados, juntamente com os componentes chave do sistema, como transmissores, receptores, colheita de energia e antenas. Em seguida foram definidos os componentes do sistema, primeiramente o circuito transmissor, composto por um Phase-Locked Loop para estabilização da frequência, um oscilador controlado por tensão, um amplificador de potência, um filtro passa-faixa e uma antena transmissora. Com foco na comparação de desempenho, foram projetados três receptores utilizando diferentes métodos de retificação: retificador de onda completa, retificador multiplicador de tensão com dois diodos e multiplicador de tensão Dickson. Os receptores foram desenvolvidos tendo como foco operar com uma antena compacta adequada para captar o sinal de radiofrequência, um filtro passa-faixa LC para filtrar a faixa de frequência desejada e o circuito retificador. O sinal de radiofrequência recebido é inicialmente convertido em corrente alternada pela antena e, em seguida, transformado em corrente contínua pelo circuito retificador. A partir disso, foram simulados circuitos essenciais, como o oscilador e o filtro passa-faixa, fundamentais para o correto funcionamento do sistema de transmissão. Posteriormente foram realizadas simulações para o sistema do receptor, os três circuitos retificadores do receptor e o filtro LC do circuito foram simulados. Permitindo avaliar o desempenho do filtro e de cada método de retificação, onde o retificador multiplicador de tensão Dickson apresentou o melhor desempenho. Em seguida, foram construídos três protótipos do receptor utilizando placas perfuradas de fenolite como base para os componentes. Foram realizados testes no modo de colheita de energia e utilizando um transmissor pré-fabricado, alimentando os receptores a uma distância de três metros. Durante os testes, observou-se que somente utilizando o transmissor foi possível obter tensões superiores a 3V, o que indicou que o modo de colheita de energia, apesar de funcional, não foi capaz de fornecer a potência desejada. Por fim, a análise comparativa dos protótipos demonstrou que os receptores com retificação de onda completa e multiplicador de tensão com dois diodos não forneceram tensão estável ou suficiente para alimentar o sistema do sensor de forma contínua. Em contrapartida, o multiplicador de tensão Dickson se destacou por fornecer energia estável para alimentar o sistema. Diante dos resultados obtidos, conclui-se que, para sistemas de sensores sem fio de baixa potência, o receptor com retificador multiplicador de tensão Dickson se apresenta como a alternativa mais eficiente e confiável. Sua capacidade de fornecer energia estável destaca-se frente às limitações observadas nos outros protótipos, tornando-o uma solução promissora para aplicações que demandam eficiência e estabilidade energética.