Transferência simultânea de dados e energia sem fio aplicado a rede de sensores

Abstract

A tecnologia de Transferência Simultânea de Dados e Energia Sem Fio (SWIPT) tem se destacado como uma solução promissora para transmitir dados e fornecer energia simultaneamente de forma estável. O SWIPT utiliza sinais de radiofrequência (RF) para transportar tanto dados quanto energia, o que o torna uma opção atrativa para aplicações em ambientes de difícil acesso, como em monitoramento de estruturas mecânicas, como pontes, barragens,também pode ser utilizado em veículos aéreos não tripulados (UAVs), em agricultura de precisão, entre outros.No entanto, o SWIPT enfrenta desafios, como a transmissão eficiente de energia a longas distâncias e a restrição de potência na faixa de frequência ISM. Além disso, é necessárioencontrar um equilíbrio entre a transmissão de dados e energia, levando em consideração oconsumo energético e a robustez na transmissão e recepção de dados.Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo desenvolver um circuito SWIPT baseado na modulação Amplitude Shift Keying (ASK) e na arquitetura Dual-Polarized (DP). São considerados aspectos como a eficiência de captura de energia, a taxa de transmissão dedados e o trade-off entre os dois. Além disso, é proposta uma otimização no arranjo de antenas utilizando algoritmos bioinspirados para a diminuição de lóbulos secundários.Os resultados obtidos mostram uma eficiência do conversor RF-DC de 78,94% para 17 dBm,uma taxa de transmissão de dados de 7 kbps com uma taxa de erro de bit (BER) de 10−3 para uma relação sinal-ruído (SNR) de 13 dB. O arranjo de antenas alcançou um ganho de 12.55 dBi na polarização vertical e uma média de ganho de 7.16 dBi na polarização horizontal.Os dados experimentais demonstram que o sistema proposto é um receptor SWIPT viável para diversas aplicações de monitoramento usando redes de sensores sem fio. A solução alcançou uma boa eficiência energética e capacidade de receber potências altas de entrada.O arranjo de antenas permite a transmissão simultânea de dados e energia, garantindo o isolamento entre os sistemas. Este trabalho destaca a arquitetura Dual Polarized comopromissora, com possibilidade de otimizações e melhorias em trabalhos futuros.