This thesis is based around the use of energy harvesting in systems, specifically for a Bluetooth Low Energy (BLE) mesh testbed. This BLE mesh is located in a well lit lab and is currently powered by mains electricity. Systems such as the BLE mesh are considered Internet of Things (IoT). The market for these systems is rapidly expanding and in turn so is the energy use. Many systems are powered by battery, and the need to replace a battery with an energy harvesting system has arisen. This thesis will explore the possibilities to power a node in this mesh and introduce a level of intelligence to allow the system to better predict available energy to harvest. The lab the BLE mesh is in is characterised for potential energy sources. Light is chosen to be an exceptional power source, from here a lux metre is created from a photovoltaic (PV) cell. This PV cell would function as both the power for the system and provide a method to measure the current light intensity. This would help add a layer of intelligence to the system to allow future systems to better understand how much energy is available. This idea can be implemented in other harvesters as well. / Denna avhandling är baserad på användningen av energiskördning i ett system, specifikt i en Bluetooth Low Energy (BLE)-mesh. Denna BLE-mesh befinner sig i ett väl upplyst labb och är för närvarande strömdrivet genom huvudström. System som BLE-mesh anses vara en del av Internet of Things (IoT). Marknaden för dessa system expanderar snabbt och därmed ökar också energiförbrukningen. Många system är batteridrivna och det har uppstått ett växande behov av att ersätta batteriet med ett energiskördsystem. Denna avhandling kommer att utforska möjligheterna att strömförsörja en nod i denna mesh och införa en intelligensnivå för att förbättra systemets möjlighet att förutspå energi som är tillgänglig för att skördas. Labbet där BLE-meshen befinner sig karakteriseras för potentiella energikällor. Ljus valdes som en exceptionell kraftkälla, och därifrån skapas en luxmeter från en fotovoltaisk (PV) cell. Denna PV-cell ska fungera både som strömkälla för systemet och utgöra en metod för att mäta nuvarande ljusintensitet. Detta skulle bidra till att lägga till ett skikt av intelligens i systemet för att göra det möjligt för framtida system att bättre förutspå tillgänglig skördbar energi. Denna idé kan även implementeras i andra energiskördsystem.

This thesis primarily deals with the concept of designing an antenna based device to harvest energy from Radio Frequency (RF) and using the harvested energy to sense the available Long Term Evolution (LTE) network in order for the Internet of Things (IoT) devices to connect to the network for the purpose of transmitting and receiving data. Secondarily the importance of this project is targeting how to conserve battery power in an IoT device and extend it’s lifetime. Research in the field of energy harvesting has been going on for a long time. Most of the researches concentrate on harvesting significant amount of energy to power up an entire device and so no one has ever thought of using the harvested RF energy to sense the availability of LTE network. This method of using antenna to sense network requires only a small amount of harvested energy. Due to this reason the proposed design works for a very low input received signal strength indicator (RSSI) as well, unlike higer RSSI required for other applications. The proposed design has three major sub-parts such as the (i) Antenna for the purpose of receiving the available ambient radio frequency. (ii) Matching circuit for the purpose of maximum power transfer between the antenna and the rectifier circuit. Finally (iii) rectifier which is used to convert the AC voltage into DC voltage. The device then measures the obtained voltage through the Analog to Digital Converter (ADC) pin in the Micro-Controlling Unit (MCU) available with the attached IoT device. The MCU then maps the harvested voltage into the corresponding analog voltage.Depending on the set threshold voltage the MCU can then advice whether or not to connect to the LTE network. The design implements matching circuit for the two LTE bands that are primarily in use in the European region i.e., band 3, 8 that work in 915, 1800 MHz frequency region respectively. In this way we can identify in which band the device is harvesting energy. The matching circuit also acts as a bandpass filter. For the design and production of the entire harvester device one needs adequate knowledge in the field of RF and Antennas and a high level knowledge in the field of electronics in order to run Simulations and to design Printed Circuit Boards (PCBs). Advanced Design Software (ADS) has been used to run all the simulations and Altium software for the design of PCBs. The final prototype is presented along with the casing and tested on the field in practical scenario. Antenna test chambers were used to test the performance of the antennas being used for the design. The prototype harvests RF energy and indicates whether or not to connect to the LTE network with the help of light emitting diode (LED). The uniqueness of the device is that it can detect signals as low as -110 dBm, this has been set as the threshold for the purpose of sensing LTE networks. / Denna avhandling behandlar primärt konceptet att använda antenner för att hämta energi från RF och att använda den insamlade energin för att känna av det tillgängliga LTE-nätverket för att IoT-enheterna ska kunna ansluta till nätverket för syftet med att överföra och ta emot data. Sekundärt Målet med av detta projekt är att spara batteri i en IoT-enhet och förlänga dess livslängd. Forskning inom området energiskörd har pågått under lång tid nu. De flesta av undersökningarna koncentrerar sig på att skörda betydande mängder energi för att driva en hel enhet och så ingen har någonsin tänkt på att använda den avkända RF-energin för att känna av tillgängligheten för LTE-nätverket. Denna metod för att använda antenn för att känna av nätverk kräver endast en liten mängd skördad energi. På grund av denna anledning fungerar den föreslagna designen även för en mycket låg ingång RSSI, till skillnad från högre RSSI som krävs för andra applikationer. Den föreslagna designen har tre huvuddelar, såsom (i) antennen för att ta emot den tillgängliga omgivande radiofrekvensen. (ii) Matchningskrets för maximal effektöverföring mellan antennen och likriktarkretsen. Slutligen (iii) likriktaren som används för att omvandla AC-spänningen till DC-spänning. Enheten mäter sedan den erhållna spänningen genom ADC-stiftet i MCU som finns tillgänglig med den anslutna IoT-enheten. MCU mappar sedan den genererade spänningen till motsvarande analoga spänning. Beroende på den inställda tröskelspänningen kan MCU sedan ge råd om att ansluta till LTE-nätverket eller inte. Konstruktionen implementerar matchningskrets för de två LTE-banden som primärt används i den europeiska regionen vilka är band 3, 7 som arbetar i 915 respektive 1800 MHz frekvensområdet. På så sätt kan vi identifiera i vilket band enheten hämtar energi i. Matchningskretsen fungerar också som ett bandpassfilter. För design och produktion av hela insamlingsenheten behöver man adekvat kunskap inom området RF och antenner och en hög nivå kunskap inom elektronikområdet för att kunna köra simuleringar och designa PCBs.ADS har använts för att köra alla simuleringar och Altium-mjukvara för design av PCBs. Den slutliga prototypen presenteras tillsammans med höljet och testas på fältet i praktiskt scenario. Antenntestkammare användes för att testa prestandan hos antennerna som användes för konstruktionen. Prototypen skördar RF-energi och indikerar om man ska ansluta till LTE-nätverket eller inte med hjälp av blinkande LED.Det unika med enheten är att den kan upptäcka signaler så låga som - 110 dBm, detta har satts som tröskel för avkänning LTE nätverk.