Trådlös energiskörd möjliggör förmågan att skörda energi från elektromagnetisk strålning. Med de senaste framstegen inom trådlös kommunikationsteknik och med tillgången till energieffektiva sensorer, så har radiofrekvensenergiskördning potential till att bli en självförsörjande sensorbaserad plattform. Detta examensarbete undersöker möjligheten att använda radiofrekventa energiskördare som en autonom sensorbaserad plattform. Genom att skapa en sensornod för radiofrekvensenergiskördning, syftar denna avhandling till att undersöka möjliga begränsningar och framsteg som behövs för att göra sådana plattformar möjliga för allmänt bruk. Målet med sensornoden är att simulera en potentiell tillämpning som använder energiskördare som energikälla och backscattering som ett kommunikationsmedium. Ambient backscattering-kommunikation är en trådlös kommunikationsteknik som uppnår energieffektiv kommunikation genom att reflektera energi från omgivande elektromagnetiska källor. Följande avhandling har framgångsrikt utvecklat en prototyp som skördar energi så låg som -10 dBm med 3% verkningsgrad. Trots den låga effektiviteten kan det föreslagna systemet skörda tillräckligt med energi vid -10 dBm för att mäta, konvertera och överföra temperaturdata inom en rimlig tidsram. Den lägsta energiförbrukningen för sensornoden mäts till sex mikrojoule, detta påvisar energieffektiviteten hos dagens mikrokontroller och sensorer. Utöver de utförda labbmätningarna har det utvecklade systemet även testats i en elektromagnetisk kompatibilitetskammare för att validera resultaten. Denna avhandling drar slutsatsen om att radiofrekvent energiskörd är möjlig under kontrollerade förhållanden. Eftersom variationer i ineffekt kan resultera i att energiskördarens prestanda varierar, så bör fler studier undersöka möjligheten till att implementera automatiska impedanstuners. Sådana tuners kommer att möjliggöra optimerad prestanda för ett bredare spektrum av drifteffekter och därmed förbättra prestandan för allmänt bruk. / Wireless energy harvesting is the process of capturing electromagnetic energy into usable direct current. With recent advancements in wireless communication technology and the availability of power-efficient sensors and microcontrollers, radio frequency energy harvesting has the potential to become a viable self-sustaining sensor-based platform. This thesis investigates the possibility of utilizing radio frequency energy harvesters as an autonomous sensor-based platform. By creating a radio frequency energy harvesting sensor node, this thesis aims to investigate possible limitations and advancements needed to make such platforms viable for general usage. The goal of the sensor node is to simulate a potential application that utilizes energy harvesters as an energy source and backscattering as a communication medium. Ambient backscattering communication is a wireless communication technique that achieves energy-efficient communication by reflecting energy from ambient electromagnetic sources. The following thesis has successfully developed a prototype that harvests radio frequency energy as low as -10 dBm with 3\% efficiency. Despite the low efficiency, the proposed system can harvest enough energy at -10 dBm to sense, convert and transmit temperature data every 2 seconds. The lowest energy consumption of the sensor node is measured to be six microjoules of energy, demonstrating the energy efficiency of ’todays microcontrollers and sensors. In addition to the performed lab measurements, the developed system has also been tested in a state-of-the-art electromagnetic compatibility chamber to validate the results. This thesis can conclude that radio frequency energy harvesting is possible under controlled conditions. As variations in input power can result in the varying performance of the energy harvester, future studies are needed to investigate the possibility of implementing automatic impedance tuners. Such tuners will allow for optimized performance for a wider range of operating powers hence improving the performance for general usage.

Energiskördning är idag ett växande område och är framstående sett till hållbarhetsaspekterna. Vibrationsbaserad sådan har blivit allt populärare där man kan utnyttja mekanisk energi från olika källor till att generera elektrisk energi. Piezoelektricitet fungerar enligt denna princip och piezoelektrisk energiskördning har varit ett område som fler och fler utnyttjar på grund av dess effektivitet, exempelvis till trådlösa sensornätverk. Ett krav på att piezoelektrisk energiskördning ska fungera optimalt är att vibrationerna sker med en satt frekvens utan större variation, ofta i väldigt höga frekvenser. Syftet med detta projekt är att anpassa denna teknik till mänskliga rörelser vilket kan göra den mer användbar och ett tänkt ändamål kan vara ett demonstrationsexempel för oregelbundna rörelser vid låga frekvenser, precis som mänskliga rörelser. Utmaningen lägger därmed i att utveckla en piezoelektrisk energiskördare som har ett frekvensområde inom mänskliga rörelsers frekvenser på 4 till 7 Hertz, där effektiviteten fortfarande kan vara hög. Detta har beprövats med vibrationsplatta. Vad som observerades var att med flera piezoelektriska material på konsolbalkar i kolfiber av olika dimensioner med olika vikter längst ut, uppstod ett frekvensområde inom mänskliga området med höga spänningar. För att göra det möjligt behövdes vikterna ha en stor massa av upp till hundratals gram så att resonansfrekvenserna kunde vara inom nämnt frekvensområde. Då piezoelektriska material ger en växelspänning, måste spänningen likriktas. Detta gjordes med två olika gränssnitt med ett mönsterkort tillverkat för vardera. Dessa gränssnitt är ett klassiskt som helt enkelt likriktar spänningen, medan den andra, Parallel Synchronized Switch Harvesting on the Inductor (P-SSHI), ska maximera spänningen och effekten. Det visade sig att det inte blev lika lyckat som planerat. Det klassiska gränssnittet gav en likspänning som var nästan lika hög som den inmatade växelspänningen medan det inte gällde för P-SSHI. / Today energy harvesting is an area on the rise and is outstanding in regards to the environmental aspects. Vibration based energy harvesting has become popular where it uses mechanical energy from different sources to produce electrical energy. Piezoelectricity operates according to this principle and piezoelectric energy harvesting has been an area more are using because of its efficiency, with applications such as wireless sensor networks. One demand for piezoelectric energy harvesting to work optimally is that the vibration source must have a well known frequency with minor deviations and this in usually very high frequencies. The purpose of this thesis is to adapt this technology to human motions which could make it even more useful and a proposed usage is a demo product for irregular motions of low frequency, just like human motions. The challenge is hence to create a piezoelectric energy harvester which has a frequency range within the human motions’ frequencies of 4 to 7 Hertz, where the efficiency still could be high. This has been tested using a vibration exciter. What was noticed was that with multiple piezoelectric materials on cantilever beams of carbon fibre with different dimensions and tip masses, a frequency range within human range with high voltages could be created. To make this possible, the masses needed to have a significant mass of up towards hundreds of grams in order for the resonance frequencies to be within the stated frequency range. As the piezoelectric materials provide an AC voltage, the voltage needs to be rectified. This was done with two different interfaces with a PCB created for each. These interfaces are a classic one which simply rectifies the voltage, while the other, Parallel Synchronized Switch Harvesting on the Inductor (PSSHI), is supposed to maximize the voltage and power. This did not turn out to be as successful as predicted. The classical interface delivered a DC voltage almost as much as the provided AC voltage while the P-SSHI interface did not.