Inductive power transfer (IPT) systems with tolerance to the lateral misalignment are advantageous for enhancing the transmitted power, usability and security of the system. In this thesis, a misalignment tolerant multi-coil design is proposed to supply stationary and dynamic battery-free wireless devices. A compact architecture composed of individually switchable 3 layers of printed coils arranged with overlap for excellent surface coverage. A hybrid architecture based on three compact AC supply modules reduces the supply circuit complexity on the sending Seite 2 von 4side. It detects the position of the receiver coil quickly, controls the activation of the transmitting coils and estimates the next receiver position. The proposed architecture reduces the circuit footprint by a factor of 62% compared to common architectures. A transmitter coil activation strategy is proposed based on the detection of the transmitting coils voltage and communication between sending side and receiving side to detect devices to supply nature and position and to differentiate them from other conductive objects in the sending area to the supplying security. The experimental results prove that the proposed architecture has a good performance for different trajectories when the device speed does not exceed 15 mm/s. Besides, the maximum detection time for the initial device position is about 1.6 s. The maximal time interval to check the transmitter coils is around 0.7 s.:1. INTRODUCTION 2. THEORETICAL BACKGROUND 3. STATE OF THE ART OF MULTI-COIL IPT SYSTEMS 4. NOVEL DESIGN OF A MULTI-COIL IPT SYSTEM 5. MULTI-COIL ACTIVATION PROCEDURE 6. EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS 7. CONCLUSION AND OUTLOOK / Induktive Energieübertragungssysteme (IPT) mit Toleranz gegenüber seitlichem Versatz sind vorteilhaft, um die übertragene Leistung, die Nutzbarkeit und die Sicherheit des Systems zu verbessern. In dieser Arbeit wird ein versatztolerantes Multispulen-Design vorgeschlagen, um stationäre und dynamische batterielose drahtlose Geräte zu versorgen. Die kompakte Architektur besteht aus 3 einzeln schaltbaren Schichten gedruckter Spulen, die überlappend angeordnet sind, um eine hervorragende Oberflächenabdeckung zu gewährleisten. Eine hybride Architektur, die auf drei kompakten AC-Versorgungsmodulen basiert, reduziert die Komplexität der Versorgungsschaltung auf der Senderseite. Sie erkennt die Position der Empfängerspule schnell, steuert die Aktivierung der Sendespulen und schätzt die nächste Empfängerposition. Die vorgeschlagene Architektur reduziert den Platzbedarf der Schaltung um einen Faktor von 62 % im Vergleich zu herkömmlichen Architekturen. Es wird eine Aktivierungsstrategie für die Sendespulen vorgeschlagen, die auf der Erkennung der Spannung der Sendespulen und der Kommunikation zwischen Sende- und Empfangsseite basiert, um die Art und Position der zu versorgenden Geräte zu erkennen und sie von anderen leitfähigen Objekten im Sendebereich zu unterscheiden. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagene Architektur eine gute Leistung für verschiedene Trajektorien hat, wenn die Geschwindigkeit der Geräte 15 mm/s nicht überschreitet. Außerdem beträgt die maximale Erkennungszeit für die anfängliche Geräteposition etwa 1,6 s. Das maximale Zeitintervall für die Überprüfung der Senderspulen beträgt etwa 0,7 s.:1. INTRODUCTION 2. THEORETICAL BACKGROUND 3. STATE OF THE ART OF MULTI-COIL IPT SYSTEMS 4. NOVEL DESIGN OF A MULTI-COIL IPT SYSTEM 5. MULTI-COIL ACTIVATION PROCEDURE 6. EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS 7. CONCLUSION AND OUTLOOK

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Un des défis majeurs de l’Internet des Objets et, plus généralement, des tous les réseaux de capteurs sans fils, c’est l’alimentation de chaque nœud connecté. La solution la plus commune est d’équiper chaque dispositif d’une batterie mais cela introduit plusieurs contraintes, qui mettent en question la faisabilité de cette approche sur le long terme (durée de vie limité, couts de gestion élevé, empreinte écologique).Cette thèse développe une possible solution basée sur la transmission sans-fils de l’énergie. Un récupérateur d’énergie RF, composé d’une antenne, un redresseur haute-fréquence et un convertisseur élévateur, est présenté. Ce système permet de récupérer les ondes électromagnétiques et de produire une tension continue en sortie, qui peut être utilisé pour alimenter des microcontrôleurs ou des capteurs. L’absence d’une batterie interne augmente la flexibilité globale, surtout pour les situations où le remplacement n’est pas possible (ex. dispositifs implantés, nombre élevé de nœuds, milieux dangereux). Une étude approfondie sur les redresseur intégrés ultra-haute-fréquence de type Schottky et MOS a été mené ; plusieurs topologies ont été analysées et optimisées. De plus, l’utilisation d’un convertisseur élévateur a été envisagée, dans le but d’accroitre la tension en sortie ; une première version discrète et puis une plus compacte version intégrée, ont été abordées et testées. Ces développements ont permis d’aboutir à un récupérateur complet, potentiellement capable d’alimenter un microcontrôleur du commerce. / One of the challenges of the Internet of Things and, more in general, of every wireless sensor network is to provide electrical power to every single one of its smart nodes. A typical solution uses batteries but various major concerns reduce the long-term feasibility of this approach (limited lifetime, maintenance and replacement costs, and environmental footprint).This thesis develops a possible solution based on the wireless transmission of power. A complete RF harvester composed of an antenna, a UHF rectifier and a step-up voltage converter is presented. This system captures electromagnetic waves and converts them to a stable DC voltage to supply power to common logic circuits like microcontrollers and sensors. The lack of an internal battery provides an extended flexibility, especially when its replacement is not a viable option (ex. implanted devices, large number of nodes, dangerous environments, etc.). An in-depth study of integrated Schottky and CMOS UHF rectifiers is carried out; various topologies and optimizations are analyzed. Moreover, the use of an additional step-up converter is proposed in order to increase the system output voltage; an early discrete implementation and a final, more compact, integrated version are discussed and tested. These developments lead to a complete system capable of potentially powering an application with an off-the-shelf microcontroller.

<p>Traffic is inevitably a major source of air pollution, particularly in urban areas. Efforts are made towards reducing emissions by improving vehicle and fuel technology and promoting alternative, sustainable modes of transportation. Although the emergence of EVs has shown capabilities of decreasing energy use and emissions levels, the EV market is developing slowly mainly due to drivers’ range anxiety and charging time. Electric roadways (ERs) have been proposed as a solution to overcome the concerns related to EVs by converting road segments into powered lanes where vehicles can be charged as they move along the roadway. This technology has the potential to increase driving range, decrease battery size and thus, lower the weight and the cost of EVs. In this context, exploring the challenging concept of ERs comes natural. </p> <p>Since data on the market acceptance and the environmental implications on this technology are limited to non-existent, this thesis has the following objectives: 1) identify the factors that affect the short- and long-term intention to use ERs, 2) estimate the level of adoption of the ER technology and identify characteristics of the market segments and 3) assess the impact of ERs on criteria pollutants and greenhouse gas emissions based on the market adoption results.</p> <p>To achieve these objectives, a survey of the general population in Los Angeles, California was conducted, gathering 600 responses representative of gender and age in the area. Los Angeles is considered a leader in electro-mobility and thus, a natural choice for the implementation of ERs. The short-or long-term intentions to drive on ERs and purchase an EV knowing about the availability of ERs were found to be correlated and thus, were modeled simultaneously using a bivariate ordered probit model. The compatibility of the ER technology with respondents’ lifestyle and needs, respondents’ tendency towards using sustainable forms of transportation, respondents’ innovativeness and perceived environmental benefits were among the most significant variables found to affect the short-term and long-term intention to use ERs.</p> <p>The level of adoption of the ER technology and corresponding market segments were identified using a combination of Principal Component Analysis (PCA) and Cluster Analysis. Three clusters emerged from the analysis: early adopters (48.5%), mid-adopters (27.67%) and late adopters (23.83%) that differed in terms of demographics and socioeconomic characteristics, travel and EV charging characteristics and level of awareness. </p> <p>The adoption levels found were then used to estimate the emissions change due to the implementation of the ERs by 2050. Using the California Air Resources Board’s (CARB) 2017 EMissions FACtor model (EMFAC). Two scenarios were examined considering light-duty vehicles (LDVs) in a specific corridor: “with” and “without electrification” scenarios. The results suggested that the ER technology for light-duty vehicles has the potential to provide emission reductions of 4 to 24%. A sensitivity analysis was also conducted to examine the effect of speed on the results.</p> <p>Turning to the practical implications, this thesis can provide a foundational framework for the evaluation of the ER technology in terms of environmental and economic viability and set the groundwork for future research. Ultimately, the short-term and long-term intention analysis can be used as a draft guide by state and local agencies and inform their strategic short- or long- range plans for mobility. By segmenting potential users, policy makers and transport operators can be informed about the main challenges regarding the promotion of the ER technology to distinct market segments and devise ways to accelerate its adoption. The findings from the impact analysis of ERs on criteria pollutants and greenhouse gases can also inform long-range transportation plans and existing regulations and policies in California and beyond.</p> <p> </p>

Actuellement, les systèmes permettant de transférer de l’énergie dans le but de recharger les accumulateurs d’appareils électroniques sans l’emploi de câble se démocratisent davantage chaque jour. On comprend donc bien l’intérêt de tels systèmes dans des environnements embarqués et confinés tels que l’habitacle d’un véhicule. Le principe de l’induction magnétique réside dans un transfert de flux magnétique entre deux antennes inductives. Le champ magnétique servira de vecteur au transport d’une puissance électrique, puisque c’est au travers de cette création de flux magnétique que sera échangée ou transférée la puissance d’un émetteur vers un récepteur. Un tel système d’émission-réception de puissance utilisant le principe d’induction magnétique contient un émetteur, des antennes (bobines) inductives couplées et un récepteur. Un premier chapitre sera donc consacré à l’étude des antennes d’un point de vue théorique et technologique. Des modèles électromagnétiques d’antennes inductives seront développés, et après validation par corrélation avec des mesures électriques et électromagnétiques, ils seront employés au travers d’intenses simulations électromagnétiques. Ceci afin de montrer l’impact des paramètres définissant ces antennes inductives sur leurs comportements électrique et électromagnétique. Une fois les antennes inductives optimisées et leurs paramètres clés identifiés, on étudiera dans un deuxième temps les effets de l’induction magnétique lorsque qu’une antenne d’émission et une autre de réception sont présentées ensembles et mises en condition de transfert d’énergie. On mettra donc en évidence le principe de couplage magnétique entre les antennes ainsi que la notion de rendement de puissance appelé aussi efficacité de liaison. Les différents paramètres des antennes seront là aussi caractérisés afin d‘étudier leur influence sur le transfert d’énergie inductif. Le tout illustré de la même manière que précédemment, en s’appuyant sur d’intenses simulations électromagnétiques et des modèles validés par rapport à différentes méthodes de mesure. Ceci dans le but de comprendre les mécanismes de fonctionnement et d’optimisation d’un système de transfert d’énergie par induction magnétique ainsi que de proposer des règles générales de conception d’antennes inductives. Dans un troisième temps, on présentera les différents étages électroniques composant les systèmes de transfert d’énergie inductif. Une partie sera dédiée à la définition du point de vue système des éléments constituant la chaine complète d’émission et de réception. La conception, l’optimisation et la mesure des amplificateurs de puissance utilisés au niveau de l’émetteur seront également présentés. En effet, ces systèmes doivent être suffisamment performants afin de transférer des puissances capables d’alimenter des appareils électroniques de type téléphones tout en ayant un bilan de puissance efficace avec des pertes limitées. A partir de modèles de circuits émetteur et récepteur et en s’appuyant sur des simulations circuits, nous estimerons les bilans de puissances afin d’évaluer les performances et les limites des différents systèmes. Ces simulations une fois validées par mesures permettront de quantifier l’efficacité du transfert de puissance et proposer des voies d’optimisation. Ces systèmes et technologies sont de plus en plus utilisés pour l’électronique grand public et il existe actuellement plusieurs standards régissant le transfert d’énergie inductif. Les différentes études présentées dans cette thèse seront donc orientées vers ces différentes normes, et des analogies seront réalisées tout le long du mémoire afin de mettre en exergue leurs différents principes de fonctionnement. / Nowadays there is a strong demand of systems allowing to transfer energy in a wirelessly way to small electronic devices. So we can well understand the interest of such systems in embedded environments such as vehicle cockpit. The principle of magnetic induction comes from a magnetic flux exchange between two inductive antennas. The magnetic field will be used to transport an electrical power from an emitter to a receiver. These systems using the magnetic induction to transfer energy contain an emitter, inductive antennas (coils) and a receiver. A first chapter will be dedicated to the antennas employed in inductive wireless power transfer systems on theoretical and technological points of views. An electromagnetic modeling of these inductive antennas will be realized and validated through correlation with measurements. Once the modeling process defined and the validations done, it will be used through intensive electromagnetic simulations in order to show the impact of antennas parameters on their electrical and electromagnetic performances. After the inductive antennas characterization and their key parameters identification done, we will study in a second time the magnetic induction effects when emission and reception antennas are placed together in order to realize an inductive power transfer. Notions of magnetic coupling which appears between inductive antennas and magnetic efficiency which characterizes how much quantities of power are transferred will be highlighted. In the same conditions as before, the impact of antennas parameters on the power transfer and magnetic coupling will be investigated through electromagnetic modeling of inductive antennas and the use of intensive electromagnetic simulations. Thus, we will have the opportunity to precisely understand the meaning of the inductive power transfer and the different ways of optimizations. By this way, we will also propose some general design guidelines for antennas employed in inductive wireless power transfer systems. A third chapter will be dedicated to the presentation of the different electronic stages used in inductive wireless power transfer systems. A part of it will be employed on the definitions of the different elements allowing the wireless power transfer on a system approach. The design, optimization and measurement of power amplifiers used on the emission stage will be presented too.. Indeed, it is necessary to have efficient power amplification in order to transfer the required power to different receivers such as phones at the same time to limit the power losses. From circuit modeling of different emitter and receiver and with circuit simulations, we will develop power budgets in order to evaluate the performances and limits of these systems. Once the simulation validated by measurement, we will be able to quantify the total power transfer efficiency and propose optimization ways. Because of the current existence of different inductive wireless power standards on the industrial market for electronic consumer, analogies with them will be done all along the different steps of this thesis in order to highlighted their different functioning principles.

Computational tools such as finite element analysis and simulation are commonly used for system performance analysis and validation. It is often impractical to rely exclusively on the high-fidelity simulation model for design activities because of high computational costs. Mathematical models are typically constructed to approximate the simulation model to help with the design activities. Such models are referred to as “metamodel.” The process of constructing a metamodel is called “metamodeling.” Metamodeling, however, faces eminent challenges that arise from high-dimensionality of underlying problems, in addition to the high computational costs and unknown function properties (that is black-box functions) of analysis/simulation. The combination of these three challenges defines the so-called high-dimensional, computationally-expensive, and black-box (HEB) problems. Currently there is a lack of practical methods to deal with HEB problems. This dissertation, by means of surveying existing techniques, has found that the major deficiency of the current metamodeling approaches lies in the separation of the metamodeling from the properties of underlying functions. The survey has also identified two promising approaches - mapping and decomposition - for solving HEB problems. A new analytic methodology, radial basis function–high-dimensional model representation (RBF-HDMR), has been proposed to model the HEB problems. The RBF-HDMR decomposes the effects of variables or variable sets on system outputs. The RBF-HDMR, as compared with other metamodels, has three distinct advantages: 1) fundamentally reduces the number of calls to the expensive simulation in order to build a metamodel, thus breaks/alleviates exponentially-increasing computational difficulty; 2) reveals the functional form of the black-box function; and 3) discloses the intrinsic characteristics (for instance, linearity/nonlinearity) of the black-box function. The RBF-HDMR has been intensively tested with mathematical and practical problems chosen from the literature. This methodology has also successfully applied to the power transfer capability analysis of Manitoba-Ontario Electrical Interconnections with 50 variables. The test results demonstrate that the RBF-HDMR is a powerful tool to model large-scale simulation-based engineering problems. The RBF-HDMR model and its constructing approach, therefore, represent a breakthrough in modeling HEB problems and make it possible to optimize high-dimensional simulation-based design problems.

Computational tools such as finite element analysis and simulation are commonly used for system performance analysis and validation. It is often impractical to rely exclusively on the high-fidelity simulation model for design activities because of high computational costs. Mathematical models are typically constructed to approximate the simulation model to help with the design activities. Such models are referred to as “metamodel.” The process of constructing a metamodel is called “metamodeling.” Metamodeling, however, faces eminent challenges that arise from high-dimensionality of underlying problems, in addition to the high computational costs and unknown function properties (that is black-box functions) of analysis/simulation. The combination of these three challenges defines the so-called high-dimensional, computationally-expensive, and black-box (HEB) problems. Currently there is a lack of practical methods to deal with HEB problems. This dissertation, by means of surveying existing techniques, has found that the major deficiency of the current metamodeling approaches lies in the separation of the metamodeling from the properties of underlying functions. The survey has also identified two promising approaches - mapping and decomposition - for solving HEB problems. A new analytic methodology, radial basis function–high-dimensional model representation (RBF-HDMR), has been proposed to model the HEB problems. The RBF-HDMR decomposes the effects of variables or variable sets on system outputs. The RBF-HDMR, as compared with other metamodels, has three distinct advantages: 1) fundamentally reduces the number of calls to the expensive simulation in order to build a metamodel, thus breaks/alleviates exponentially-increasing computational difficulty; 2) reveals the functional form of the black-box function; and 3) discloses the intrinsic characteristics (for instance, linearity/nonlinearity) of the black-box function. The RBF-HDMR has been intensively tested with mathematical and practical problems chosen from the literature. This methodology has also successfully applied to the power transfer capability analysis of Manitoba-Ontario Electrical Interconnections with 50 variables. The test results demonstrate that the RBF-HDMR is a powerful tool to model large-scale simulation-based engineering problems. The RBF-HDMR model and its constructing approach, therefore, represent a breakthrough in modeling HEB problems and make it possible to optimize high-dimensional simulation-based design problems.

This thesis deals with the design and realization of wireless power charging circuit for embedded systems. The research section focuses on the various ways and technologies used in applications of wireless power transfer. The theoretical part also briefly characterizes resonant inductive coupling and critical parameters of the transfer. This is followed by realization of various variants of transfer coils and electromagnetic oscillators. Wireless power charging prototype system is created and used for testing purposes to find optimal configuration of resonator. The hardware unit presented in the final part of the thesis exploits microcontroller and implemented software is extended by foreign object detection algorithm along with method to monitor battery charging state.

L'analyse et l'optimisation au niveau de système sont indispensables pour la progression de performance des réseaux de communication. Ils sont nécessaires afin de faire fonctionner de façon optimale des réseaux actuels et de planifier des réseaux futurs. La modélisation et l'analyse au niveau de système des réseaux cellulaires ont été facilitées grâce à la maîtrise de l'outil mathématique de la géométrie stochastique et, plus précisément, la théorie des processus ponctuels spatiaux. Du point de vue de système, il a été empiriquement validé que les emplacements des stations cellulaires de base peuvent être considérés comme des points d'un processus ponctuel de Poisson homogène dont l'intensité coïncide avec le nombre moyen de stations par unité de surface. Dans ce contexte, des contributions de ce travail se trouvent dans le développement de nouvelles méthodologies analytiques pour l'analyse et l'optimisation des déploiements de réseaux cellulaires émergents.La première contribution consiste à introduire une approche pour évaluer la faisabilité de réseaux cellulaires multi-antennes, dans lesquels les dispositifs mobiles à faible énergie décodent les données et récupèrent l'énergie à partir d’un même signal reçu. Des outils de géométrie stochastique sont utilisés pour quantifier le taux d'information par rapport au compromis de puissance captée. Les conclusions montrent que les réseaux d'antennes à grande échelle et les déploiements ultra-denses de stations base sont tous les deux nécessaires pour capter une quantité d'énergie suffisamment élevée et fiable. En outre, la faisabilité de la diversité des récepteurs pour l'application aux réseaux cellulaires descendants est également étudiée. Diverses options basées sur la combinaison de sélection et la combinaison de taux maximal sont donc comparées. Notre analyse montre qu'aucun système n’est plus performant que les autres pour chaque configuration de système : les dispositifs à basse énergie doivent fonctionner de manière adaptative, en choisissant le schéma de diversité des récepteurs en fonction des exigences imposées.La deuxième contribution consiste à introduire une nouvelle approche pour la modélisation et l'optimisation de l'efficacité énergétique des réseaux cellulaires.Contrairement aux approches analytiques actuellement disponibles qui fournissent des expressions analytiques trop simples ou trop complexes de la probabilité de couverture et de l'efficacité spectrale des réseaux cellulaires, l'approche proposée est formulée par une solution de forme fermée qui se révèle en même temps simple et significative. Une nouvelle expression de l'efficacité énergétique du réseau cellulaire descendant est proposée à partir d’une nouvelle formule de l'efficacité spectrale. Cette expression est utilisée pour l’optimisation de la puissance d'émission et la densité des stations cellulaires de base. Il est prouvé mathématiquement que l'efficacité énergétique est une fonction uni-modale et strictement pseudo-concave de la puissance d'émission en fixant la densité des stations de base, et de la densité des stations de base en fixant la puissance d'émission. La puissance d'émission optimale et la densité des stations de base s'avèrent donc être la solution des équations non linéaires simples.La troisième contribution consiste à introduire une nouvelle approche pour analyser les performances des réseaux cellulaires hétérogènes équipés des sources d'énergie renouvelables, telles que les panneaux solaires. L'approche proposée permet de tenir compte de la distribution spatiale des stations de base en utilisant la théorie des processus ponctuels, ainsi que l'apparition aléatoire et la disponibilité de l'énergie en utilisant la théorie des chaînes de Markov. En utilisant l'approche proposée, l'efficacité énergétique des réseaux cellulaires peut être quantifiée et l'interaction entre la densité des stations de base et le taux d'énergie d'apparition peut être quantifiée et optimisée. / In communication networks, system-level analysis and optimization are useful when one is interested in optimizing the system performance across the entire network. System-level analysis and optimization, therefore, are relevant for optimally operating current networks, and for deploying and planning future networks. In the last few years, the system-level modeling and analysis of cellular networks have been facilitated by capitalizing on the mathematical tool of stochastic geometry and, more precisely, on the theory of spatial point processes. It has been empirically validated that, from the system-level standpoint, the locations of cellular base stations can be abstracted as points of a homogeneous Poisson point process whose intensity coincides with the average number of based stations per unit area.In this context, the contribution of the present Ph.D. thesis lies in developing new analytical methodologies for analyzing and optimizing emerging cellular network deployments. The present Ph.D. thesis, in particular, provides three main contributions to the analysis and optimization of energy-efficient cellular networks.The first contribution consists of introducing a tractable approach for assessing the feasibility of multiple-antenna cellular networks, where low-energy mobile devices decode data and harvest power from the same received signal. Tools from stochastic geometry are used to quantify the information rate vs. harvested power tradeoff. Our study unveils that large-scale antenna arrays and ultra-dense deployments of base stations are both necessary to harvest, with high reliability, a sufficiently high amount of power. Furthermore, the feasibility of receiver diversity for application to downlink cellular networks is investigated. Several options that are based on selection combining and maximum ratio combining are compared against each other. Our analysis shows that no scheme outperforms the others for every system setup. It suggests, on the other hand, that the low-energy devices need to operate in an adaptive fashion, by choosing the receiver diversity scheme as a function of the imposed requirements.The second contribution consists of introducing a new tractable approach for modeling and optimizing the energy efficiency of cellular networks. Unlike currently available analytical approaches that provide either simple but meaningless or meaningful but complex analytical expressions of the coverage probability and spectral efficiency of cellular networks, the proposed approach is conveniently formulated in a closed-form expression that is proved to be simple and meaningful at the same time. By relying on the new proposed formulation of the spectral efficiency, a new tractable closed-form expression of the energy efficiency of downlink cellular network is proposed, which is used for optimizing the transmit power and the density of cellular base stations. It is mathematically proved, in particular, that the energy efficiency is a unimodal and strictly pseudo-concave function in the transmit power, given the density of the base stations, and in the density of the base stations, given the transmit power. The optimal transmit power and density of base stations are proved to be the solution of simple non-linear equations.The third contribution consists of introducing a new tractable approach for analyzing the performance of multi-tier cellular networks equipped with renewable energy sources, such as solar panels. The proposed approach allows one to account for the spatial distribution of the base stations by using the theory of point processes, as well as for the random arrival and availability of energy by using Markov chain theory. By using the proposed approach, the energy efficiency of cellular networks can be quantified and the interplay between the density of base stations and energy arrival rate can be quantified and optimized.

Les systèmes électroniques sont au cœur de notre vie quotidienne, ils sont intégrés dans la plupart des objets que nous utilisons chaque jour, et dans des secteurs clés comme l’aéronautique, l’automobile, le spatial, l’électronique grand public... Les techniques d’alimentation classiques (pile ou batterie) restent difficiles à envisager dans certaines applications car, elles sont limitées en autonomie, elles nécessitent des remplacements périodiques et leur recyclage est coûteux. Afin de détourner ces contraintes, le concept de la transmission d’énergie sans fil se présente comme une alternative aux systèmes d’alimentation classiques. La récupération d'énergie électromagnétique a beaucoup attiré l'attention puisque la puissance RF est largement diffusée à partir de nombreuses ressources électromagnétiques fiables. De plus, les circuits électroniques et notamment microondes deviennent de plus en plus rapides à cause des fréquences de travail de plus en plus élevées. L’analyse fréquentielle seule ne peut répondre à un certain nombre d’interrogations dans ces circuits. Une analyse purement temporelle devient nécessaire pour résoudre et répondre à toutes les problématiques. Parmi les problèmes posés dans les circuits microondes, on s’intéresse à deux approches totalement complémentaires:• L’Intégrité du Signal qui représente le dysfonctionnement des circuits du à la distorsion des signaux. • La Compatibilité ElectroMagnétique qui est le résultat de l’encombrement des composants électroniques dans les circuits. La première approche se base sur les modèles de composants et peut prédire parfaitement la qualité des signaux pendant le placement et le routage des cartes électroniques. En revanche, il sera très difficile de mettre en évidence les causes du comportement anormal du circuit en question. La deuxième approche complémentaire de la première, et qui est l’analyse par la compatibilité électromagnétique permettra de couvrir les causes du problème tels que diaphonie (Cross Talk), rayonnement et susceptibilité des systèmes dans le but de corriger le circuit pour qu’il fonctionne correctement.La méthode de travail adoptée dans cette thèse consiste dans un premier temps à identifier les différents problèmes. Ensuite proposer des solutions via des codes de calcul existants (FDTD, FEM, MoM…) et qu’on pourra développer (2D) ou bien via des logiciels adaptés tels que Spice, Matlab, EMPro, ADS…..etc. / Electronic systems are integrated into most objects that we use every day, also in different key sectors such as, automotive, railway, spacial, defense and consumer electronics... Conventional feeding techniques remain difficult to envisage in certain applications because they are limited in their autonomy energy, and they require periodic replacements and their recycling is expensive. In this mind, the wireless power transfer is a very interesting solution, less expensive and aesthetic. This solution needs to pick up the RF power transmitted through the free space by a Rectenna and convert it to a DC voltage, to feed one or several wireless devices or to increase the operating life of batteries.The high operating frequencies makes the microwave circuits faster. Frequency analysis can’t answer a number of questions in these circuits. The introduction of the temporal analysis becomes necessary to solve and answer all the problems encountered. In fact, we are interested in two complementary approaches:• Signal integrity, which represents the malfunction of the circuits due to the distortion of the signals• ElectroMagnetic Compatibility, which is the result of the congestion of the electronic components in the circuits.• The first approach is based on component models and can perfectly predict signal quality during placement and routing of electronic boards. On the other hand, it will be difficult to highlight the causes of the abnormal behavior of the circuit. The second approach, is complementary of the first one, which is the analysis by the electromagnetic compatibility, who will allow to cover the causes of the problems such as cross talk, radiation and defined the susceptibility of this systems to work correctly.The working method adopted in this thesis consists in first identifying the various problems. Then propose solutions via existing calculation codes (FDTD, FEM, MoM ...) who can be developed or via the software such as Spice, Matlab, EMPro, ADS …Key words: Wireless power transfer, UWB systems, numerical methods, Rectenna systems, RF/DC converter, EMC analysis.