Une antenne redresseuse (rectifying antenna, rectenna en anglais) est une classe spéciale d'antennes capables de convertir de l'énergie radiofréquence en courant continu.

Les communications sans fil dégagent beaucoup d'énergie dans l'air et, au fil des ans, les chercheurs ont déployé un certain nombre d'efforts visant à récolter cette énergie. Les signaux Wi-Fi à courte portée ont été la cible de plusieurs projets, tandis que les émissions de télévision et les signaux radio ont fait l'objet d'autres projets. Un dispositif espère même augmenter de 30 % la durée de vie de la batterie d'un smartphone en récupérant simplement une partie des ondes radio que le téléphone génère lui-même.

La 5G : une nouvelle opportunité

Mais les communications 5G offrent une toute nouvelle opportunité. "La 5G a été conçue pour des communications ultra-rapides et à faible latence", peut-on lire dans la dernière étude de l'équipe de Georgia Tech, publiée dans la revue à comité de lecture Scientific Reports. "Pour ce faire, des fréquences d'ondes mm ont été adoptées et autorisées par la FCC à des densités de puissance rayonnée sans précédent. Sans le savoir, les architectes de la 5G ont, ainsi, créé un réseau électrique sans fil capable d'alimenter des appareils à des portées dépassant de loin les capacités de toutes les technologies existantes."

Selon l'équipe de Georgia Tech, la récolte d'énergie par ondes millimétriques est possible depuis un certain temps, mais elle n'a pas été pratique dans de nombreux cas, car la récolte d'énergie à longue portée a tendance à nécessiter de grandes antennes redresseuses. Or, plus ces antennes sont grandes, plus leur champ de d’application se rétrécit ; pour qu'elles fonctionnent, il faut que l'antenne redresseuse soit dirigée directement vers la source d'énergie des ondes.

L'équipe a résolu ce problème à l'aide d'un composant appelé lentille de Rotman - la plaque en forme d'épi au milieu de la carte. Les lentilles de Rotman sont pratiques dans une série d'applications à ondes millimétriques en tant qu'outil de formation de faisceau, transformant efficacement un faisceau d'antenne unique, large, à gain élevé et à angle étroit en une série de faisceaux d'antenne simultanés couvrant un angle beaucoup plus large. Ils permettent aux systèmes radar, par exemple, de voir des cibles dans plusieurs directions sans avoir à tourner ou à déplacer le radar lui-même.

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Un système imprimable et pliable

En ajoutant une lentille de Rotman à la conception de l'antenne rectangulaire, l'équipe affirme avoir obtenu un système de collecte d'énergie imprimable et pliable, agnostique sur le plan directionnel, capable de recevoir de l'énergie de n'importe quelle direction et d'absorber 21 fois plus d'énergie qu'une "contrepartie référencée" offrant la même couverture angulaire.

Il ne s'agit toujours pas d'une énorme quantité d'énergie ; l'équipe affirme qu'il devrait être possible de récolter environ 6 microwatts à environ 180 mètres d'un émetteur 5G. Mais ce genre de chiffre sera plus que suffisant pour alimenter une gamme de petits capteurs et appareils, en particulier pour nos objets connectés, simplement en récoltant l'énergie qui serait autrement gaspillée. Et le fait que la nouvelle conception de l'antenne rectangulaire soit imprimable, flexible et fonctionne bien même lorsqu'elle est pliée signifie qu'elle pourrait également être utile dans les applications vestimentaires.

Se débarrasser des batteries : certainement un rêve accessible

"Je travaille sur la récolte d'énergie de manière conventionnelle depuis au moins six ans, et pendant la majeure partie de cette période, il ne semblait pas y avoir de clé pour faire fonctionner la récolte d'énergie dans le monde réel, en raison des limites de la FCC sur l'émission de puissance et la focalisation", a déclaré Jimmy Hester, conseiller principal du laboratoire et le CTO et cofondateur d'Atheraxon, une spin-off de Georgia Tech qui développe la technologie RFID 5G. "Avec l'avènement des réseaux 5G, cela pourrait réellement fonctionner et nous l'avons démontré. C'est extrêmement excitant - nous pourrions nous débarrasser des batteries".

"Le fait est que la 5G va être partout, en particulier dans les zones urbaines. Vous pouvez remplacer des millions, ou des dizaines de millions, de batteries de capteurs sans fil, en particulier pour les applications de urbaines ou agricoles intelligentes", a déclaré Emmanouil Tentzeris, professeur en électronique flexible à l'école d'ingénierie électrique et informatique de Georgia Tech.

De la même manière que les données ont dépassé la voix pour devenir le principal générateur de revenus des fournisseurs de télécommunications, M. Tentzeris prévoit que l'alimentation sans fil à la demande deviendra la prochaine grande offre de services à l'ère de la 5G.