[发明专利]基于可调频率源的无线信能同传系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种基于可调频率源的无线信能同传系统，包括可调频率源、功率放大电路、功率分配器、整流电路、滤波电路、信息解调电路、负载，所述可调频率源与功率放大电路相连，所述功率放大电路通过发射天线将信号和能量以电磁波的形式发射到接收天线，所述接收天线接收发射端发射的信号和能量，所述接收天线与功率分配器相连，所述功率分配器分别与整流电路、信息解调电路连接，所述整流电路与滤波电路相连，所述滤波电路与负载相连。本发明采用微波式无线信能传输，且没有采用开关进行信号的切换，与现有技术相比，不仅灵活性强，能较少系统的损耗，提高使用寿命，而且抗干扰性强，具有极强的使用价值，可大力推广应用。

技术领域

本发明涉及无线技术领域，特别涉及一种基于可调频率源的无线信能同传系统及其工作方法。

背景技术

传统的电能传输依靠导线传输，即有线能量传输，也是目前最广泛应用的电能传输形式。然而，随着科技的进步和人类生活水平的提高，有线电能传输的不足之处也愈发不可忽视：大量导线的使用使人类生活显得杂乱无章；电源插座的频繁插拔、导线材质的易磨损性等因素带来了许多安全隐患；导线的使用使得电能的应用场合受到了限制等。因此，近年来无线能量传输得到了很大的发展。

然而在很多应用场合不仅需要实现能量的无线传输，同时还需要实现信息的无线传输，即实现无线能量与信息的同步传输。比如在智能弹药、人体植入式设备、传感器网络、RFID、移动设备等领域，发射机在传输能量的同时还需要和接收机进行双向数据的传输，如发射机向接收机发送控制命令，以及接收机向发射机反向传输传感器数据、用户ID、充电状态、用户数、接收功率等信息。所以对无线能量与信息的同步传输技术进行研究是非常有必要的。

现有的无线信能同传方法主要有两类，一类是信号和能量分通道传输，一类是信号和能量同通道传输。

(1)信号和能量分通道传输

信号和能量分通道传输是采用不同的两组线圈以及驱动电路，分别进行独立的能量传输和信号传输，如图1所示。

这种信能同传方式能通过各自的通道进行传输，具有效率高、速度快等优点，但在同一设备中由于两组耦合线圈相距太近，会相互干扰，尤其是大功率的能量传输很容易对信号传输造成很大的干扰，从而影响系统传输特性。

(2)信号和能量同通道传输

信号与能量同一通道传输一般分为三种：调幅调制信能同传、调频调制信能同传、直接调频调制信能同传以及信号反向信能同传。

a、基于调幅调制的信能同传

这种同传方式是在主电路中加入开关管，通过开关管的闭合与断开控制电源输入，使电能传输的幅值发生改变，从而在输出端接收到的电能幅值上具有数字信号“1”、“0”的特征。接收端根据电能的这种变化解调出发射端的信号。

b、基于调频调制信能同传

基于调频调制的信能同传技术是通过软开关技术控制逆变电路中信号发生器所产生脉冲信号的频率，在实验中通常是在逆变电路的开关管上设置两个不同频率的脉冲信号，分别代表数字信号“0”和“1”，在系统接收端负载上将得到呈现出010101特征的电压波形，即完成了信能同传，该系统的电路结构如图2所示。

c、直接调频调制的信能同传

这种方式是在不改变感应式电能传输系统结构的前提下，增加一组信号发送线圈和一组信号接收线圈，这两组耦合线圈类似于耦合变压器，利用信号发送线圈直接将高频信号加载到电能发射电路中，然后信号接收线圈再从电能接收回路进行信号的拾取，经过解调电路得到正向信号。电路结构图如图3所示。

d、信号反向传输