微波無線電能傳輸與通信系統(tǒng)的研究探討

陶治禮

（江蘇無線電廠有限公司，江蘇南京210000）

微波無線電能傳輸與通信系統(tǒng)的研究探討

陶治禮

（江蘇無線電廠有限公司，江蘇南京210000）

研究了微波無線電能傳輸及無線通信的相關(guān)內(nèi)容，分析了微波無線電能傳輸與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

微波；無線電能傳輸；通信系統(tǒng)

引言

加強(qiáng)微波無線電能傳輸與通信系統(tǒng)的深入研究，有利于優(yōu)化系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，完善各種數(shù)據(jù)無線通信設(shè)備的服務(wù)功能，促使雙向無線通信能夠有效地應(yīng)用于控制信號(hào)及設(shè)備數(shù)據(jù)處理過程中。同時(shí)，具體的過程中應(yīng)充分考慮到系統(tǒng)指標(biāo)的要求，增強(qiáng)微波無線電傳輸與通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的適用性。

1 微波無線電能傳輸及無線通信的相關(guān)內(nèi)容

能量的有效轉(zhuǎn)換及傳輸，確保了微波無線電能的傳輸。結(jié)合現(xiàn)階段微波無線電能傳輸?shù)膶?shí)際狀況，可知其在應(yīng)用的過程中取得了良好的作用效果。這種傳輸方式簡稱為WPT，具有這些方面的特點(diǎn)：

1）不同消耗點(diǎn)之間的能量傳輸中所依賴的系統(tǒng)無質(zhì)量；2）傳輸過程中的波長較長時(shí)，實(shí)際的能耗低；3）采用了光速傳輸能量方式；4）能量傳輸效率高，不會(huì)受到地球引力差的明顯影響；5）處于微波波段進(jìn)行能量傳輸時(shí)，其中的換能器重量輕，優(yōu)化了傳輸方式。同時(shí)，微波無線電能傳輸采用了無線電能傳輸空間傳播理論，通過對發(fā)射天線、直流與微波之間的轉(zhuǎn)換、空間傳輸?shù)挠行Э刂?，?shí)現(xiàn)了無線電能傳輸中不同組成部分的有效匹配。其中，接收端微波照射功率密度計(jì)算得出：

式中：所求的接收端微波功率密度用Pd表示；發(fā)射總功率用Pt表示；發(fā)射天線孔徑用At表示；博城用λ表示；D表示間距。

通信系統(tǒng)研究的過程中需要對無線通信的相關(guān)內(nèi)容有著必要地了解。其具體表現(xiàn)在：

1）信號(hào)傳輸采用不同的傳輸途徑時(shí)，都會(huì)受到不同程度的衰減影響，需要結(jié)合無線信道的隨機(jī)性特點(diǎn)，構(gòu)建可靠的參考模型進(jìn)行分析；2）加強(qiáng)對噪聲理論的深入理解，確保信號(hào)傳輸中的熱噪聲、散射噪聲等可以得到有效的處理；3）明確調(diào)制過程中差錯(cuò)率與信噪比之間的關(guān)系，確保信號(hào)在通信系統(tǒng)中的正常傳輸。同時(shí)，需要對信道編碼有著一定的了解，加強(qiáng)對傳輸過程中誤碼率的嚴(yán)格把控。

2 微波無線電能傳輸與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 無線通信收發(fā)機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

系統(tǒng)的正常運(yùn)行需要保證接收機(jī)與發(fā)射機(jī)處于穩(wěn)定、高效的工作狀態(tài)。無線通信收發(fā)機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括：

1）充分地考慮系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境、工作頻段、所需調(diào)制方式等，設(shè)置有效設(shè)備性能指標(biāo)；2）設(shè)計(jì)中需要保證不同構(gòu)件物理方面的可實(shí)現(xiàn)性，并對設(shè)備的性能可靠性進(jìn)行綜合地評估；3）當(dāng)不同構(gòu)件的集成電路設(shè)置完成后，需要對整機(jī)的性能指標(biāo)進(jìn)行有效地分析，確保無線通信收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)的合理科學(xué)性。

2.2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)流程

通過對單片機(jī)及自動(dòng)化控制技術(shù)的合理運(yùn)用，有利于優(yōu)化微波無線供電與通信系統(tǒng)的服務(wù)功能，保證了數(shù)字信號(hào)的正常傳輸。增強(qiáng)系統(tǒng)實(shí)際的應(yīng)用效果，需要注重系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程的分析。具體表現(xiàn)在：

1）加強(qiáng)軟件時(shí)序的必要控制。當(dāng)中頻芯片從接收狀態(tài)到發(fā)射狀態(tài)時(shí)，將會(huì)有1ms的最大延時(shí),為了保持輸入數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確的被芯片所識(shí)別，在TXEN信號(hào)由0變成1也即提示系統(tǒng)為傳輸狀態(tài)時(shí)，需要有1ms的等待時(shí)間，等芯片從接收狀態(tài)過渡到發(fā)射狀態(tài)并穩(wěn)定下來以后才由DIN輸入數(shù)據(jù)。同時(shí)，需要注重其中的加電到發(fā)射模式的合理轉(zhuǎn)換，將其中的轉(zhuǎn)換時(shí)間控制在合理的范圍內(nèi)，確保軟件時(shí)序控制的有效性；2）發(fā)送端軟件流程設(shè)計(jì)的過程中，需要運(yùn)用流程框圖的方式將命令的發(fā)送全過程中表示出來，增強(qiáng)其中不同鍵的實(shí)際操作規(guī)范性；3）在設(shè)置軟件接收端發(fā)送流程的過程中，需要明確其中的判斷篇、命令、讀取發(fā)送數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)編碼當(dāng)內(nèi)容，促使接收端軟件流程的設(shè)計(jì)能夠達(dá)到微波無線電能傳輸與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

2.3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

結(jié)合微波無線電能傳輸和通信系統(tǒng)的實(shí)際要求，需要明確系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)要點(diǎn)，增強(qiáng)其中不同模塊的設(shè)計(jì)合理性。具體表現(xiàn)在：

1）注重硬件部分的中頻芯片外圍電路的設(shè)計(jì)合理性。選用可靠的芯片，結(jié)合FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)發(fā)射功率的實(shí)時(shí)調(diào)整，確保其中的最大發(fā)射功率可以滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行的要求。其中，選擇差分天線時(shí)應(yīng)加強(qiáng)PCB天線的有效利用，減少設(shè)計(jì)成本的同時(shí)降低系統(tǒng)能耗。2）選擇可靠的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。由于選擇的芯片工作中采用的輸出方式時(shí)雙差分天線輸出方式，因此，需要選擇匹配效果良好的轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)，確保信號(hào)的正常輸出。同時(shí)，該部分設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注重調(diào)節(jié)偏壓電阻的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對輸出功率的實(shí)時(shí)條件，從而對發(fā)射電流及電壓的設(shè)置合理性做出合理的評價(jià)。3）優(yōu)化共用晶振結(jié)構(gòu)。在構(gòu)建性能可靠的晶振結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮晶振并聯(lián)諧振頻率、等效電容和等效電阻等，并將共用晶振的連接方式運(yùn)用與單片機(jī)與相關(guān)芯片的連接過程中，優(yōu)化硬件電路設(shè)計(jì)。

在系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)的過程中，需要確保射頻模塊硬件、單片機(jī)與中頻模塊硬件的實(shí)現(xiàn)。其中，射頻模塊硬件實(shí)現(xiàn)的過程中，應(yīng)保證控制信號(hào)在經(jīng)過調(diào)制后能夠通過發(fā)射天線及時(shí)地發(fā)送到接收模塊，并在混頻器的作用下提取出中頻信號(hào)；單片機(jī)與中頻模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的過程中，應(yīng)保證經(jīng)過單片機(jī)的控制信號(hào)經(jīng)過編碼調(diào)制后可以及時(shí)地送到差分轉(zhuǎn)換匹配網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合變頻混頻器的作用，將信號(hào)送到指定的位置。

3 結(jié)語

通過對系統(tǒng)方案的制定與分析，說明了微波無線電能傳輸與通信系統(tǒng)研究中構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹匾?。?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭С值姆治鲞^程中通過對衰減器的合理運(yùn)用，為系統(tǒng)模塊載波功率的輸出有效性綜合評估提供了可靠的參考依據(jù)。同時(shí)，由于不同控制信號(hào)作用的調(diào)制方式對于系統(tǒng)控制方案的制定合理性有著一定的影響，因此，未來研究工作中需要加強(qiáng)對數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的合理運(yùn)用，并選用能耗更低的通信芯片，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)中接收模塊性能的不斷優(yōu)化。

（編輯：劉楠）

Research on Microwave Radio Transm ission and Communication System

Tao Zhili
(Jiangsu Wireless Power Plant Co.,Ltd.,Nanjing Jiangsu 210000)

This paper studies themicrowave radio transmission and wireless communication related content,analysis of themicrowave radio transmission and communication system design points.

microwave;radio energy transmission;communication system

TN925

A

2095-0748(2016)24-0103-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.24.43

2016-11-29

陶治禮（1983—），男，安徽阜南人，本科，助理工程師，研究方向：無線通信總體設(shè)計(jì)、微波方向。