通信系統(tǒng)中的能量采集技術(shù)

肖鈺+龔學(xué)成

（揚(yáng)州大學(xué)信息工程學(xué)院）

摘 要：能量采集技術(shù)作為一種環(huán)保方便的延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命的有效途徑，近年來備受關(guān)注。本文描述了通信系統(tǒng)幾個(gè)具有代表性的能量采集技術(shù)，重申其重要作用和意義。

關(guān)鍵詞：能量采集；壓電技術(shù)；太陽能；激光

傳統(tǒng)的能量通過有限能量的電池供應(yīng)，不僅需要固定時(shí)間更換，而且在環(huán)境惡劣的條件下很難操作。而從周圍環(huán)境中可利用的再生資源進(jìn)行采集能量，如太陽能、風(fēng)能，來供應(yīng)能量受限的無線網(wǎng)絡(luò)不僅環(huán)保而且十分方便。近些年來，一種新興的可利用資源無線頻率信號(hào)（RF）引起了專家學(xué)者的關(guān)注[1]。由于無線頻率信號(hào)中不僅包含有用的信息，同時(shí)還攜有可利用的能量。因此，能量受限的無線通信網(wǎng)絡(luò)用戶可以在能量收集的同時(shí)進(jìn)行相關(guān)的信號(hào)處理[2]。不僅如此，能量采集技術(shù)也為移動(dòng)用戶帶來方便?；谝陨犀F(xiàn)狀，本文將機(jī)械能、太陽能供電及激光主動(dòng)供電這幾種能量采集技術(shù)進(jìn)行了分析和對(duì)比。

1 機(jī)械能

由于機(jī)械振動(dòng)能量的普遍存在性，合理地利用振動(dòng)能量將會(huì)是一種有效的方法。而壓電能量采集技術(shù)速度快、無電磁干擾、成本低的特點(diǎn)使得其脫穎而出。

該技術(shù)的原理是：當(dāng)系統(tǒng)在外界力作用下，根據(jù)能量守恒定律，該外部機(jī)械能可以轉(zhuǎn)換為彈性勢(shì)能，動(dòng)能，機(jī)械損耗能以及電能，電能經(jīng)過壓電能量采集電路可應(yīng)用于負(fù)載。參考文獻(xiàn)[3]中討論了三種經(jīng)典的壓電能量采集技術(shù)：被動(dòng)式、半主動(dòng)式及主動(dòng)式，在理論上分析了其原理和框架。文獻(xiàn)[4]對(duì)改進(jìn)型能量采集電路進(jìn)行了闡述。

壓電能量采集技術(shù)已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，但是仍處在研發(fā)階段，還未大規(guī)模應(yīng)用。

2 太陽能

能量密度高的特點(diǎn)使太陽能在能量采集技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用，太陽能采集模塊采集到太陽能后存儲(chǔ)到能量?jī)?chǔ)存模塊，與此同時(shí)，管理模塊會(huì)進(jìn)行充放電的控制以及電路的監(jiān)測(cè)。

文獻(xiàn)[4]說明了Heliomote、Fleck和ZebraNet系統(tǒng)由于對(duì)電壓大小的限制，使得能量利用率不高。文章又對(duì)比分析了Ambimax、Duracap等系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)出目前太陽能采集系統(tǒng)最大的瓶頸是能量利用率不高。

3 激光主動(dòng)供能

所謂“激光”，即“受激輻射的光放大”，眾所周知，電子分布在不同的能級(jí)上，受到光子激發(fā)后，高能級(jí)電子會(huì)發(fā)生躍遷，從而輻射出與激發(fā)它的光同性質(zhì)的光。文獻(xiàn)[5]提出了一種“單對(duì)多”的供能網(wǎng)絡(luò)，得到了最大功率點(diǎn)追蹤的實(shí)現(xiàn)方法。但是在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下，此方法的研究工作有待進(jìn)一步開展。

結(jié)束語

能量采集通過收集周圍環(huán)境中的微小能量，將之轉(zhuǎn)換成電能，綠色環(huán)保效率高，將成為通信領(lǐng)域最有潛力的研究方向之一。

參考文獻(xiàn)

[1]L. R. Varshney，“Transporting information and energy simultaneously， ”in Proc. 2008 IEEE ISIT.

[2]P. Grover and A. Sahai，“Shannon meets Tesla： wireless information andpower transfer，” in Proc. 2010 IEEE ISIT.

[3]張利偉，鄭國強(qiáng)，李繼順.壓電能量采集技術(shù)研究[J].火力與指揮控制，2013.

[4]肖志良.太陽能供電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量采集新技術(shù)[J].電子元件與材料，2013.

[5]陳韜.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的激光主動(dòng)供能能量采集系統(tǒng)研究[J].重慶大學(xué)，2012.