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)計要點。

微波；無線電能傳輸；通信系統(tǒng)

引言

加強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)用于控制信號及設(shè)備數(shù)據(jù)處理過程中。同時，具體的過程中應(yīng)充分考慮到系統(tǒng)指標的要求，增強微波無線電傳輸與通信系統(tǒng)設(shè)計方案的適用性。

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)膶嶋H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：

1）不同消耗點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，實際的能耗低；3）采用了光速傳輸能量方式；4）能量傳輸效率高，不會受到地球引力差的明顯影響；5）處于微波波段進行能量傳輸時，其中的換能器重量輕，優(yōu)化了傳輸方式。同時，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刂疲瑢崿F(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）信號傳輸采用不同的傳輸途徑時，都會受到不同程度的衰減影響，需要結(jié)合無線信道的隨機性特點，構(gòu)建可靠的參考模型進行分析；2）加強對噪聲理論的深入理解，確保信號傳輸中的熱噪聲、散射噪聲等可以得到有效的處理；3）明確調(diào)制過程中差錯率與信噪比之間的關(guān)系，確保信號在通信系統(tǒng)中的正常傳輸。同時，需要對信道編碼有著一定的了解，加強對傳輸過程中誤碼率的嚴格把控。

2 微波無線電能傳輸與通信系統(tǒng)的設(shè)計要點分析

2.1 無線通信收發(fā)機的設(shè)計要點

系統(tǒng)的正常運行需要保證接收機與發(fā)射機處于穩(wěn)定、高效的工作狀態(tài)。無線通信收發(fā)機的設(shè)計要點包括：

1）充分地考慮系統(tǒng)運行環(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；2）設(shè)計中需要保證不同構(gòu)件物理方面的可實現(xiàn)性，并對設(shè)備的性能可靠性進行綜合地評估；3）當不同構(gòu)件的集成電路設(shè)置完成后，需要對整機的性能指標進行有效地分析，確保無線通信收發(fā)機設(shè)計的合理科學性。

2.2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計流程

通過對單片機及自動化控制技術(shù)的合理運用，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)字信號的正常傳輸。增強系統(tǒng)實際的應(yīng)用效果，需要注重系統(tǒng)軟件設(shè)計流程的分析。具體表現(xiàn)在：

1）加強軟件時序的必要控制。當中頻芯片從接收狀態(tài)到發(fā)射狀態(tài)時，將會有1ms的最大延時,為了保持輸入數(shù)據(jù)能夠準確的被芯片所識別，在TXEN信號由0變成1也即提示系統(tǒng)為傳輸狀態(tài)時，需要有1ms的等待時間，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，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)換時間控制在合理的范圍內(nèi)，確保軟件時序控制的有效性；2）發(fā)送端軟件流程設(shè)計的過程中，需要運用流程框圖的方式將命令的發(fā)送全過程中表示出來，增強其中不同鍵的實際操作規(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)編碼當內(nèi)容，促使接收端軟件流程的設(shè)計能夠達到微波無線電能傳輸與通信系統(tǒng)的設(shè)計要求。

2.3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計要點分析

結(jié)合微波無線電能傳輸和通信系統(tǒng)的實際要求，需要明確系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計要點，增強其中不同模塊的設(shè)計合理性。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，實現(xiàn)對系統(tǒng)發(fā)射功率的實時調(diào)整，確保其中的最大發(fā)射功率可以滿足系統(tǒng)正常運行的要求。其中，選擇差分天線時應(yīng)加強PCB天線的有效利用，減少設(shè)計成本的同時降低系統(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)，確保信號的正常輸出。同時，該部分設(shè)計過程中應(yīng)注重調(diào)節(jié)偏壓電阻的設(shè)置，實現(xiàn)對輸出功率的實時條件，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。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，應(yīng)重點考慮晶振并聯(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用與單片機與相關(guān)芯片的連接過程中，優(yōu)化硬件電路設(shè)計。

在系統(tǒng)硬件實現(xiàn)的過程中，需要確保射頻模塊硬件、單片機與中頻模塊硬件的實現(xiàn)。其中，射頻模塊硬件實現(xiàn)的過程中，應(yīng)保證控制信號在經(jīng)過調(diào)制后能夠通過發(fā)射天線及時地發(fā)送到接收模塊，并在混頻器的作用下提取出中頻信號；單片機與中頻模塊設(shè)計實現(xiàn)的過程中，應(yīng)保證經(jīng)過單片機的控制信號經(jīng)過編碼調(diào)制后可以及時地送到差分轉(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)建實驗?zāi)Ｐ偷闹匾浴嶒災(zāi)Ｐ椭С值姆治鲞^程中通過對衰減器的合理運用，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，由于不同控制信號作用的調(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對數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的合理運用，并選用能耗更低的通信芯片，實現(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、微波方向。