通信系統中的能量采集技術

肖鈺+龔學成

（揚州大學信息工程學院）

摘 要：能量采集技術作為一種環保方便的延長系統的使用壽命的有效途徑，近年來備受關注。本文描述了通信系統幾個具有代表性的能量采集技術，重申其重要作用和意義。

關鍵詞：能量采集；壓電技術；太陽能；激光

傳統的能量通過有限能量的電池供應，不僅需要固定時間更換，而且在環境惡劣的條件下很難操作。而從周圍環境中可利用的再生資源進行采集能量，如太陽能、風能，來供應能量受限的無線網絡不僅環保而且十分方便。近些年來，一種新興的可利用資源無線頻率信號（RF）引起了專家學者的關注[1]。由于無線頻率信號中不僅包含有用的信息，同時還攜有可利用的能量。因此，能量受限的無線通信網絡用戶可以在能量收集的同時進行相關的信號處理[2]。不僅如此，能量采集技術也為移動用戶帶來方便。基于以上現狀，本文將機械能、太陽能供電及激光主動供電這幾種能量采集技術進行了分析和對比。

1 機械能

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

該技術的原理是：當系統在外界力作用下，根據能量守恒定律，該外部機械能可以轉換為彈性勢能，動能，機械損耗能以及電能，電能經過壓電能量采集電路可應用于負載。參考文獻[3]中討論了三種經典的壓電能量采集技術：被動式、半主動式及主動式，在理論上分析了其原理和框架。文獻[4]對改進型能量采集電路進行了闡述。

壓電能量采集技術已經有了很大的進步，但是仍處在研發階段，還未大規模應用。

2 太陽能

能量密度高的特點使太陽能在能量采集技術中得到了廣泛應用，太陽能采集模塊采集到太陽能后存儲到能量儲存模塊，與此同時，管理模塊會進行充放電的控制以及電路的監測。

文獻[4]說明了Heliomote、Fleck和ZebraNet系統由于對電壓大小的限制，使得能量利用率不高。文章又對比分析了Ambimax、Duracap等系統的優缺點，總結出目前太陽能采集系統最大的瓶頸是能量利用率不高。

3 激光主動供能

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上，受到光子激發后，高能級電子會發生躍遷，從而輻射出與激發它的光同性質的光。文獻[5]提出了一種“單對多”的供能網絡，得到了最大功率點追蹤的實現方法。但是在實際應用場景下，此方法的研究工作有待進一步開展。

結束語

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

參考文獻

[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，李繼順.壓電能量采集技術研究[J].火力與指揮控制，2013.

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

[5]陳韜.無線傳感器網絡的激光主動供能能量采集系統研究[J].重慶大學，2012.