無線攜能傳輸技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用及展望

孫魯兵

摘 要：無線攜能傳輸技術(shù)是近年來提出的一種新型無線通信技術(shù)。它能夠依托同一傳輸介質(zhì)實現(xiàn)無線信息和無線能量的同時傳輸。隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，移動設(shè)備和移動用戶的數(shù)量呈幾何式增長。這對于無線通信設(shè)備的要求也越來越高。但是有限的頻譜資源漸漸無法滿足用戶需求，并且傳輸速率的提升又會進一步增加能量的損耗，因此我們的通信成本也在不斷增加。無線攜能傳輸技術(shù)就是一種提升通信系統(tǒng)頻譜效率和能量效率的新技術(shù)。本文簡要介紹了無線攜能傳輸技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用及展望。

關(guān)鍵詞：無線攜能傳輸;能量效率

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.27.309

1 技術(shù)背景

隨著現(xiàn)代社會的高速發(fā)展，對各種能源的需求越來越大。但隨著水源，電源，各種不可再生資源的日益缺少，開發(fā)新能源或是跨越多平臺的能源整合已是迫在眉睫。而作為當下火熱的無線通信技術(shù)，其頻譜資源和能量資源一直是限制其進一步發(fā)展的一大障礙。怎樣整合通信技術(shù)和能源技術(shù)，使得在實現(xiàn)高速可靠通信的同時，又能同時緩解頻譜資源和能量資源的緊張?；谶@些需求，人們提出了無線攜能傳輸這個全新的概念。

無線攜能傳輸是將通信技術(shù)和能源技術(shù)交叉融合的前沿方向。其旨在充分利用頻帶資源，實現(xiàn)能量和信息的同時傳輸。也就是在現(xiàn)有供電技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過某種技術(shù)手段，充分利用寶貴的發(fā)射功率，實現(xiàn)能量收發(fā)的同時，實現(xiàn)高效的通信。這一技術(shù)如果現(xiàn)實，必將實現(xiàn)“一加一大于二”的效果。在給我們的生活帶來巨大便捷的同時，也必將在通信領(lǐng)域帶來巨大變革[1-4]。

2 應(yīng)用展望

關(guān)于無線能量傳輸已不是全新的概念。傳統(tǒng)的充電方式都是需要數(shù)據(jù)線連接電源充電?？呻S著生活節(jié)奏的加快和人們生活方式的轉(zhuǎn)變，有線充電的方式顯示特別不方便，不僅需要隨身攜帶數(shù)據(jù)線而且充電效率低。所以無線充電的想法便應(yīng)運而生。它主要是利用電磁波能夠在空間傳輸，通過天線的接收和整流調(diào)制將其轉(zhuǎn)換為電力供負載使用。也可以通過線圈之間的電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)無線充電。在這方面，歐美國家都取得了很大的突破。最常見的傳輸方式有三種。電磁感應(yīng)方式，電磁耦合共振方式，遠場輻射方式。電磁感應(yīng)方式主要用于短距離傳輸，設(shè)備簡單易行，但傳輸距離十分有限，進行遠距離傳輸?shù)脑掃@種方式則會產(chǎn)生大量能量損耗，不適應(yīng)長途傳輸。電磁耦合方式主要是近場無損非輻射共振耦合方式。該方式能量轉(zhuǎn)換效率高，且對周圍電子設(shè)備的干擾比較小，也是一種不錯的傳輸方式。遠場輻射方式顧名思義，適用于遠距離輻射傳輸，也是技術(shù)實現(xiàn)最復(fù)雜的一種。其主要是以微波為載體，通過自由空間傳播到達接收裝置。再通過整流技術(shù)將接收到的電磁波轉(zhuǎn)換成供電電流。前兩種方式已經(jīng)取得很大突破，技術(shù)上也逐漸成熟。許多國家都出現(xiàn)了可以無線充電的公交車，公交車行駛到特定地域，通過電磁耦合進行傳電。以前的有線電纜車將逐漸退出歷史舞臺，無線電車也將更加安全。對我們而言，我們身邊最需解決充電問題的可能就是手機了。給手機進行無線充電一直是我們期待出現(xiàn)的技術(shù)。隨著智能手機的升級換代，其給我們帶來全新用戶體驗和便利的同時，其續(xù)航問題也成為最大的詬病。出門隨身帶著充電線和電池肯定是我們不想看到的。如果能隨時隨地無線充電，那無疑又是具有重大意義的技術(shù)變革。現(xiàn)在的智能手機已經(jīng)實現(xiàn)通過無線充電器進行無線充電。相信在不久的將來，隨時隨地實現(xiàn)手機充電將不再是幻想。

無線攜能傳輸技術(shù)在軍事領(lǐng)域同樣具有很大的意義。軍用無人機技術(shù)近些年一直是各國爭相發(fā)展的軍事技術(shù)。而無人機的續(xù)航問題一直是一個比較頭疼的問題。在執(zhí)行軍事偵查任務(wù)時，如果續(xù)航不及時，那無人機就可能落入敵人之手。所以，如果無線攜能傳輸技術(shù)取得重大突破，那無人機在執(zhí)行偵查任務(wù)時不僅可以及時傳回信息情報，還可以通過及時續(xù)航實現(xiàn)持續(xù)偵查。此外，無線攜能傳輸技術(shù)也可用于軍用傳感器。小型傳感器在執(zhí)行特定任務(wù)的過程中，會被散落到各個地方收集信息。在實現(xiàn)隱蔽的同時，自身攜帶的電源也十分有限，因此傳感器一般壽命有限，電源耗盡后也就結(jié)束了自己的使命。如果將無線攜能傳輸技術(shù)應(yīng)用于軍用傳感器，那傳感器理論上就可以無限延續(xù)自己的壽命。就可以實現(xiàn)持續(xù)作戰(zhàn)。另外，如果無線攜能傳輸技術(shù)在軍事裝備中普及，就可以減少電池帶來的麻煩。各裝備在實現(xiàn)信息共享的同時實現(xiàn)能源共享，必將大大提高部隊戰(zhàn)斗力。

雖然該技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊，但其中仍面臨許多需要攻關(guān)的難題。其中最需要解決的就是頻率的分配和信道分配問題。一般來說，傳送信息的功率和傳送能量的功率是不一樣的，而且頻帶資源十分有限，到底多少帶寬用于傳輸信息，多少帶寬用于傳遞能量這些都是亟需解決的問題。因此，有人提出了一種動態(tài)分配資源的策略。通過最新的信道反饋技術(shù)，及時反饋各個信道的資源利用情況，然后系統(tǒng)根據(jù)反饋的情況和自己的實際需求動態(tài)分配用于傳遞能量和傳遞信息的功率。此外，系統(tǒng)的保密性也是需要解決的問題。開放的傳輸環(huán)境就必然涉及安全問題。因此，一套安全高效的保密系統(tǒng)也是通信系統(tǒng)所必須的。

3 結(jié)語

無線攜能傳輸技術(shù)作為一種解決無線通信設(shè)備能量供應(yīng)問題的新技術(shù)，相信在不久的將來將取代電池和有線供電線路。隨著5G時代的加速推進，無人駕駛、智能家居等概念都已逐漸變成現(xiàn)實，在“萬物互聯(lián)”的物聯(lián)網(wǎng)時代，無線攜能傳輸技術(shù)將發(fā)揮越來越重要的作用，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

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[4]楊慶新，陳海燕，徐佳芝等.無接觸電能傳輸技術(shù)的研究進展[J].電工技術(shù)學報，2010，25：6-13.