[发明专利]一种低成本的自适应无线信息与能量复用传输系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线能量传输与收集技术领域，更具体地，涉及一种基于微波射频频段的具备自动校正功能的低成本的自适应无线信息与能量复用传输系统。

背景技术

无线能量传输与收集技术是(Wireless Power Transmission and harvesting, WPT)能量通过激光、超声波、微波、磁共振等方式从发射端通过自由空间传输到接收端的技术。相比有线能量传输，无线能量传输在空间灵活性、架设方便性等方面有巨大的优势。在一些特殊的应用场景，例如跨岛传输、物联网节点供电、人体内微电子设备充供电、运动检测传感器充电等，无线能量传输有无可替代的优势。

在多种无线能量传输技术中，基于微波辐射的能量传输因传输距离灵活性最大(几十厘米到几千米)，架设灵活性最高(一对一、一对多、多对多、多对一)，位置灵活性也最高(在微波传输范围内)而被研究者广泛关注。微波能量传输最早的实验源于Nikola Tesla的无线功率传输实验，把几十万瓦能量从一个海岛传输到另一个海岛，证明了微波能量传输的可行性。近年来，微波能量传输在空间输电，太阳能能量传输等大功率应用场景有较大的发展。

在低功率应用场景，微波能量传输作为一种改善物联网传感器节点能量获取情况的革命性技术，正在逐渐被全球科研界关注。由于微波能量接收系统的核心器件性能限制，正常的密度因能级太低无法被有效获取，因此需要确定的可供电能量源。这个能量源通常需要专门的设计，增加了设计和制作成本，独立传输的能量信号也会对现有的通信系统造成干扰，导致通信系统无法运行。如果能将信息与能量复合传输，将最大程度地利用现有通信系统的模块，大大减小成本，同时符合信号兼容了通信信号，不会对现代通信传输造成干扰，从而使商用微波能量传输成为可能。

另一方面，目前现有的能量信号发射源通常体积较大且位置与信号传输方向固定，在移动终端充电的应用场合，由于接收系统在空间位置的移动，通常导致能量无法被有效接收从而降低效率，造成能量浪费，发射和接收系统也没有有效的保护措施，在位置过近时会因接收能量过大而导致系统损坏。因此，在实际应用过程中设计具有自适应追踪功能的系统非常必要。

另外在接收系统中，由于遮挡物的出现、发射能量的变化、位置而方向的改变等，会使接收功率变小，而传统的接收系统因为核心器件--整流二极管的工作特性，其输入功率对性能影响较大，导致效率下降；当功率过大时，会导致系统烧坏。因此，有必要研发一种新型微波能量传输与收集系统，克服上述技术难点。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种低成本，易安装的自适应无线信息与能量复用传输系统，该系统能在最大程度与现有通信系统兼容的前提下，实现智能化、高效率的通信与传能复用的微波射频传输系统来实现低成本、易安装、高兼容性、高效率、智能化的无线能量传输与收集。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种低成本的自适应无线信息与能量复用传输系统，该系统分为两大部分：发射子系统与接收子系统，所述发射子系统发射同时具备能量和信号的复合信号，通过自由空间传输至接收子系统；

所述接收子系统把复合信号分离到通信链路和能量链路分别加以利用，实现信息与能量复用的功能；其中能量链路的能量能够供给后级负载使用，也能够供给接收子系统的通信链路使用；同时，接收子系统通过能量管理、监测与反馈，把接收子系统的实时工作性能反馈给发射子系统，发射子系统根据反馈信号调整发射系能，从而实现自校正功能，维持整个系统性能的最优化。

其中所述发射子系统包括：基站/移动终端、数据信号处理器、可变增益放大器、模拟滤波器、大信号载波生成器、调制器、射频滤波器、可变增益射频功率放大器、射频功率分配器阵列、射频移相器阵列、发射天线阵、射频控制模块、低速链路接收器和反馈接收天线；