基于磁耦合多频谐振的能量与信息同步无线传输技术的研究

The integration of wireless power and information transmission, can not only solve the power and the connectivity of mobile devices, but also improve the efficiency of power transfer through information exchange, however electromagnetic interference generated by power transfer would adversely affect communication equipment working. The Power and information synchronous wireless transfer technology, the power carriers also carry information, can solve this problem effectively. Magnetic coupled resonance, which can realize high efficiency power transfer at short range, can be applied at the power and information synchronous wireless transmission, which will be widely used at high voltage, high electromagnetic interference environment, such as industrial monitoring, smart charging. Its difficulty lies at the balance of the information transmission rate and the power transmission efficiency. According to Shannon theory, signal frequency resonance is narrow band and high power transmission efficiency but low information transfer rate. Magnetic coupled multi-frequency resonance technology is applied in this project. Multiple resonant bandwidths are used to enlarge the system bandwidth ensuring efficient power transmission to improve the information transfer rate. The power transfer efficiency and information transfer rate are taken into account together. The content includes: ① Near-field transmission modeling of Multi-frequency resonant system; ② Adjustable parameters multi-frequency resonant circuit design ; ③ Optimal rate allocation of strong magnetic interference communication channel. The applicant was studying in Renne National Institute of Electronics and Information for five years and obtained PhD degree, engaged the study of wireless transmission of power and information, published a series of related papers and patents.

无线能量与信息传输的整合，可解决移动设备的供电与互联问题，又可通过信息交互提升能量传输效率，但传能时产生的电磁干扰会严重影响通信设备工作。能量与信息同步无线传输技术，在能量载体上同时携带信息，可有效解决此问题。磁耦合谐振可实现近距离高效能量传输，将其应用于能量与信息同步无线传输，在工业监控、智能充电等高压、强干扰环境有广泛的应用，但难点在于信息传输速率与能量传输效率的均衡。根据香农信息论，单频谐振频带窄，能量传输效率高但信息传输速率低。本项目采用磁耦合多频谐振技术，利用多个谐振频带，在保证能量高效传输的基础上展宽系统频带，提升信息传输速率，可兼顾能量传输效率和信息传输速率。内容包括：①多频谐振系统的近场传输建模；②参数可调的多频谐振电路设计；③强磁干扰通信的信道最优码率分配。申请人曾在法国雷恩电子信息国家研究所留学五年并获博士学位，长期从事能量与信息无线传输研究，发表了系列相关论文和专利。

无线能量与信息传输的整合，既可解决移动设备的供电与互联问题，又可通过信息交互提升能量传输效率，然而传能时产生的电磁干扰会严重影响通信设备工作。能量与信息同步无线传输技术，在能量载体上同时携带信息，可有效解决此问题。磁耦合谐振可实现近距离高效能量传输，将其应用于能量与信息同步无线传输，在工业监控、智能充电等高压、强干扰环境有广泛的应用，但难点在于信息传输速率与能量传输效率的均衡。根据香农信息论，单频谐振频带窄，能量传输效率高但信息传输速率低。项目在传统的磁耦合谐振式无线能量传输技术的基础上，通过电路建模，设计新型的电路引入了信息传输的概念，采用磁耦合多频谐振技术，利用多个谐振频带，在保证能量高效传输的基础上展宽系统频带，提升信息传输速率，实现可兼顾能量传输效率和信号传输速率的携能无线通信系统，并对根据该系统的特点和应用需求，提出了系列的近场信道建模优化、高速动态分配算法、电磁探测等新方法和理论。主要研究内容包括：1）基于磁耦合多频谐振系统的电路特性分析及近场建模；2）移动式自适应能量与信息同步无线传输电路设计；3）多用户系统的高效速率分配；4）基于近场传输特性的电磁无损探测技术；5）基于超声耦合的无线携能通信技术。实验结果表明磁耦合多频谐振技术用于能量与信息同步无线传输是可行的，对技术加以拓展可用于电磁无损检测、超声耦合携能通信，相关成果在国内外发表期刊论文8篇，标明资助6篇，其中SCI/SCIE检索收录论文7篇，EI检索收录论文1篇，提交发明专利23件，授权3件，提交实用新型专利1件，授权1件，如期完成计划目标。