基于AMPSK調(diào)制的無線攜能通信技術(shù)研究.pdf

1、無線攜能通信（Simultaneous Wireless Information and Power Transfer, SWIPT）是通信技術(shù)與輸電技術(shù)交叉融合的一個前沿方向。該技術(shù)旨在實現(xiàn)信息與能量的同時傳輸，即在實現(xiàn)高速可靠通信的同時，完成能量的傳輸與收集。從而充分利用寶貴的發(fā)射功率，延長設(shè)備生存時間，提高能源的利用率。
　　本文詳細闡述了SWIPT的應(yīng)用需求與設(shè)計理念，并提出了一套能夠?qū)崿F(xiàn)信息與能量同時傳輸?shù)膮⒖挤桨概c設(shè)計

2、理論。該方案不需要借助于兩路信號分別傳輸信息與能量，也不需要采用時分方式交替進行信息與能量的傳輸，而是采用一種攜能特性優(yōu)異的新型調(diào)制方案——AMPSK(Asymmetric M-ary Phase ShiftKeying，AMPSK)調(diào)制技術(shù)，將信息與能量的傳輸“合二為一”，僅發(fā)射一路調(diào)制信號便可實現(xiàn)真正意義上的信息與能量同時傳輸。
　　首先，總述了基于AMPSK調(diào)制的SWIPT系統(tǒng)的設(shè)計思想及其相應(yīng)的體系結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)主要由發(fā)射端

3、的信息調(diào)制模塊、連接收發(fā)兩端的無線能量傳輸（Wireless Power Transfer，WPT）系統(tǒng)、接收端的功率分配模塊，以及整流與解調(diào)電路構(gòu)成。針對SWIPT系統(tǒng)各主要模塊，分章節(jié)闡述其各自的工作原理與設(shè)計思路。
　　其次，結(jié)合AMPSK調(diào)制的原理與功率譜特點，闡述了AMPSK信號在SWIPT應(yīng)用中的優(yōu)勢，并給出了AMPSK信號及其各種特例的具體表達式。通過對AMPSK信號功率譜的實測和理論分析，表明了AMPSK信號及其各

4、種特例的能量高度集中于載頻，具有優(yōu)異的攜能特性，適合用作SWIPT系統(tǒng)的信息調(diào)制方案。進一步，從SWIPT應(yīng)用的角度出發(fā)，總結(jié)并歸納了適用于AMPSK信號的兩種不同的沖擊濾波機制，即相位匹配機制及載波抑制機制?；谳d波抑制機制，提出了AMPSK信號的諧振相干解調(diào)方案，并給出了微帶諧振相干解調(diào)電路的完整結(jié)構(gòu)，其僅需依靠一段微帶開路線，便可同時完成同頻反相載波的提取以及對AMPSK調(diào)制信號的相干解調(diào)。
　　第三，根據(jù)對近場WPT方案的

5、建模分析，通過在收發(fā)線圈中引入諧振補償電容對傳統(tǒng)的磁感應(yīng)耦合方式WPT系統(tǒng)進行了改進，并探討了改進的WPT中臨界耦合系數(shù)kc的影響因素，指出了收發(fā)線圈的Q值是影響WPT系統(tǒng)有效作用范圍的關(guān)鍵因素。在此基礎(chǔ)上，分析了磁耦合共振方式WPT的工作原理，以及磁耦合共振方式WPT與引入諧振補償?shù)拇鸥袘?yīng)耦合方式WPT之間的區(qū)別與聯(lián)系。然后，討論了遠場WPT系統(tǒng)整流天線中的天線設(shè)計方案，并依據(jù)天線參數(shù)對遠場WPT中微波能量在自由空間中的衰減進行了計算

6、。討論了SWIPT系統(tǒng)接收端的功率分配方案，結(jié)合AMPSK信號的特點，提出了時域功率分配和頻域功率分配兩種分配方案，并分別給出了參考設(shè)計與相應(yīng)的仿真分析。通過對二極管整流電路建模，得到了二極管整流效率的閉式表達式，利用微帶電路設(shè)計了一款整流電路，對其整流效率進行了仿真分析并與模型計算值進行了比較與討論。
　　最后，為了驗證信息與能量同時傳輸?shù)腟WIPT系統(tǒng)的可行性，進行了相關(guān)驗證性實驗。一方面，基于傳統(tǒng)的磁感應(yīng)耦合方式WPT系統(tǒng)，