無線攜能傳輸技術的發展應用及展望

孫魯兵

摘 要：無線攜能傳輸技術是近年來提出的一種新型無線通信技術。它能夠依托同一傳輸介質實現無線信息和無線能量的同時傳輸。隨著移動通信技術的發展，移動設備和移動用戶的數量呈幾何式增長。這對于無線通信設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。無線攜能傳輸技術就是一種提升通信系統頻譜效率和能量效率的新技術。本文簡要介紹了無線攜能傳輸技術的發展應用及展望。

關鍵詞：無線攜能傳輸;能量效率

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.27.309

1 技術背景

隨著現代社會的高速發展，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，其頻譜資源和能量資源一直是限制其進一步發展的一大障礙。怎樣整合通信技術和能源技術，使得在實現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。基于這些需求，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和能源技術交叉融合的前沿方向。其旨在充分利用頻帶資源，實現能量和信息的同時傳輸。也就是在現有供電技術的基礎上，通過某種技術手段，充分利用寶貴的發射功率，實現能量收發的同時，實現高效的通信。這一技術如果現實，必將實現“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，也必將在通信領域帶來巨大變革[1-4]。

2 應用展望

關于無線能量傳輸已不是全新的概念。傳統的充電方式都是需要數據線連接電源充電。可隨著生活節奏的加快和人們生活方式的轉變，有線充電的方式顯示特別不方便，不僅需要隨身攜帶數據線而且充電效率低。所以無線充電的想法便應運而生。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制將其轉換為電力供負載使用。也可以通過線圈之間的電磁感應原理實現無線充電。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。電磁感應方式，電磁耦合共振方式，遠場輻射方式。電磁感應方式主要用于短距離傳輸，設備簡單易行，但傳輸距離十分有限，進行遠距離傳輸的話這種方式則會產生大量能量損耗，不適應長途傳輸。電磁耦合方式主要是近場無損非輻射共振耦合方式。該方式能量轉換效率高，且對周圍電子設備的干擾比較小，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，也是技術實現最復雜的一種。其主要是以微波為載體，通過自由空間傳播到達接收裝置。再通過整流技術將接收到的電磁波轉換成供電電流。前兩種方式已經取得很大突破，技術上也逐漸成熟。許多國家都出現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的技術。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變革。現在的智能手機已經實現通過無線充電器進行無線充電。相信在不久的將來，隨時隨地實現手機充電將不再是幻想。

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

雖然該技術的應用前景十分廣闊，但其中仍面臨許多需要攻關的難題。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分配資源的策略。通過最新的信道反饋技術，及時反饋各個信道的資源利用情況，然后系統根據反饋的情況和自己的實際需求動態分配用于傳遞能量和傳遞信息的功率。此外，系統的保密性也是需要解決的問題。開放的傳輸環境就必然涉及安全問題。因此，一套安全高效的保密系統也是通信系統所必須的。

3 結語

無線攜能傳輸技術作為一種解決無線通信設備能量供應問題的新技術，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實，在“萬物互聯”的物聯網時代，無線攜能傳輸技術將發揮越來越重要的作用，具有十分廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]雷進揮，杜留風.無線能量傳輸技術的理論研究[J].福建電腦，2009，10：35-46.

[2]喻曉春.無線攜能通信系統中基于節能和信息安全的資源分配算法研究[D].重慶郵電大學，2015.

[3]孫濟生.無線攜能通信中的頻譜效率與能量效率[D].山東大學，2017.

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