[發明專利]一種基于激光無線能量傳輸系統實現攜能雙向通信的方法

有效

• 申請號: 202110653020.9
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113541805B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 周瑋陽;張寒;何瑋;金科
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04B10/50
• 分類號: H04B10/50;H04B10/516;H04B10/60;H02J50/30;H02J50/80
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 熊玉瑋

本發明公開一種基于激光無線能量傳輸系統實現攜能雙向通信的方法，屬于電通信的技術領域。該方法突破激光無線能量傳輸的傳統思維，將連續的激光離散化成激光脈沖，由于離散化的脈沖激光相比于模擬形式的連續激光可控變量更多，因此對脈沖激光中獨立于能量傳輸的變量進行調制，可以實現系統中能量與信息傳輸的融合。為實現激光無線能量傳輸系統的攜能雙向通信，首先提出了脈沖激光頻移鍵控調制與電感電流紋波振幅鍵控解調的方法，以實現系統單方向的攜能通信；其次，根據調制回復反射器的逆向反射特性，提出基于連續偏置激光的信息回溯調制解調方法，以實現系統中數據的上行。本發明的攜能雙向通信方案同步實現穩定傳輸能量和高速率通信。

技術領域

本發明公開一種基于激光無線能量傳輸系統實現攜能雙向通信的方法，屬于電通信的技術領域。

背景技術

隨著手機、平板電腦及智能手表等電子設備的日益普及，設備的供電問題也逐漸顯露出來，傳統的接觸式供電存在移動性能差的問題，現在越來越多的設備擁有強大的硬件配置，這也帶來了較高的功耗，在電池技術沒有顯著提高的情況下，越來越高的硬件功耗極大地縮短了電池壽命，這就使得用戶需要對移動電子設備進行一天一次或多次的充電，傳統接觸式供電存在的線纜和距離束縛在這種充電頻率比較高的情況下大大增加了用戶的不便。而無線激光電能傳輸具有傳輸距離遠、定向性好且功率密度高的優點，適合對需要頻繁充電的移動電子設備進行遠距離的非接觸式充電。

激光無線能量傳輸系統的結構如圖1所示，在發射端、電網或儲能單元中的電能經激光電源提供給激光器，激光器將電能轉換為激光傳輸出去，激光經過大氣傳播被接收端的高聚光型光伏電池接收，光伏電池將高能量密度的激光轉換為電能，光伏電池轉換的電能經過接收端的光伏電源為負載或儲能單元供電。

無線激光電能傳輸系統在為移動電子設備供電時，光伏陣列電壓、負載電壓以及設備的溫度、電量等信息需要作為發射端激光電源的調節依據，這就需要在傳遞功率的同時傳遞指令信息?，F階段無線激光電能傳輸系統大多采用的是傳統的無線電通信方式，這種傳統通信方式不僅易受干擾還需要多增加一套設備，提高了系統復雜度，增加了成本且降低了系統的靈活性，從而限制了該電能傳輸系統在一些特定空間的應用。

傳統的基于激光無線電能傳輸系統的攜能通信方法，主要通過對連續激光進行載波調制來實現的，即在激光器輸入電流中注入表征信息的高頻交流電流來對激光器輸出的激光進行調制，然而，這種載波調制方式容易引起接收功率的波動，不利于能量的高效傳輸。為了使接收功率穩定，一般通過在注入的高頻電流中增加補償數據段的方式來實現能量和信息的解耦，但該方法犧牲了數據傳輸速率。

綜上，深入探索基于激光特性的能量信息融合機制，并提出一種基于激光無線能量傳輸系統實現攜能雙向通信的方法，以同時實現系統中能量的穩定傳輸和高速率通信，對發展實現激光無線電能傳輸系統的信能一體化具有重要的意義和實用價值。

發明內容

本發明的發明目的是針對上述背景技術的不足，提供一種基于激光無線能量傳輸系統實現攜能雙向通信的方法，在發射端調制激光電源注入半導體激光器電流的頻率加載信息，通過調制后形成的離散化主激光融合傳輸能量與信息實現能量和數據的同時下行傳輸，在接收端檢測光伏電源電感上電流紋波幅值的大小以實現對發射端傳輸的信號解調，對接收端的入射激光束進行二次調制并逆向發射傳輸，通過離散化回溯激光實現系統中的數據上行，實現基于激光無線能量傳輸系統穩定傳輸能量和高速率通信的發明目的，解決傳統載波調試方式傳輸信息引起接收功率波動以及現有基于激光無線能量傳輸系統雙向通信方案不能兼顧穩定傳輸能量和高速率通信的技術問題。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

激光無線能量傳輸系統分為發射端和接收端，發射端包括調制器、激光電源和半導體激光器，接收端包括光伏陣列、調制回復反射器、解調器、光伏電源和負載。基于該激光無線能量傳輸系統攜能雙向通信的方法包括兩部分：1）通過脈沖激光頻移鍵控調制與電感電流紋波振幅鍵控解調，實現系統能量和數據的同時下行傳輸；2）基于連續偏置激光的信息回溯調制解調，實現系統數據的上行。