基于FFT 解调的ECPT 系统全双工通信技术研究.PDF

第３６卷 第４期 电工 电能新 技 术 Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．４ ２０１７年４ 月 Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ａｐｒ． ２０１７ 基于ＦＦＴ解调的ＥＣＰＴ 系统全双工通信技术研究 苏玉刚，孔令鑫， 吕志坤，徐思文，周　 玮 （重庆大学自动化学院，重庆４０００４４） 摘要：电场耦合无线电能传输（ＥＣＰＴ）技术以其耦合机构轻便、系统电磁辐射小以及周边金属涡流 效应小等优点，成为无线电能传输领域的研究热点。 在ＥＣＰＴ技术的应用过程中，有时不仅需要实 现原副边的无线电能传输，还需要实现电能原副边的全双工无线信号传输。 目前无线电能与信号 并行传输系统中信号解调环节均采用模拟电路实现滤波与解调，该方法电路设计复杂、通用性能 差、抗干扰能力不足。 针对上述问题，本文提出一种基于ＦＦＴ 运算的频域解调方法。 该方法将叠 加于系统中的双向信号载波以及低频电能串扰信号映射至频域中，依靠其频域的分离特性，解决了 低频电能串扰对信号解调的干扰问题，同时实现双向信号的实时解调。 最后通过仿真与实验验证 了该方法的正确性与有效性。 关键词：电场耦合；无线电能与信号并行传输；全双工通信；快速傅里叶变换 中图分类号：ＴＭ７２４　 　 　 　 　 文献标识码：Ａ　 　 　 文章编号：１００３⁃３０７６（２０１７）０４⁃０００１⁃０６ 体等同时需要能量与信号无线传输的应用领域。 目 １　 引言 前ＷＰＴ 系统中常用的射频通信方式则严重受到应 近年来，无线电能传输（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓ⁃ 用环境的制约，不能适应未来 ＥＣＰＴ 系统应用场合 ｆｅｒ，ＷＰＴ）技术由于其便利性和安全性被广泛应用 多样化的发展趋势。 因此研究围绕ＥＣＰＴ 系统的能 ［１⁃６］ 量与全双工信号并行传输技术，对 ＥＣＰＴ 技术的完 于工程生产与日常生活中 ，并在世界经济论坛 及新华网上被专家们评为十大新兴科技之一及２１ 善具有一定的理论与工程参考价值。 世纪最有可能改变人们生活方式的科技之一。 电场 目前仅有少量关于ＷＰＴ 系统半双工通信的研 耦合无线电能传输 （Ｅｌｅｃｔｒｉｃ⁃ｆｉｅｌｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｏｗｅｒ 究成果［１１，１２］ ，尚无全双工通信的成果发表。 文献 Ｔｒａｎｓｆｅｒ，ＥＣＰＴ）技术以其耦合机构轻便、辐射低、形 ［１３］针对感应耦合无线电能系统提出了一种信号 状多样等优点成为除感应耦合无线电能传输（Ｉｎ⁃ 串联耦合接入的单通道无线电能信号并行传输方 ｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，ＩＣＰＴ）技术之外的 法，实现了共享通道式电能与信号并行传输。 但该 ［７⁃１０］ 一种无线电能传输方式 。 许多国内外研究机 方法中信号耦合电感值与电能串扰大小成正相关， 构、学者围绕其展开理论研究与应用探索。 ＥＣＰＴ 与信道增益成负相关，故该系统中电能串扰与信号 技术应用探索正逐步深入，该技术除了需要无线电 增益存在矛盾约束。 文献［１４］以电能传输的谐振 能传输之外，还需要实现系统原副边的无线信号传 电压为信号载波，通过调谐系统电能工作频率使得 输。 原副边之间的全双工通信可有助于解决系统输 接收端拾取电能电压的变化，从而实现信号解调，该 出稳定控制、在线参数识别、系统动态调谐、负载切 方法具有电路设计简便，附加模块少等优点。 但该 换等问题，进一步提升ＥＣＰＴ 系统的工作稳定性与 方法信号传输波特率受系统工作频率限制处于较低 控制性能