无线携能传输技术的发展应用及展望
孙鲁兵
摘 要：无线携能传输技术是近年来提出的一种新型无线通信技术。它能够依托同一传输介质实现无线信息和无线能量的同时传输。随着移动通信技术的发展，移动设备和移动用户的数量呈几何式增长。这对于无线通信设备的要求也越来越高。但是有限的频谱资源渐渐无法满足用户需求，并且传输速率的提升又会进一步增加能量的损耗，因此我们的通信成本也在不断增加。无线携能传输技术就是一种提升通信系统频谱效率和能量效率的新技术。本文简要介绍了无线携能传输技术的发展应用及展望。
关键词：无线携能传输;能量效率
DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.27.309
1 技术背景
随着现代社会的高速发展，对各种能源的需求越来越大。但随着水源，电源，各种不可再生资源的日益缺少，开发新能源或是跨越多平台的能源整合已是迫在眉睫。而作为当下火热的无线通信技术，其频谱资源和能量资源一直是限制其进一步发展的一大障碍。怎样整合通信技术和能源技术，使得在实现高速可靠通信的同时，又能同时缓解频谱资源和能量资源的紧张。基于这些需求，人们提出了无线携能传输这个全新的概念。
无线携能传输是将通信技术和能源技术交叉融合的前沿方向。其旨在充分利用频带资源，实现能量和信息的同时传输。也就是在现有供电技术的基础上，通过某种技术手段，充分利用宝贵的发射功率，实现能量收发的同时，实现高效的通信。这一技术如果现实，必将实现“一加一大于二”的效果。在给我们的生活带来巨大便捷的同时，也必将在通信领域带来巨大变革[1-4]。
2 应用展望
关于无线能量传输已不是全新的概念。传统的充电方式都是需要数据线连接电源充电。可随着生活节奏的加快和人们生活方式的转变，有线充电的方式显示特别不方便，不仅需要随身携带数据线而且充电效率低。所以无线充电的想法便应运而生。它主要是利用电磁波能够在空间传输，通过天线的接收和整流调制将其转换为电力供负载使用。也可以通过线圈之间的电磁感应原理实现无线充电。在这方面，欧美国家都取得了很大的突破。最常见的传输方式有三种。电磁感应方式，电磁耦合共振方式，远场辐射方式。电磁感应方式主要用于短距离传输，设备简单易行，但传输距离十分有限，进行远距离传输的话这种方式则会产生大量能量损耗，不适应长途传输。电磁耦合方式主要是近场无损非辐射共振耦合方式。该方式能量转换效率高，且对周围电子设备的干扰比较小，也是一种不错的传输方式。远场辐射方式顾名思义，适用于远距离辐射传输，也是技术实现最复杂的一种。其主要是以微波为载体，通过自由空间传播到达接收装置。再通过整流技术将接收到的电磁波转换成供电电流。前两种方式已经取得很大突破，技术上也逐渐成熟。许多国家都出现了可以无线充电的公交车，公交车行驶到特定地域，通过电磁耦合进行传电。以前的有线电缆车将逐渐退出历史舞台，无线电车也将更加安全。对我们而言，我们身边最需解决充电问题的可能就是手机了。给手机进行无线充电一直是我们期待出现的技术。随着智能手机的升级换代，其给我们带来全新用户体验和便利的同时，其续航问题也成为最大的诟病。出门随身带着充电线和电池肯定是我们不想看到的。如果能随时随地无线充电，那无疑又是具有重大意义的技术变革。现在的智能手机已经实现通过无线充电器进行无线充电。相信在不久的将来，随时随地实现手机充电将不再是幻想。
无线携能传输技术在军事领域同样具有很大的意义。军用无人机技术近些年一直是各国争相发展的军事技术。而无人机的续航问题一直是一个比较头疼的问题。在执行军事侦查任务时，如果续航不及时，那无人机就可能落入敌人之手。所以，如果无线携能传输技术取得重大突破，那无人机在执行侦查任务时不仅可以及时传回信息情报，还可以通过及时续航实现持续侦查。此外，无线携能传输技术也可用于军用传感器。小型传感器在执行特定任务的过程中，会被散落到各个地方收集信息。在实现隐蔽的同时，自身携带的电源也十分有限，因此传感器一般寿命有限，电源耗尽后也就结束了自己的使命。如果将无线携能传输技术应用于军用传感器，那传感器理论上就可以无限延续自己的寿命。就可以实现持续作战。另外，如果无线携能传输技术在军事装备中普及，就可以减少电池带来的麻烦。各装备在实现信息共享的同时实现能源共享，必将大大提高部队战斗力。
虽然该技术的应用前景十分广阔，但其中仍面临许多需要攻关的难题。其中最需要解决的就是频率的分配和信道分配问题。一般来说，传送信息的功率和传送能量的功率是不一样的，而且频带资源十分有限，到底多少带宽用于传输信息，多少带宽用于传递能量这些都是亟需解决的问题。因此，有人提出了一种动态分配资源的策略。通过最新的信道反馈技术，及时反馈各个信道的资源利用情况，然后系统根据反馈的情况和自己的实际需求动态分配用于传递能量和传递信息的功率。此外，系统的保密性也是需要解决的问题。开放的传输环境就必然涉及安全问题。因此，一套安全高效的保密系统也是通信系统所必须的。
3 结语
无线携能传输技术作为一种解决无线通信设备能量供应问题的新技术，相信在不久的将来将取代电池和有线供电线路。随着5G时代的加速推進，无人驾驶、智能家居等概念都已逐渐变成现实，在“万物互联”的物联网时代，无线携能传输技术将发挥越来越重要的作用，具有十分广阔的应用前景。
参考文献
[1]雷进挥，杜留风.无线能量传输技术的理论研究[J].福建电脑，2009，10：35-46.
[2]喻晓春.无线携能通信系统中基于节能和信息安全的资源分配算法研究[D].重庆邮电大学，2015.
[3]孙济生.无线携能通信中的频谱效率与能量效率[D].山东大学，2017.
[4]杨庆新，陈海燕，徐佳芝等.无接触电能传输技术的研究进展[J].电工技术学报，2010，25：6-13.
