基于三角化率调制的多位编码谐波通信方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三角化率调制的多位编码谐波通信方法，可用于无线能量与信号同步传输的复用功能装置中。无线电能发射电路中线圈流过梯形电流波，所述无线电能接受电路中线圈谐振频率点与梯形电流波中基波频率一致，N个无线通信信号接受电路分别接受梯形波所对应的k次谐波分量，实现多位编码的谐波通信。本发明专利技术利用梯形电流信号中的基波能量实现磁耦合谐振无线供电，同时利用其k次谐波能量实现无线通信，可发送一个N位的2进制数，通过三角化率同时控制高频谐波所对应的N个位数。该发明专利技术提高了无线携能通信装置的通信速度，通信时几乎不影响无线供电效率，且大大提高了信号的传输速率，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于三角化率调制的多位编码谐波通信方法，具体涉及一种形成可控梯形电流波的逆变技术，利用梯形电流波中的基波能量磁耦合的无线供电、利用梯形电流波中的谐波能量磁耦合的无线通信技术。
技术介绍
非辐射性磁耦合谐振作为新型无线供电技术，通过使两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合，而对周围非谐振频率的接受端只有较弱的耦合。磁耦合谐振系统包括发射谐振线圈、次级接受谐振线圈和负载。无线供电应用场合通常需要无线通信，按照能量流与信息流的实现方式，主要分为单流模式和双流模式。其中双流模式采用能量流与信息流分开实现，如采用蓝牙等无线装置实现信息流。这种方式成本相对较高，电路复杂。而单流模式利用同一套装置实现能量流与信息流的复用。传统的单流模式通信时会影响无线供电的品质，无线电能利用率不高。因此需要研究实现无线携能通信高效率工作电路方法，解决单流模式工作时无线通信影响无线供电品质的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对无线携能通信应用场合，提出一种基于梯形电流波的无线携能通信系统，利用移相全桥控制时序在发射线圈中生成梯形电流波，通过梯形电流波中的基波能量实现无线供电、谐波能量实现无线通信功能的方法，用于需要为无线电能供电的场合，实现高效率、高可靠性的磁耦合无线供电与无线通信电路复用的解决方案。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术提供一种基于三角化率调制的多位编码谐波通信方法，用于无线供电设备，所述无线供电设备包括无线电能发射电路、无线电能接受电路、N个无线通信信号接受电路。所述无线电能发射电路中线圈流过梯形电流波，N个所述无线通信信号接受电路中的线圈分别接受梯形电流波的k次谐波分量，其中，k＝3,5，…，2N+1；通过控制梯形电流波的三角化率来控制梯形电流波的各次谐波分量，梯形电流波的k次谐波分量分别对应一个N位二进制数的N个位数，从而通过控制梯形电流波的三角化率实现N位编码的谐波通信。进一步地，所述无线供电设备包括3个无线通信信号接受电路，3个所述无线通信信号接受电路中的接收线圈分别接受梯形电流波的3、5、7次谐波分量，梯形电流波的3、5、7次谐波分量对应一个3位二进制数的3个位数，通过控制梯形电流波的三角化率来控制3、5、7次谐波分量，实现3位二进制编码的谐波通信。进一步地，所述无线电能接受电路中线圈谐振频率点与梯形电流波中基波频率一致。进一步地，该方法中，利用梯形电流波中各次谐波能量实现无线通信。进一步地，该方法中，利用梯形电流波中的基波能量实现磁耦合谐振无线供电。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1)本专利技术可以通过调节梯形电流波中三角化率，可同时控制3,5,7等次谐波分量，可使信号传输的更加快速；2)本专利技术在发射线圈中生成梯形电流波，通过梯形电流波中的基波能量实现无线供电、谐波能量实现无线通信功能的方法；3)相比以往仅利用单一谐波进行通信时一次仅能传送1位2进制数，本专利技术可显著提升信号的传输速率；4)本专利技术提高了无线携能通信装置的通信速度，通信时几乎不影响无线供电效率，且大大提高了信号的传输速率，具有广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术的实施例基于3,5,7次谐波所提出的“三角化率”多位编码通信调制方式原理。图2是本专利技术的实施例无线电能发射电路线圈中梯形电流波“三角化率”定义图。图3是基于梯形电流波三角化率控制的多位编码通信电路图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本专利技术公开了一种基于三角化率调制的多位编码谐波通信方法，可用于无线能量与信号同步传输的复用功能装置中。本专利技术中，无线电能发射电路中线圈流过梯形电流波，无线电能接受电路中线圈谐振频率点与梯形电流波中基波频率一致，利用梯形波电流波中的基波能量实现磁耦合谐振无线供电。本专利技术中，N个无线通信信号接受电路中的线圈分别接受梯形电流波的k次谐波分量，利用梯形波中的各次谐波能量实现无线通信。其中，k＝3,5，…，2N+1。本专利技术中，通过控制梯形电流波的三角化率来控制梯形电流波的各次谐波分量，梯形电流波的N个奇次谐波分量分别对应一个N位二进制数的N个位数，从而通过控制梯形电流波的三角化率，利用梯形电流波的N个奇次谐波能量实现N位编码的谐波通信，可发送一个N位的2进制数，通过控制梯形电流波的三角化率同时控制各次谐波分量所对应的N个位数。如图1所示的是基于梯形电流波三角化率控制的多位编码通信电路图。本专利技术利用梯形电流波中的基波能量实现磁耦合谐振无线供电，同时利用梯形电流波中的奇次谐波能量实现无线通信，该专利技术提高了无线携能通信装置的通信速度，通信时几乎不影响无线供电效率，且大大提高了信号的传输速率，具有广阔的应用前景。下面以利用梯形电流波的3,5,7次谐波为例对本专利技术的技术方案进行具体说明。本专利技术基于三角化率调制的多位编码谐波通信方法中，3个无线通信信号接受电路中的线圈分别接受梯形电流波的3、5、7次谐波分量，通过控制梯形电流波的三角化率来控制3、5、7次谐波分量，可发送一个3位的2进制数，梯形电流波的3、5、7次谐波分量对应该3位二进制数的3个位数，从而实现3位二进制编码的谐波通信。图2示例了不同梯形波的“三角化率”下谐波能量的变化规律，可见所提出的通过改变“三角化率”同时控制3,5,7次谐波能量实现多位编码通信的可行性。如图2所示，基于3,5,7次谐波联合传输信号所提出的“三角化率”通信调制方式原理。通过控制梯形电流波的“三角化率”，可明显地改变3,5,7次谐波分量的能量，因此可将这些能量用于实现通信。图2示出了3位2进制数各个数值所对应的工作点，通信回路所收到的信号经过后一级的放大比较等环节就可还原出基带信号中所传输的信息。在图2所示的8个工作点中，基波分量在其三角化率变化范围内含量变化相对较小，可见采用“三角化率”调制方式不影响无线供电的基波频率，实现无线供电传输效率与通信速度之间的解耦控制。因此通过这样的实现方法，可以实现同时利用3,5,7次谐波进行多位编码的无线通信，提高了通信速度。如图3所示，梯形电流波三角化率的定义，电流梯形波高度htrape和梯形边延长线htri高的比率为“三角化率”。梯形电流波形进行傅里叶级数分解可得：其中：i(t)是梯形电流波的瞬态值，Ip是梯形电流波电流峰值，w是梯形电流波的角频率，t0是梯形电流从0上升到峰值电流所需的时间，n是谐波次数，如图3所示。由式(1)可知改变三角化率，即改变t0值，就可以动态改变3,5,7次谐波的幅值分量。本专利技术中，梯形电流波通过全桥逆变器实现。其优选实例的具体参数如下：无线电能发射电路中流过的梯形电流波的频率为200kHz，8个工作点所对应的三角化率均已在图1中标出，由于多数“0”和“1”信号的判断为谐波分量有与无的区别，因此在信号接收回路中可以准确的判断。无线电能接受电路的谐振线圈频率点为200kHz，用于实现基波能量的无线传输。3,5,7次谐波信号接受电路的谐振线圈频率点分别为600kHz，1MHz,1.4MH本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于三角化率调制的多位编码谐波通信方法，用于无线供电设备，所述无线供电设备包括无线电能发射电路、无线电能接受电路、N个无线通信信号接受电路，其特征在于，所述无线电能发射电路中线圈流过梯形电流波，N个所述无线通信信号接受电路中的线圈分别接受梯形电流波的k次谐波分量，其中，k＝3,5，…，2N+1；通过控制梯形电流波的三角化率来控制梯形电流波的各次谐波分量，梯形电流波的k次谐波分量分别对应一个N位二进制数的N个位数，从而通过控制梯形电流波的三角化率实现N位编码的谐波通信。

【技术特征摘要】
1.基于三角化率调制的多位编码谐波通信方法，用于无线供电设备，所述无线供电设备包括无线电能发射电路、无线电能接受电路、N个无线通信信号接受电路，其特征在于，所述无线电能发射电路中线圈流过梯形电流波，N个所述无线通信信号接受电路中的线圈分别接受梯形电流波的k次谐波分量，其中，k＝3,5，…，2N+1；通过控制梯形电流波的三角化率来控制梯形电流波的各次谐波分量，梯形电流波的k次谐波分量分别对应一个N位二进制数的N个位数，从而通过控制梯形电流波的三角化率实现N位编码的谐波通信。2.根据权利要求1所述的基于三角化率调制的多位编码谐波通信方法，其特征在于，所述无线供电设备包括3个无线通信信号接受电路，3个所述无线通信信...

【专利技术属性】
技术研发人员：周岩，林武，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32