基于载波调制的MC-WPT系统的全双工信号传输研究

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磁耦合无线电能传输(Magnetic Coupling Wireless Power Transfer,MC-WPT)技术作为无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术领域的研究热点,其利用磁耦合原理实现电能从原边到副边的无线传输。随着研究的深入以及对电能传输品质要求的提升,在进行无线电能传输的同时,需要进行原副边间的信号传输,来更好的保障系统的性能。尤其是在某些特殊场合,需要实现原副边的全双工信号传输,这就对MC-WPT系统的信号传输提出了更高的要求。本文针对MC-WPT系统中电能和信号的并行传输及信号的全双工传输问题,根据典型的MC-WPT系统结构,在不显著影响电能传输性能的条件下,提出一种基于共享通道的电能与信号并行传输的新拓扑结构,实现电能和信号的独立传输,信号的全双工传输。电能传输通道结构和典型的MC-WPT系统一致;同时,利用电能耦合机构作为信号的耦合机构,构建起信号传输通道,并设计相应的信号谐振补偿网络。利用系统固有结构(部分电能谐振网络和信号配谐网络)达到阻波的作用,使电能和信号独立传输,避免了这两者间的相互影响,且无需额外添加阻波网络。在此基础上,将电能和信号传输当成独立系统,如此简化了系统分析的复杂度,并给出了电能和信号传输的增益表达式。针对信号传输电路拓扑结构进行建模分析,得到信号传输电路的双谐振点数学模型。通过不同的信号载波频率,得到了信号全双工传输的方法。利用拉普拉斯变换对高阶复杂电路进行数学建模,然后得到时域下的动态响应,实现对信号在切换过程中的动态过程分析,进而得到信号传输的波特率。分析了电能对信号干扰及双向传输的信道间干扰,得出信号正向传输和反向传输的干扰表达式,进而实现对信号信噪比的分析。提出了基于电能和信号稳定传输为前提,实现优化信号传输性能为目标的参数设计方法。利用MATLAB/Simulink平台进行仿真,并验证系统理论分析的正确性。在此基础上,根据仿真参数搭建实验平台,验证所提出方法的可行性。最终,完成了电能和信号的并行传输,信号的全双工传输。
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