一种基于法诺共振的能信同传系统的滤波方法与流程

本发明属于无线电能传输，具体涉及一种基于法诺共振的能信同传系统的滤波方法，本方法可以在能信同传系统中对信息线圈上感应到的能量干扰进行滤波，削弱能量传输对信息传输的干扰。

背景技术：

1、无线电能传输技术作为非电气连接的新型无线供电方式，在民用、军事和工业等领域具有广泛的应用，提高了系统的灵活性和可靠性，同时降低系统的维护成本。然而，在无线电能传输系统的实际工程应用中，系统的闭环控制、充电状态监测、电池信息反馈、异物和活物检测等都需要在原副边实现数据的传输以进行系统的状态反馈。因此，有必要在能量传输的同时增加信息传输功能，实现能量和信息的同步传输，从而提高无线电能传输系统的稳定性、安全性和充电效率。

2、目前，无线能信同传常采用三种方法：方法1：增设额外无线通信模块实现信息传输，该方法使得原副边通信配对时间较长，具有较大的传输延迟，而且多个设备充电时存在错连；方法2：共享能量传输耦合通道进行能量和信息的同步传输，将调制的信号加载到能量线圈中，以能量载波作为载体，将信号和能量同时发送，但是由于高能量和信息传输共享耦合通道，在大功率能量传输过程中，会存在较大的干扰，造成信息解调的误码率；方法3：增设独立信号耦合通道进行信号传输，实现信号的高速传输，削弱能量和信号传输的交叉耦合，但额外的通信通道也增大了系统体积。综合考虑，在大功率能量传输时，一般采用独立信号耦合通道方式，并采用8字型信息传输线圈实现与能量线圈之间的解耦。但是，实际大功率能量传输过程中，能量传输或多或少的会对信息的解调造成干扰，需对信息线圈上耦合到的能量进行滤波以削弱对信息的干扰。

3、常用的无源滤波采用l型或pi型网络实现高通滤波，在通过尖峰滤波实现对信息波形优化。但针对能量和信息同传系统，由于能量传输的频率对信息传输是固定干扰频率，可以基于窄带宽的滤波方式以提高滤波效果。通过利用宽带和窄带的耦合形成法诺共振，在高于共振频率的位置形成一个吸收效果较优的频率点，从而利用该吸收频率点对能量传输频率的干扰进行滤波，实现信息较好的调制解调。因此迫切需要研究独立信号耦合通道的能量和信息同步传输滤波策略。

4、为了解决能量和信息传输干扰的问题，从信息传输线圈设计出发，并基于法诺共振原理对信息线圈上耦合的能量干扰进行滤波，从而在信息传输的同时实现大功率无线能量的高效传输。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明要解决的技术问题是：如何提供一种基于法诺共振的能信同传系统的滤波策略，通过对信息传输线圈的优化，使其在传输路径上实现空间磁场解耦，同时通过法诺共振原理对能量干扰进行滤波，使其进一步抑制大功率能量传输对信息传输的干扰。

3、(二)技术方案

4、为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于法诺共振的能信同传系统的滤波方法，所述滤波方法所涉及的能信同传系统采用独立信号耦合通道，其包括功率传输系统和通讯传输系统；

5、其中，功率传输系统包括功率电路、能量线圈和电池组；

6、通讯传输系统包括信息线圈、发射端调制解调系统、接收端调制解调系统和两个滤波线圈；如图3所示；

7、基于法诺共振原理，在信息线圈与发射端调制解调系统之间，以及信息线圈与接收端调制解调系统之间，分别加入一个非谐振线圈，即所述滤波线圈，以消除能量传输频率对信息线圈的干扰；通过调整能量线圈的共振频率，使得法诺共振的全反射点为能量传输频率点，进而实现对信息线圈感应的能量干扰进行滤波。

8、其中，所述信息线圈包括发射端信息线圈和接收端信息线圈。

9、其中，所述发射端调制解调系统与发射端信息线圈相邻，两者之间设置第一个滤波线圈；

10、所述接收端信息线圈与接收端调制解调系统相邻，两者之间设置第二个滤波线圈；

11、发射端信息线圈与接收端信息线圈之间进行磁场能量耦合。

12、其中，所述发射端信息线圈与接收端信息线圈在信息传递过程中，均执行信息的发送或信息的接收功能。

13、其中，所述发射端调制解调系统包括发射端信号调制系统、发射端信号解调系统。

14、其中，所述接收端调制解调系统包括接收端信号调制系统、接收端信号解调系统。

15、其中，所述能量线圈包括能量发射线圈、能量接收线圈。

16、其中，所述功率电路与能量发射线圈相邻；所述能量接收线圈与电池组相邻；能量发射线圈与能量接收线圈之间进行磁场能量耦合。

17、其中，在发射端，线圈包含两层，其中上层为信息线圈，下层为能量线圈，在能量线圈下端放置铁氧体；接收端的线圈与发射线圈结构一致；信息线圈为8字型线圈，能量线圈为方形线圈或圆形线圈，在此种位置结构中，能量线圈产生纵向磁通实现原副边耦合，信息线圈由8字型线圈产生闭合的周期性磁场实现原副边强耦合；由于信息线圈和能量线圈中心对称放置，降低了能量和信息传输的交叉耦合，实现能量和信息传输通道的解耦。

18、其中，所述方法采用法诺共振原理对能信同传系统进行滤波，共振频率的磁场与非共振频率的滤波线圈进行干涉叠加，在共振频率的左侧会产出现相干相消，在共振频率右侧会出现相干相涨的现象；此时，会产生一个对应的透射系数为零的频率点，以消除该频率点对波的干扰。

19、(三)有益效果

20、与现有技术相比较，本发明的关键点：

21、(1)基于法诺共振的能信同传系统的滤波方法可以消除大功率能信同传系统中能量传输对信息传输的干扰。

22、(2)基于法诺共振的能信同传系统的滤波方法可以实现固定干扰频点的滤波，可以依据不同能量干扰频率灵活调整，具有较高的滤波效果。

23、本发明的效果：

24、与现有技术相比，本发明提出的一种基于法诺共振的能信同传系统的滤波方法，可以在信息线圈和能量线圈相对解耦的同时，采用法诺共振原理，通过在信息线圈和调制解调电路加入非谐振线圈滤波的方式，进一步对信息线圈中的固定频率能量干扰进行滤波，有效消除大功率能量传输对信息传输的干扰，同时根据不同能量干扰的频率灵活调整，实现对通讯信号较好的调制解调。

技术特征：

1.一种基于法诺共振的能信同传系统的滤波方法，其特征在于，所述滤波方法所涉及的能信同传系统采用独立信号耦合通道，其包括功率传输系统和通讯传输系统；

2.如权利要求1所述的基于法诺共振的能信同传系统的滤波方法，其特征在于，所述信息线圈包括发射端信息线圈和接收端信息线圈。

3.如权利要求2所述的基于法诺共振的能信同传系统的滤波方法，其特征在于，所述发射端调制解调系统与发射端信息线圈相邻，两者之间设置第一个滤波线圈；

4.如权利要求3所述的基于法诺共振的能信同传系统的滤波方法，其特征在于，所述发射端信息线圈与接收端信息线圈在信息传递过程中，均执行信息的发送或信息的接收功能。

5.如权利要求4所述的基于法诺共振的能信同传系统的滤波方法，其特征在于，所述发射端调制解调系统包括发射端信号调制系统、发射端信号解调系统。

6.如权利要求5所述的基于法诺共振的能信同传系统的滤波方法，其特征在于，所述接收端调制解调系统包括接收端信号调制系统、接收端信号解调系统。

7.如权利要求1所述的基于法诺共振的能信同传系统的滤波方法，其特征在于，所述能量线圈包括能量发射线圈、能量接收线圈。

8.如权利要求7所述的基于法诺共振的能信同传系统的滤波方法，其特征在于，所述功率电路与能量发射线圈相邻；所述能量接收线圈与电池组相邻；能量发射线圈与能量接收线圈之间进行磁场能量耦合。

9.如权利要求1所述的基于法诺共振的能信同传系统的滤波方法，其特征在于，在发射端，线圈包含两层，其中上层为信息线圈，下层为能量线圈，在能量线圈下端放置铁氧体；接收端的线圈与发射线圈结构一致；信息线圈为8字型线圈，能量线圈为方形线圈或圆形线圈，在此种位置结构中，能量线圈产生纵向磁通实现原副边耦合，信息线圈由8字型线圈产生闭合的周期性磁场实现原副边强耦合；由于信息线圈和能量线圈中心对称放置，降低了能量和信息传输的交叉耦合，实现能量和信息传输通道的解耦。

10.如权利要求1所述的基于法诺共振的能信同传系统的滤波方法，其特征在于，所述方法采用法诺共振原理对能信同传系统进行滤波，共振频率的磁场与非共振频率的滤波线圈进行干涉叠加，在共振频率的左侧会产出现相干相消，在共振频率右侧会出现相干相涨的现象；此时，会产生一个对应的透射系数为零的频率点，以消除该频率点对波的干扰。

技术总结本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种基于法诺共振的能信同传系统的滤波方法，所述滤波方法所涉及的能信同传系统采用独立信号耦合通道，其包括功率传输系统和通讯传输系统；其中，功率传输系统包括功率电路、能量线圈和电池组；通讯传输系统包括信息线圈、发射端调制解调系统、接收端调制解调系统和两个滤波线圈；基于法诺共振原理，在信息线圈与发射端调制解调系统之间，以及信息线圈与接收端调制解调系统之间，分别加入一个非谐振线圈，即所述滤波线圈，以消除能量传输频率对信息线圈的干扰；通过调整能量线圈的共振频率，使得法诺共振的全反射点为能量传输频率点，进而实现对信息线圈感应的能量干扰进行滤波。技术研发人员：路聪慧,倪永亮,宋克岭,吕海鹏,蒋任君,刘冠诚受保护的技术使用者：中国北方车辆研究所技术研发日：技术公布日：2024/12/2