电力工业：用于IIoT传感器的射频无线电力传输技术

姓名：罗雅婷

学号：20021210681

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【嵌牛导读】无线通信是利用电波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。在移动中实现的无线通信又通称为移动通信，人们把二者合称为无线移动通信。简单讲，无线通信是仅利用电磁波而不通过线缆进行的通信方式。

【嵌牛鼻子】无线通信

【嵌牛正文】

       建立工业物联网（IIoT）传感器网络有附加成本，60%以上的成本与布线和安装有关。虽然无线数据传输有助于消除一些电缆连接，但通过采用无线电力传输技术，甚至可以避免更多电缆连接。初创公司TransferFi正在为距离50米（约165英尺）的工业物联网传感器网络开发新的无线充电解决方案。

        无线传输技术众所周知的，但是发射机的设计、位置、效率最大化以及验证整个系统的工况都是复杂的挑战，需要使用复杂的工程解决方案。布线不可避免的成本不仅增加了IIoT和工业4.0的壁垒，也增加了智能电网和智能城市的障碍。大规模的传感器安装需要复杂的基础设施布线，这是昂贵的，且需要很长的时间来安装。TransferFi已经开发了TFi Turin-1无线电力网络（WPN）平台，这使得其在一定的时间内取代电力电缆或电池成为可能。            

         TransferFi联合创始人兼首席执行官Aashish Mehta说：“我们的TFiWPN IIoT系统级架构是为工业物联网应用而设计的，而工业物联网需要能够容纳多个设备的远程无线电源网络。我们使用射频技术，因为它更适合远场/远程应用。所有这些都是在Turin平台上实现的，因为它使得远场无线电力网络的使用和部署实现了自动化。”

无线电力传输

          无线功率传输技术分为两大类：近场和远场。它们各有利弊。近场、无辐射技术最适合通过线圈间的感应耦合或通过金属电极间的电容耦合通过磁场在短距离内传输能量。感应耦合是当今应用最广泛的无线技术。

          远场辐射场技术，也称为功率流，由微波或激光束等电磁辐射传输功率。这些技术可以将能量传输到更远的距离，但必须对准接收器。波束成形技术被用来改善波束的聚焦。通过专用射频（RF）传输的WPT在物联网应用中越来越流行。波束成形技术是WPT技术的圣杯，因为它可以在不增加传输功率的情况下将更高的质量信号传送到接收器。为了获得合适的波束，发射机必须配备大量的自适应波束成形天线，并控制波束能量聚焦的方向。

TFi Turin 1

       TransferFi已经创建了一个自动校准系统，根据目标接收器的位置和应用负载优化目标定位、分时传输和信号。目前的平台包括一个TFi网关和带有各种传感器的TFi传感单元。TFi网关使用远场射频无线功率传输来供电，并与TFi传感设备进行数据通信，最远可达50米。“我们已经建立了波束成形和信号优化算法，可以将波束集中到目标设备上，”Mehta说：“我们在整个系统级架构上采用了优化传输和接收的算法。我们的专利集中在以下领域：优化射频到直流转换和精确的波束成形角度；使用TFi一键校准和分时共享软件缩短部署时间；使用16通道TFi网关增强波束聚焦。”

        波束成形是一种将无线信号定向到特定接收设备而不是向其它方向传播信号的过程。与没有使用波束成形的技术相比，其直接连接更快、更可靠。近年来，由于5G的普及，波束成形技术得到了发展。实现这一点的技术是在近距离使用多个天线，所有天线在稍有不同的时间发射相同的信号。重叠波将在某些区域具有建设性（使信号更强），而在其它区域具有破坏性（使信号变弱或无法检测）。如果操作正确，这种波束成形技术可以将信号定向到您想要的位置。

         波束聚焦不仅远比全方位发射更有效率，这种技术还可以减少对其它信号的干扰。其限制可能在于执行复杂计算任务以获得最佳效率的计算资源。但是硬件和软件资源的不断改进可以弥补这些局限性。Mehta说：“总体而言，Turin平台的设计与硬件和应用无关，因此它可以用于任何有合适硬件的应用。当前发布的产品TFiWPN IIoT的目标是状态监测、智能楼宇自动化和用于环境热分布的检测（用于服务器机房和冷藏室）。我们正在与工业自动化、半导体、物流和汽车领域的跨国公司合作。

           未来的工业概念（如工业4.0、智能建筑和智能电网）需要大规模的传感器部署，这需要复杂的基础设施布线，需要很长时间才能部署，并且会以昂贵的停机时间损害业务。在当前的有线传感器部署中，大部分部署时间都浪费在安装和布线上，这消耗了整个传感器部署预算的60%以上。TFi-WPN平台提供了无创传感器部署，降低了基础设施布线的复杂性。