無線攜能通信

無線攜能通信（Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT）是一種新型的無線通信類型，無線攜能通信可以同時傳輸信號和能量，即在與無線設備進行信息互動的同時，為無線設備提供能量。

基本介紹

• 中文名：無線攜能通信
• 外文名：Simultaneous Wireless Informatica and Power Transfer,SWIPT

基本概念

無線攜能通信是一種新型的無線通信類型，區別於傳統無線通信僅僅傳播信息，無線攜能通信可以在傳播傳統信息類無線信號時，同時向無線設備傳輸能量信號，能量信號在被具有獲能電路的無線設備接收後，經過一系列轉換可以將無線能量存儲在無線設備自身的電池中，這些捕獲的能量將會被用於該無線設備的正常的信息互動電路的耗能以及能量捕獲電路的耗能。運用無線攜能通信技術後，可以減少電線，排線的成本，可以免去給無線設備更換電池的麻煩。

無線攜能通信是將無線能量傳輸(Wireless Power Transfer, WPT)與無線信息傳輸(Wireless Information Transmission, WIT)相結合的產物，並有望“一加一大於二”。將 WPT 與 WIT 技術相結合是物質本質屬性的體現，必將進一步拓展其各自的套用領域，為人們 的生活帶來深遠的變革。

基於信息與能量並行傳輸這一顯著特點， SWIPT 技術有望廣泛用於高速射頻標籤(RFID)、物聯網以及各類移動終端之間的信息交換與能量傳輸，有望在實現高速信息交換的同時，通過提取接收信號中的能量有效地向各種終端設備饋電，從而取代傳統有線或電池供電所帶來的不便，減小了終端設備的體積與成本，並極大地延長其待機時間，特別適合於需要大規模布撒的終端節點的套用。

發展歷史

Nikola Tesla 最早萌生了無線輸能的構想，他試圖 利用地球本身和大氣電離層為導體來實現無線輸電， 但受當時技術條件所限，實驗並沒能取得預期的成功 。 1950 年代後期， Goubau 和 Schweing 等人從理論上推算了自由空間波束導波可達到近 100%的傳輸效率，並在反射波束導波系統上得到了驗證。隨後， 以 William C. Brown等人為首的雷聲(Raytheon)公司 開始對該項技術進行研究，並於 1964 年完成了用 2.45 GHz 的微波驅動直升機的實驗。 1968 年， Peter Glaser 構想建設衛星太陽能電站以應對能源危機。 1980 年 代後期，加拿大通信研究中心構想建立永久高空中繼平台為廣播、電視、通信等套用服務，並提出採用無線輸能方式為這一平台供電。至 1990 年代，無線輸能技術在中小功率、近距離套用上受到了廣泛關注。 2001 年 5 月， 國際無線電力傳輸技術會議在法屬留尼旺島(Reunion Island, France)召開期間，法國國家科學研究中心的 G. Pignolet 利用微波無線傳輸電能點亮 40 m 外一個 200 W 燈泡； 2003 年在該島建立了 10 kW 試驗性微波輸電裝置，並以 2.45 GHz 頻率向位於近千米深峽谷底部的 Grand-Bassin 村進行點對點無線供電。 2006 年 11 月，美國麻省理工學院(MIT)的 Marin Soljacic 及其團隊使用“電磁共振原理”成功地實現了相距 2.13 m 的兩個線圈之間進行無線能量傳輸，並點亮一隻 60 W 燈泡，比普通非共振磁感應的效率要高上 100 萬倍之多。美國洛克希德·馬丁公司在 2012 年 7 月報導稱，該公司研發出一種以雷射作為載體的無線充電系統，可為無人偵察機無線供電，使其能夠連續飛行 48 小時，增加續航時間 2400%。

適用場景

有望實現對惡劣工作環境中設備的供能與控制

對處於太空、海洋、森林、沙漠、峽谷、礦井、地震災區等複雜環境難以人為架設供電線路以及反覆更換電池的情況。

不僅能遠程為設備提供非接觸式的電力供應，避免因線路老化而帶來的不安全因素，還有望實現設備的遠程遙控與信息互動，極大地提高設備對 於極端工作環境的適應能力。

在生物醫學領域有廣闊的套用前景

如心臟起搏器、人造耳蝸等，這些設備 所需功率最大可達幾十瓦，最小僅需幾十毫瓦。這類植入式輔助電子設備，傳統的供電方式要么用導 線穿透皮膚連線植入設備與外置電源，要么將電池植 入人體為設備供電，均會給患者帶來極大的痛苦與不 便，而且難以解決可靠性與持續性的問題，威脅著患 者的生命安全。

藉助 SWIPT 技術，不但有望實現體 外非接觸式供電，同時有望實現體內設備與體外終端 的數據互動，完成對體內電子設備的控制以及醫療數 據的採集與監視，使患者擺脫傳統導線與電池的束 縛，提高生活質量，保障生命安全。

在日常生活中的廣闊套用空間

如手機、家用電器等設備的無線充電與遙控等。藉助 SWIPT 技術，有望 使各種家用電器和便攜設備實現真正意義上的“便捷與智慧型”，擺脫傳統電線束縛，實現家庭或小區的遠程控制與監視，使得“智慧型”家居成為可能。