【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信能复用传输，具体涉及一种反向散射辅助的信能复用传输系统及其控制方法。
技术介绍
1、无源物联网和信能复用传输是现代物联网(iot)技术的重要分支，推动了智能设备的能效和便捷性。无源物联网是指通过无线方式传输能量和数据，使得设备无需内置电源即可工作。这种技术广泛应用于智能家居、工业自动化、医疗监控等领域。通过将无线能量收集和通信集成到一个系统中，无源物联网设备可以在不需要更换电池或连接电源线的情况下，长时间稳定运行，极大地提升了设备的使用寿命和部署灵活性。信能复用传输技术是无源物联网的核心技术之一，其原理是在无线通信信号中嵌入能量，使得接收设备能够在接收数据的同时获取所需的能量。典型的信能复用传输系统包括能量发射端、能量收集端和通信模块。能量发射端通常是一个无线充电器或基站，发射高频电磁波或射频信号；能量收集端是集成在设备中的能量收集模块，负责将接收到的电磁波或射频信号转换为电能；通信模块则负责数据的发送和接收。
2、然而，无源物联网和信能复用传输技术在实际应用中面临着功耗大的挑战。首先，能量传输效率低是一个主要瓶颈。尽管现代技术已经能够实现一定距离内的无线能量传输，但能量损耗依然较大，尤其是在能量传输距离较远、信道环境恶劣时，受到障碍物阻抗、多径损耗等影响，使得能量损耗更加明显。其次，信能复用传输系统在数据传输过程中也会产生额外的能量消耗。为了确保数据传输的稳定性和可靠性，信能复用传输系统节点需要不断进行数据编码、调制、解调等操作，才能完成与核心基站的数据交流，这些操作都会消耗一定的能量。尤其是在高速
3、反向散射技术(backscatter communication)是一种低功耗无线通信技术，通过反射和调制环境中的现有无线电信号实现数据传输。该技术无需独立的发射器和电源，而是利用环境中的无线信号，如电视、wi-fi或手机信号，将其反射回接收器，从而传输信息。反向散射设备通常由天线和简单的调制电路组成，通过改变反射信号的相位或幅度来编码数据。由于其极低的功耗，反向散射技术广泛应用于物联网设备、rfid标签、传感器网络等领域，有助于实现长期运行和无电池操作；
4、同时，面对恶劣、复杂的工作环境，如果标签天线是全向天线，它可以从各个方向接收射频信号、高效收集能量。然而，由于天线的互易性，信号被均匀地反射到周围，这可能造成读取失败或读取时间过长，尽管激励源端的自适应调整仍能正常工作，但是对阅读器的工作有较达影响。如果标签天线是定向天线，则很难从环境中接收到足够的信号以进行转发和自供电。因此，传统标签天线不能直接应用于环境回散射，采用双天线结构方法，使标签同时具备储能和转发功能，实现信号在复杂区域内的全覆盖。
技术实现思路
1、为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本专利技术提供一种反向散射辅助的信能复用传输系统，该系统可以实现无源物联网节点的低功耗低成本通信，且保证了节点在恶劣复杂环境中能稳定高效获取射频信号的能量。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术提供一种反向散射辅助的信能复用传输系统，包括：激励源、信能复用传输子系统和阅读器；
4、所述激励源用于发射携带能量且未经调制的载波信号，并调整发射信号的辐射角；
5、所述信能复用传输子系统包括全向天线、信号反馈开关、定向耦合器、数据传递开关、整流滤波电路、能量管理器、信号解调模块、微型控制单元、传感器模块和定向天线；
6、所述全向天线用于获取载波信号，所述微型控制单元用于控制信号反馈开关闭合与断开，改变全向天线对入射信号的吸收或反射状态；
7、所述微型控制单元用于控制数据传递开关的闭合与断开，改变整流滤波电路对定向耦合器输出端的信号的吸收或反射状态；
8、当信号反馈开关闭合时，定向耦合器输入端接收全向天线获取的信号，并将信号定向传输到定向耦合器输出端，当数据传递开关开路时，输入信号传输到定向耦合器耦合端，传输至定向天线；
9、所述整流滤波电路用于对进行接收信号进行rf-dc转换，输出直流电压至能量管理器，部分直流信号传输至信号解调模块；
10、所述能量管理器用于对直流电压进行升压转换，并将电量存储状况传输至微型控制单元；
11、所述信号解调模块用于进行信号解调，输出解调结果至微型控制单元；
12、所述微型控制单元用于获取传感器模块的采集信息，根据解调结果控制信号反馈开关、控制数据传递开关的闭合与断开；
13、所述阅读器获取定向天线的发射信号，获取信能复用传输子系统中传感器模块获取的采集信息。
14、作为优选的技术方案，所述激励源包括基站、发射天线和接收天线，所述基站分别与发射天线、接收天线连接；
15、所述基站用于生成携带能量且未经调制的载波信号，所述发射天线用于将载波信号发射到自由空间，所述接收天线用于接收全向天线反向散射的信号。
16、作为优选的技术方案，所述发射天线和接收天线的极化方式均为圆极化，所述发射天线和接收天线的极化方式相互正交。
17、作为优选的技术方案，所述全向天线的极化方式为圆极化，所述全向天线和接收天线极化方式相互正交，当全向天线通过反向散射将发射天线的信号反射时，反射信号的极化方式与接收天线的极化方式相匹配。
18、作为优选的技术方案，所述信号反馈开关包括：场效应管fet1、场效应管fet2和反相器，以及电源vdd接口、接地gnd接口、控制信号输入接口、射频信号输入接口和射频信号输出接口；
19、所述微型控制单元与控制信号输入接口连接，所述控制信号输入接口通过反相器与场效应管fet1的栅极连接，场效应管fet1的源极、漏极分别与射频信号输入接口、射频信号输出接口连接；
20、所述控制信号输入接口与场效应管fet2的栅极连接，场效应管fet2的源极、漏极分别与接地gnd接口、射频信号输出接口连接；
21、所述反相器设有两个场效应管，其中一个场效应管的漏极与电源vdd接口连接；
22、当控制信号输入接口为高电平时，场效应管fet2导通，场效应管fet1截止，呈现高阻态，信号反馈开关为开路状态；
23、当控制信号输入接口为低电平时，场效应管fet2截止，场效应管fet1导通，信号反馈开关为闭合状态。
24、作为优选的技术方案，所述定向耦合器采用三端口耦合器，由四条臂组成方形结构，四条臂均为工作频率的四分之一波长线。
25、作为优选的技术方案，所述整流滤波电路包括带通滤波器、谐波抑制器、射频整流器和低通滤波器，所述带通滤波器用于滤除频带信号，所述射频整流器将带通滤波器输出信号整流为直流信号，所述谐波抑制器用于抑制高次谐波，所述低通滤波器用于去除高频成分保留低频信号。
26本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种反向散射辅助的信能复用传输系统，其特征在于，包括：激励源、信能复用传输子系统和阅读器；
2.根据权利要求1所述的反向散射辅助的信能复用传输系统，其特征在于，所述激励源包括基站、发射天线和接收天线，所述基站分别与发射天线、接收天线连接；
3.根据权利要求2所述的反向散射辅助的信能复用传输系统，其特征在于，所述发射天线和接收天线的极化方式均为圆极化，所述发射天线和接收天线的极化方式相互正交。
4.根据权利要求2所述的反向散射辅助的信能复用传输系统，其特征在于，所述全向天线的极化方式为圆极化，所述全向天线和接收天线极化方式相互正交，当全向天线通过反向散射将发射天线的信号反射时，反射信号的极化方式与接收天线的极化方式相匹配。
5.根据权利要求1所述的反向散射辅助的信能复用传输系统，其特征在于，所述信号反馈开关包括：场效应管FET1、场效应管FET2和反相器，以及电源VDD接口、接地GND接口、控制信号输入接口、射频信号输入接口和射频信号输出接口；
6.根据权利要求1所述的反向散射辅助的信能复用传输系统，其特征在于，所述定
7.根据权利要求1所述的反向散射辅助的信能复用传输系统，其特征在于，所述整流滤波电路包括带通滤波器、谐波抑制器、射频整流器和低通滤波器，所述带通滤波器用于滤除频带信号，所述射频整流器将带通滤波器输出信号整流为直流信号，所述谐波抑制器用于抑制高次谐波，所述低通滤波器用于去除高频成分保留低频信号。
8.根据权利要求1所述的反向散射辅助的信能复用传输系统，其特征在于，所述信能复用传输子系统的传感器模块采用温度传感器、湿度传感器、光照传感器中的一种或者多种。
9.根据权利要求1所述的反向散射辅助的信能复用传输系统，其特征在于，所述阅读器包括阅读器天线和中央处理器，所述阅读器天线用于获取信能复用传输子系统定向天线发射信号，所述中央处理器用于解调阅读器天线获取的信号，得到信能复用传输子系统传感器模块的采集信息。
10.根据权利要求1-9任一项所述反向散射辅助的信能复用传输系统的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种反向散射辅助的信能复用传输系统，其特征在于，包括：激励源、信能复用传输子系统和阅读器；
2.根据权利要求1所述的反向散射辅助的信能复用传输系统，其特征在于，所述激励源包括基站、发射天线和接收天线，所述基站分别与发射天线、接收天线连接；
3.根据权利要求2所述的反向散射辅助的信能复用传输系统，其特征在于，所述发射天线和接收天线的极化方式均为圆极化，所述发射天线和接收天线的极化方式相互正交。
4.根据权利要求2所述的反向散射辅助的信能复用传输系统，其特征在于，所述全向天线的极化方式为圆极化，所述全向天线和接收天线极化方式相互正交，当全向天线通过反向散射将发射天线的信号反射时，反射信号的极化方式与接收天线的极化方式相匹配。
5.根据权利要求1所述的反向散射辅助的信能复用传输系统，其特征在于，所述信号反馈开关包括：场效应管fet1、场效应管fet2和反相器，以及电源vdd接口、接地gnd接口、控制信号输入接口、射频信号输入接口和射频信号输出接口；
6.根据权利要求1所述的反向散射辅助的信能复用传输...
【专利技术属性】
技术研发人员：周健湟，向友君，唐杰，陈逸，戴粤朝，马若炎，周鑫，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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