传统的通信模块在无线电能传输（WPT）系统应用时存在通信延迟，且在接收端缺电的情况下造成无法通信的情况。近年来，研究者们提出了一种可持续给信号通道供电的无线电能与信号同步传输（WPST）系统，在进行能量传输的同时可以同步地进行原、副边的信号传输。
论文所解决的问题及意义
当前WPST主要有共享通道式和分离通道式传输两种模式，基于分离通道式的WPST系统目前需要解决平面型信号线圈与磁耦合机构的交叉耦合问题，以及全双工通信的串扰问题。由此，本文提出了一种平面型双解耦的信号线圈，并基于该复合型的磁耦合机构提出一种WPST系统拓扑，以实现稳定的能量传输和全双工的信号传输。
论文方法及创新点
1、双解耦型信号线圈
本文提出了一种平面型的双解耦信号线圈，拥有较小空间占有率的同时还能与能量磁耦合机构相互解耦。所提信号线圈及磁耦合机构如下图所示。
图1 平面型双解耦信号线圈示意图
三个线圈形成的磁场矢量是正交的。因此，能量磁耦合机构、信号线圈1和2是相互解耦的，三个线圈间没有交叉耦合的干扰。
2、信号传输通道拓扑
WPST系统的信号传输通道基于双谐振电路进行构建，信号传输通道有两条传输链路，分别为正向信号传输和反向信号传输。Ld1和Ld2分别为原边信号线圈1和2的自感，LT1-LT4四个变压器的主要作用是隔离主电路与串口电路和隔离正向与反向信号间的串扰。
图2 所提WPST系统拓扑
3、信号增益与串扰抑制
信号传输增益Gf要远远大于信号串扰增益Gcf。随着输出电阻Ro增大，信号传输增益Gf也随之增大。与此同时，信号串扰增益随着输出电阻的增加，几乎保持在极小的范围内。当信号接收互感器在较小耦合系数时信号传输增益较高且串扰增益较小，使得信号传输有较高的信噪比和稳定性。
图3 信号增益曲线
4、信号通道参数设计
WPST 系统参数设计主要分为耦合机构设计和信号通道参数设计。基于平面双解耦型信号线圈的 WPST 系统参数设计流程。①根据能量传输的功率需求设计磁耦合机构；②基于能量磁耦合机构的外形尺寸限制，对平面双解耦型信号线圈进行参数设计；③信号线圈的参数确定后，设计信号传输通道，以满足信号传输增益、串扰增益、信号传输速率等需求。
图4 信号通道参数设计流程
结论
通过以上基于平面双解耦型信号线圈的 WPST系统的分析，搭建相应的实验平台进行可行性的验证。实验通过对比可知，本文所提双解耦型信号线圈的 WPST 系统能够在较远的传输距离下完成较大的输出功率和通信速率，并且同时兼具偏移及偏转性能特性。
图5 信号输出波形
团队介绍
重庆邮电大学工业物联网与网络化控制团队，教育部重点实验室，开展工业物联网与网络化控制领域的理论研究，紧密围绕工业互联网无人系统无线供电技术，从事应用基础理论、技术开发与推广工作，为国家与地方的工业化与信息化提供技术支持和供能支撑。
王佩月，讲师，硕士研究生导师，研究方向为无线电能与信号同步传输技术、电力电子建模、无人系统无线充电技术产业化应用。
蒋金橙，讲师，硕士研究生导师，研究方向为多发射多接收无线电能传输技术、磁聚焦设计及多模态供能技术、无人机、机器人等无线充电的产业化应用。
冯天旭，副教授，硕士研究生导师，研究方向为无线电能传输技术、能量信号同步传输技术、无人机、机器人无线充电产业化应用等。
史可，讲师，硕士研究生导师，研究方向为无线电能传输技术、电动汽车静态/动态无线充电技术、AGV动态无线充电技术、智能检测机器人。
王军，副教授，博士生导师，研究方向为无线电能传输系统稳定性与跟踪控制、无线电能传输系统预测控制理论和应用方法。
本工作成果发表在2025年第24期《电工技术学报》，论文标题为“基于平面双解耦型信号线圈的无线电能与全双工信号同步传输系统“。本课题得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、中国博士后基金面上项目、重庆市自然科学基金项目和重庆市教育委员会科学技术研究项目资助。
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