专家对高速水下无线通信使用太阳能电池

而太阳能电池通常被用来将光转化为电,研究人员已经证明,他们也可以用来生产高速水下无线光通信。小说的方法,它依赖于网络串联太阳能电池作为探测器,可以提供一个低成本、低能耗机制水下发送数据。

有有效的水下通信的一个关键需要满足水下数据交换需求的增加在全球海洋保护活动。

徐经,研究团队领导,浙江大学

例如,数据链接需要传达数据从潜水员,载人潜艇、水下传感器和无人遥控潜水器在珊瑚礁保护水面舰艇协助他们的工作计划。

许和他的同事描述实验室试验,他们创造了一个最优无镜片高速水下光学检测系统广泛使用各种太阳能电池。光敏二极管,传统上被利用作为无线光通信的探测器,探测区域要小得多比太阳能电池。这项研究发表在了视神经节出版集团的杂志光学信。

我们所知,我们展示了历史最高带宽实现商业硅太阳能基于仪表盘光学通信系统有一个很大的检测区域。这种类型的系统甚至可以允许数据交换和发电设备。

徐经,研究团队领导,浙江大学

优化太阳能电池进行交流沟通

水下光学无线通信有一个更高的速度、更低的延迟和使用更少的能量比收音机或声波。大多数长途高速光学系统,另一方面,不适合在水下使用时需要精确校准光发射机和接收机之间的识别入射光信号。

自太阳能电池收集光从一个广阔的区域内并将其转换成一个电信号,利用它们作为探测器的水下无线通信系统可以减少收发两用机校准的必要性。然而,由于太阳能电池的设计对能源的收获而不是传播,实现高带宽已经被证明有问题。

直到现在,实现高速链接使用现成的硅太阳能电池需要复杂的调制方案和算法,这需要巨大的计算资源,使用额外的力量和创建一个高处理延迟。使用连接太阳能电池的建模与仿真,我们优化的外围电路,大大改善了我们的太阳能细胞检测器的性能。

徐经,研究团队领导,浙江大学

水下测试

7 m长的水箱,模仿一个水下管道,科学家们测试了新设计,采用3×3太阳能电池阵列提供检测面积3.4×3.4厘米。光信号的路径长度延长使用镜子,导致传输距离35米。

系统表现出很高的可靠性、低能耗和效率。−20 dB从4.4 MHz带宽增长到24.2 MHz,太阳能电池阵列的大小从1×1增加到3×3。

尽管采用一个基本的调制策略,新设备有更高的检测带宽-因此更高的数据率比之前的实验,与大型商业硅太阳能电池使用探测器探测范围。

应用90 V电压反向偏压的增加带宽,导致20 dB−63.4 MHz的带宽。使用最简单的一种振幅键控调制,这个带宽允许35米/ 150 Mbps的水下无线光学链接。

”因为太阳能电池是大规模生产,该方案非常有效。超出了海底世界,这种类型的探测器也可以用于可见光通信,无线通信的一种,它能利用可见光发光二极管和其他来源跨距离传输数据,”徐说。

研究人员打算测试整个系统性能较差的光信号,提高水下通信的实际应用。这将演示如何执行在黑暗的水和运动的存在。他们也微调关键因素的太阳能电池阵列和必要的反向偏压,使设备更现实。

期刊引用:

通、Z。等。(2022)串联太阳能电池阵列的高速水下光学无线链接。光学信。doi.org/10.1364/OL.449466。

来源:https://www.optica.org/en-us/home/