采用双面PAPR控制的多方向微波功率传输技术，以提升功率传输能力

《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》：Multidirectional Microwave Power Transfer With Dual-Side PAPR Control for Improved Power Capability

多频信号设计在平面阵列天线中的应用可同时提升微波能量传输效率与功率容量，通过包络成形和相位偏移优化降低发射端峰值平均功率比（PAPR）0.55 dB，使接收端功率转换效率（PCE）分别提升4.0%和5.6%（负载680Ω时）。四频信号在保持类似PAPR水平下实现PCE提升3.4%和8.4%，并降低高功率传输时的非线性失真。

　　

摘要：

对多接收器微波功率传输（MPT）的需求正在增加，这推动了提高传输效率和接收功率的研究。为了实现这一目标，必须考虑多个能量接收器（ERs）的功率转换效率（PCE）以及能量发射器（ET）的输出功率能力。本文提出了一种使用平面阵列天线中的多方向多正弦波形的多音调信号设计方法，该方法在保持ERs处较高的峰均功率比（PAPR）的同时，通过包络整形和相位偏移优化降低了ET处的PAPR。使用16通道数字波束成形系统的仿真和实验结果证实，所提出的方法提高了ER侧的PCE和ET侧的功率能力。在三方向MPT场景下，与传统连续波（CW）传输相比，所提出的方法使用双音调信号将中央ET元件的平均PAPR降低了0.55 dB，在430 Ω和680 Ω负载下，ER侧的PCE分别提高了4.0%和5.6%。使用四音调信号时，在相同的负载条件下，其PAPR与CW相当，同时PCE分别提高了3.4%和8.4%。该方法还显示出在高发射功率下的非线性失真降低，从而提高了传输和接收双方的系统性能。

引言

无线功率传输（WPT）作为一种无需物理连接即可向远程设备输送能量的方式，受到了广泛关注[1]。在各种WPT技术中，微波功率传输（MPT）因其长距离能量传输的潜力而受到积极研究[2]。由于MPT涉及放大射频信号、通过天线长距离辐射信号以及在接收端将其转换为直流电，其固有的低效率一直是主要的研发挑战。为了解决这个问题，人们探索了多种技术来提高各个组件的效率[3]、[4]、[5]、[6]。此外，还采用了来自无线通信的先进信号处理方法来优化能量传输[7]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]。在这些方法中，多音调信号最近在MPT中引起了关注，因为它们能有效提高能量接收器（ER）的功率转换效率（PCE）[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]，并通过多波束成形实现多方向的同时能量传输[20]、[21]、[22]。