具有简化射频链的多波束混合波束成形系统，用于微波能量传输

《Energies》：Multibeam Hybrid Beamforming System with Reduced RF Chains for Microwave Power Transfer

　　

摘要

本文提出了一种用于微波功率传输的多波束混合波束成形架构，该架构可通过较少的射频链路为多个接收器实现无线能量传输。所提出的架构将波束控制分为水平和垂直两个维度，其中水平方向的多波束是通过数字预编码在基带生成的，而垂直方向的波束方向则由基于巴特勒矩阵的模拟波束成形器来控制。具体而言，通过为不同频率分量分配不同的相位权重，利用多频信号实现多波束传输，从而使波束能够指向不同方向；同时，基于巴特勒矩阵的模拟波束成形器则负责实现垂直方向的波束操控。与全数字波束成形技术相比，这种混合波束成形架构能够在使用更少射频链路的情况下实现水平方向的多波束形成，从而降低硬件成本和系统复杂度。为验证该架构的可行性，研究人员设计并制作了5.8 GHz原型机。实验结果表明，在30.57 dBm的发射功率下，该系统可以实现三波束和四波束传输；在1米的距离上，单波束情况下的平均接收射频功率为12.11 dBm，而三波束和四波束情况下，每束波的平均接收射频功率分别为7.3 dBm和6.1 dBm。在430 和680 的负载条件下，三波束和四波束情况的平均功率转换效率分别高达38.77%和35.05%。这些结果证明了同时实现多波束无线能量传输的可行性，也表明该技术有望成为一种能够在减少射频链路需求的同时满足多接收器传输需求的有效解决方案。