《太赫兹科学与电子信息学报》2025年第5期专栏征稿 主题:微波无线能量传输技术

微波无线能量传输技术在航空航天、物联网、工业4.0等领域具有良好的发展前景和应用潜力。无线能量传输技术有望摆脱电缆的束缚,通过微波的方式进行能量的无线传输,实现电子设备的灵活供电,同时还可以进行信息传递。微波无线能量传输技术为未来的智慧城市和无人工厂提供了无限的动力。

《太赫兹科学与电子信息学报》2025年第5期专栏征稿主题:微波无线能量传输技术

微波无线能量传输技术在航空航天、物联网、工业4.0等领域具有良好的发展前景和应用潜力。无线能量传输技术有望摆脱电缆的束缚,通过微波的方式进行能量的无线传输,实现电子设备的灵活供电,同时还可以进行信息传递。微波无线能量传输技术为未来的智慧城市和无人工厂提供了无限的动力。

空间太阳能电站及其对微波无线能量传输技术的需求

1968年由Peter Glaser博士提出的空间太阳能电站(SPS)概念作为未来最有前景的能源方式之一,正在获得更多的关注。世界上已经提出许多的发展计划,并且已经研究了几十个典型的空间太阳能电站概念。无线能量传输是空间太阳能电站概念的基础,是决定空间太阳能电站效率、尺寸、重量的重要影响因素之一。同时,空间太阳能电站也是无线能量传输技术的最重要的应用方向。文章在空间太阳能电站的发展背景和典型概念方案介绍的基础上,分析了空间太阳能电站对于微波无线能量传输技术的需求,提出未来的发展建议。

航天器间微波无线能量传输技术研究

微波无线能量传输技术在宇航领域具有广阔的应用前景,利用该技术可以将能量传递到各模块航天器,解决能源问题对卫星功能和性能的限制。在理论分析微波无线能量传输技术的基础上,提出系统设计方案,突破能量传输总体设计技术,探索影响能量传输效率的关键因素,寻求提高能量传输效率的有效方法,为航天器间无线能量传输技术逐步从理论研究转变为实际应用奠定基础。

模块航天器间微波无线能量传输技术应用前景及发展建议

无线能量传输技术在宇航领域的应用具有特殊的意义,它可以通过微波或激光,在日食时向卫星短时间供电,解决能源问题对卫星功能和性能的限制。文章在剖析微波无线能量传输机理与特点的基础上,综合国内外相关技术发展现状,展望该技术在航天领域的应用前景,分析关键技术并提出相应的发展建议。

日本空间微波无线能量传输技术概述

未来建立空间太阳能电站而大规模开发利用太阳能,将有希望解决人类的能源危机。而空间微波无线能量传输技术是空间太阳能电站实现的关键技术。介绍了在空间微波无线能量传输技术领域处于国际领先地位的日本技术研究情况,主要是日本宇宙航空研究开发机构(JAEA)、日本不载人空间实验系统研究开发机构(USEF)和三菱电机公司的空间微波无线能量传输技术研究现状,并探讨了其对国内未来发展空间无线能量传输技术的启示和建议。

分块式空间望远镜无线大功率高效能量传输技术研究

针对分块式空间望远镜主镜的电能供应需求,解决传统有线传输方式难以接线、接口复杂等多种问题,依据主镜指标要求以及主镜装配流程,提出了一种用于可组装空间望远镜主镜系统的近场无线能量传输总体方案,建立无线能量传输系统模型,分析了影响系统传输效率的重要参数,并对关键参数对传输功率及效率的影响进行了仿真分析,所设计的磁耦合机构可满足可组装分块式空间望远镜主镜无线能量传输对功率、效率及传输距离的需求,最后通过仿真与实验装置验证,结果表明所提出的近场无线能量传输方案与线圈设计具有传输功率大、效率高的特点,解决了空间望远镜分块式主镜系统的能量供应问题。

《太赫兹科学与电子信息学报》2025年第5期专栏征稿主题:微波无线能量传输技术

微波无线能量传输技术在航空航天、物联网、工业4.0等领域具有良好的发展前景和应用潜力。无线能量传输技术有望摆脱电缆的束缚,通过微波的方式进行能量的无线传输,实现电子设备的灵活供电,同时还可以进行信息传递。微波无线能量传输技术为未来的智慧城市和无人工厂提供了无限的动力。为进一步促进微波无线能量传输技术的研究,提出新理论、新技术、新方法,促进微波无线能量传输技术相关联领域的相互交流和学习借鉴,《太赫兹科学与电子信息学报》计划推出“微波无线能量传输技术”专题栏目,现特向广大专家学者征集符合该专题方向的原创性研究论文及综述,旨在集中反映该领域最新的研究成果及研究进展。

用于微波无线能量传输的无衍射电磁超表面设计

微波无线能量传输作为一种远距离能量传输技术受到广泛关注,但是电场随着距离增加会快速衰减。为了减缓电场衰减趋势,提高接收端功率,文章推导出了用于产生无衍射波束的相位计算表达式。另外,设计了一款相位覆盖360°,传输系数优于-3dB的相位控制单元,并利用该单元设计了一个口径为500mm的超表面。仿真和实测数据显示,在加载电磁超表面后,电场明显增强,能量更加集中。微波无线传输实验结果表明,在发射总功率为36dBm时,相较于无电磁超表面情况下,接收端接收的能量最大可以提升9倍之多,证明了设计出的电磁超表面助于提高微波传能系统的传输效率。

基于微波无线能量传输多径效应的多角度超表面能量收集器

文中深入研究了基于微波无线能量传输技术的多径效应及其对多角度超表面能量收集器的性能的影响。首先,概述了微波无线能量传输技术的基本原理与发展现状,随后详细讨论了超表面结构在多角度能量接收中的应用。通过理论分析与仿真实验,文中提出了一种优化的超表面设计方案,以提高能量收集效率。实验结果显示,该方案能显著提高多角度超表面能量收集器在复杂传播环境下的能量收集性能,不仅为超表面能量收集器的设计提供了新的视角,也为未来无线能量传输技术的发展提供了理论参考。

应用于微波无线能量传输系统的发射波束技术

概述了微波无线能量传输系统的研究现状及其基本原理,从可提高波束能量的一些特殊口径场以及先进的天线技术角度,分别按Whisper波束、超增益天线、平顶波束、聚焦天线技术、非衍射天线进行介绍。最后对微波能量传输系统中发射技术的未来发展趋势进行了展望。

微波无线能量传输功率放大器效率提升的设计方法研究

针对用于微波无线能量传输系统中的微波功率放大器高效率需求,文章提出了一种提高功率放大器功率附加效率及输出功率的设计方法。通过功率放大器内部的功率流向统计,分析了反馈电容通道对高频功率放大器效率损失的影响,进而提出在栅极-漏极之间引入反馈谐振网络,提高晶体管内部漏极到栅极反馈支路的阻抗,减少产生的功率流向内部漏极到栅极支路,降低晶体管内部通道的功率损耗,从而保证在产生的总功率保持不变的前提下,增加了流向负载上功率,实现微波功率放大器输出功率的增加和功率附加效率的提高。验证电路仿真结果表明,功率放大器在5.78 GHz~5.82 GHz频率范围内功率附加效率均高于70%,漏极效率优于80.5%,输出功率高于10.5 W。证明了该方法在提升功率放大器效率方面切实可行,研究成果对提高应用于微波能量传输系统的功率放大器效率提供有力支撑。

基于频率控制的封闭腔体微波无线输能技术

随着航空航天技术的快速发展,封闭腔体内的无线能量传输(Wireless Power Transmission,WPT)技术开始受到广泛关注.基于频率控制的WPT技术,可实现对电大封闭腔体(103×λ3)内的多方位传感器进行可控和高效的无线充电.电大腔体内的电场分布对频率的变化敏感,利用频率变化实现对封闭腔体场分布控制.实验结果表明,在S波段的1 m3腔体最高WPT传输效率为96.6%.设计的宽带整流电路实测整流效率最高为80%,整流效率高于50%的带宽为1.65 GHz.在2.401~2.495 GHz频段实现控制双接收机的不同工作状态,展现其在航空航天器等封闭空间中为传感器无线供电的应用前景.

用于微波无线能量传输的高效率惠更斯超表面透射阵

设计了一款工作在5.8 GHz用于微波无线能量传输的双层惠更斯超表面透射阵天线。惠更斯单元由一对1 mm厚的反对称E形单元构成,同时实现360°相位控制和高传输幅度(-0.82 dB)。该设计突破了传统双层频率选择表面的限制,同时提高了透射阵的辐射性能。透射阵尺寸为380 mm×380 mm,实测结果表明透射阵增益达到26 dB,口径效率为58.7%。在微波无线能量传输外场实验中,测试距离达到18 m,加载透射阵后,接收功率最高获得8.3 dB的增幅。

电磁耦合式无线能量传输技术在空间大功率导电旋转关节的应用

空间大功率导电旋转关节是平台式空间太阳能电站中的关键部件,用于实现电池阵对天线阵的电力传输以及对日跟踪功能。传统的接触式导电旋转关节采用电刷滑环的方式进行功率传输,存在机械磨损以及容易导致空间放电等问题;磁耦合式无线能量传输技术是一个代替传统滑环式输电方式的很好选择。文章在现有空间导电关节技术分析的基础上,提出了一种基于电磁耦合式空间大功率导电关节的方案并进行了初步的设计,该方案可以满足空间太阳能电站的长寿命和高可靠性的需求,可作为未来空间大功率电力传输技术的新方向。

不降落也能充电 微型无人机的微波无线能量传输技术

东京大学研发了一套微波无线能量传输系统，用于为正在盘旋飞行的微型无人机充电（图1）。这种能量传输方式应用前景广阔，例如灾区地面坎坷不平，起降非常不方便，当无人机电池电量太低时，可以返回地面站上空，围绕着地面微波发射器盘旋飞行，接收微波的能量为电池充电（图2）。

耦合谐振式无线能量传输技术发展现状研究

无线能量传输(WPT),这是一种非接触式的电能传输方式,具体是指用发射将电能转换为其他形式的中继能量,再以接收器进行接收并转换为电能,这样便可在无线的情况完成电能的传输。由于用电设备与电源之间是以无线的方式相连接,从而增大供电的安全性。鉴于此,本文重点对耦合谐振式无线能量传输技术发展现状展开研究。

用于微波无线输能的高增益柔性天线研究

为克服传统有线供能方式的接入不便问题,提出了一种用于5.8 GHz微波无线输能(MWPT)高增益柔性天线。天线以聚酰亚胺(PI)为基底,采用广义迭代设计方法得到3层圆环结构,并选用共面波导(CPW)方式馈电。此外,为提高天线增益,在天线背面加载空气层和柔性反射板,并对天线性能进行了测试。测量结果显示:该天线在频率5.8 GHz处的峰值增益为9.51 dBi;当天线弯曲在曲率半径为85,60,45 mm时,增益始终保持在8.89 dBi以上,S_(11)幅值始终小于-10 dB。最后,通过微波无线输能实验测得该天线最大能量捕获效率可达71.3%,在弯曲状态下也能保持59%以上的捕获效率。该天线的高增益、高能量捕获效率以及稳定性证明了其在微波无线输能中具有潜在的应用价值。

人体植入式设备的中场无线能量传输技术

便捷有效的为人体植入式设备提供能量促使科技人员不断探索新的无线能量传输技术(WPTT),中场无线能量传输技术(MWPTT)是无线能量传输发展过程中最新的一种方法,与传统采用线圈的磁感应和磁共振耦合的方法相比,能量传输工作频率从兆赫兹频段提高到吉赫兹频段,使得植入式设备的尺寸由厘米级缩小到毫米级,在满足人体比吸收率(SAR)标准的同时提高了能量传输效率和穿透深度。在此总结MWPTT的发展进程,首先介绍了 MWPTT的模型假设和理论依据,然后从中场系统最优源的模型分析、物理实现以及应用效果等方面综述了 MWPTT的研究水平,最后对MWPTT的发展前景进行了展望。

一种高效率微波无线能量传输系统

微波无线能量传输技术是一种新的能量传输方式,在太阳能电站、深空探测等领域具有广阔的应用前景。基于目前微波无线能量传输技术国内外发展现状,理论分析微波无线能量传输系统关键技术,提出微波无线能量传输系统设计方案,完成微波无线能量传输系统各关键分机研制,搭建试验系统并完成试验测试,测试结果表明,当传输距离为12米时,系统DC到DC的传输效率达到16.5%。