SSPWT文章推荐面向EMIMO方法的四端口S参数估算技术

文章导读

无线电力传输（WPT: Wireless Power Transfer）技术起源于20世纪初期尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）对于无线输电的探索。在特斯拉开启无线输电幻梦的百年后，人类正站在空间能源革命的临界点。随着空间太阳能发电构想的复兴，如何实现地空之间兆瓦级能量的高效传输，成为突破地球能源困局的核心命题。对于这类远距离、大规模能量传输系统，定向性高、效率高的能量传输技术至关重要。

在此背景下，天线阵列的波束成形（Beamforming）技术成为WPT系统中提高传输效率的关键手段。波束成形可以使射频能量在空间中集中传输到目标方向，减少功率分散，提升接收端的能量获取效率。传统的波束成形方法包括基于阵列因子的相位控制法（Array Factor）以及方向回溯控制法（Retro-Directive Array），广泛应用于无线能量传输系统中，但它们往往假设天线之间无耦合或需要复杂的补偿系统，难以灵活应对结构复杂、环境多变的WPT场景。

为了解决上述限制，近年来提出了E-MIMO（maximum Efficiency of Multiple Input Multiple Output system）方法。该方法基于系统的S参数(S-parameter)，通过优化发射端天线阵列的激励，使接收端获得最大功率。相较于传统的波束控制方法，该方法能够充分考虑阵列内部的相互耦合，实现更高效、精确的功率传输，具有更高的灵活性和广泛适应性。然而，该方法在实际应用中仍面临一项挑战，即系统S参数的获取通常依赖于全端口的测量或全波仿真，不仅过程繁琐，而且计算资源消耗大，特别是在多端口大型阵列系统中，获取完整S参数矩阵将极大增加时间成本与系统复杂度。

本文提出了一种四端口S参数矩阵的推测方法，旨在快速估算4端口系统的S参数，从而显著降低E-MIMO在实际系统中的应用门槛与运算负担，加速了E-MIMO方法在复杂阵列天线系统中的部署过程，也为无线电力传输（WPT）系统中的波束控制与功率最大化问题提供了新的解决方案。尤其是在面向空间太阳能发电等场景中，快速、高效地获取阵列系统的最优激励条件，将有助于提升系统整体的能量传输效率与实时波束重构能力。

摘要

作者简介

日本东北工业大学通信工程硕士研究生

目前主要从事无线能量传输，波束成形方法等方面的研究工作

日本东北工业大学教授

研究领域包括天线、微波与毫米波、电磁场数值分析法、无线电力传输等。现任IEICE无线电力传输研究专家委员会干事、天线与传播研究专家副委员长，IEEE MTT-S 杰出微波讲师（2024–2026），IEEE仙台分会秘书，IEEE MTT-S TC-25成员

京都大学助理教授，研究员

研究高功率微波无线电能传输。已发表了70多篇论文，赢得了包括IEEE MTT-S Japan Young Engineer奖、WiPoT奖在内的10多项荣誉,相关研究被BBC NEWS等国际知名媒体报道