林先其 许冬冬 曾姜杰 樊勇

摘要微波输能技术（MPT）是实现远距离能量无线传输的主要方式之一，也是空间太阳能电站系统的核心技术之一.本文主要介绍了微波输能技术的国内外研究现状，并对微波输能技术的系统组成与关键技术做了分析，其中主要针对微波发射子系统与微波接收子系统两大模块进行了详细的讨论.最后，对微波输能系统技术所存在的问题以及未来发展的趋势进行了概括.关键词微波输能技术；空间太阳能电站系统；微波发射子系统；微波接收子系统

中图分类号TN011

文献标志码A

收稿日期

20161130

资助项目国家自然科学基金（61571084）；教育部新世纪优秀人才（NCET130095）

作者简介林先其，男，博士，教授，博士生导师，教育部新世纪优秀人才，主要研究方向为天线理论与技术、无线输能、微波毫米波电路与系统. xqlin@uestc.edu.cn

1电子科技大学电子信息工程学院，成都，611731

0 引言

1亿年前，数以万计的微生物、植物用千万年的时间收集太阳的能量并把其储存在大地深处，它们就是我们现在所使用的煤、天然气和石油.正是这千万年的积累才使人类在现代社会生活得如此舒适和富足.在过去的100年里，世界人口从17.5亿增长到70亿，超过20亿人移居到了城市，人类开始慢慢地步入现代化社会.以此同时，人类所需的能源也越来越多，现代社会正在快速地消耗着这些不可再生的能源.据资料显示，世界所剩下的石油储量仅够人类使用40年，天然气及煤炭储量则分别为55年和152年.21世纪面临着能源危机的挑战，急需寻求可持续发展的新能源来代替这些不可再生的能源，一方面解决能源短缺的问题，另一方面解决由于煤、天然气和石油等矿物能源使用所带来的环境污染问题.太阳能、风能、水能和地热能等新能源正在逐步被人类研究和利用，其中太阳能更是一种巨大、久远、无尽的能源.尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.75×1026 W ）的22亿分之一，但是已高达1.73×105 TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤.从某种程度上来说，地球上的风能、水能等能源均来自太阳能，即使是地球上的化石燃料（如煤、天然气、石油等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能.

近年來对于太阳能利用的研究越来越多，其中空间太阳能电站系统（Space Solar Power System ，SSPS）就是一种采集空间中的太阳能，并转为地球表面使用的系统.空间太阳能电站系统[1]如图1所示，它是将太阳能卫星放置在同步轨道或近地轨道，通过太阳能电池板持续接收空间太阳能并将其转化成电能，然后将电能转化成电磁能量通过无线能量传输的方式将能量输送到地球表面的接收系统.其中微波输能技术（Microwave Power Transmission， MPT）占到了主导性作用，它可以将能量以无线的形式进行大功率、远距离的传输，这为空间太阳能电站的充分利用提供了基础.相对于利用交通工具或高压送电设备等传统的能量传输方式，微波输能技术由于其独特的优点，它的应用领域也日益扩展，除了用于太阳能发电卫星计划之外，微波输能还可以应用于临近空间飞行器、微波驱动直升机、机器人供能及偏远地区的能量传输[2].

1 国内外的研究进展

1.1 国外的研究

1888年，基于麦克斯韦理论，Heinrich Hertz利用火花隙式无线发射机第一次用实验验证了无线电的存在.1899年，特斯拉就用实验验证了赫兹用无线电波传输能量的理论并提出了无线电能传输（Wireless Power Trasmission，WPT）的概念，如图2所示.图2a是特斯拉建造的巨大“特斯拉氏感应圈”[3]，这也是特斯拉首次尝试无线输能[4]（图2b）.随后他又领导建造了如图2c所示的Wardenclyffe Tower[4].最后由于资金不足，Wardenclyffe Tower未能彻底完成.

20世纪30年代末，磁控管和速调管的发明解决了高频源的问题，同时促进了WPT从低频向微波频率发展即MPT[5].基于第二次世界大战期间微波管的发展，美国人Brown[6]开始了MPT的研究和开发，他在1964年与美国雷声公司合作完成了MPT系统的实验，成功利用了S波段的MPT系统驱动直升机.安装在该飞机机身上的整流天线阵接收发射天线发射的射频能量，然后通过整流电路将其转换成直流，整个整流天线阵输出的直流功率为200 W.1968年，美国人 Glaser 发表了有关太阳能卫星的工作报告（S波段），它首先通过太阳能电池板获得太阳辐射的能量，然后通过微波源产生微波能量，最后通过发射天线阵列定向传送给地面上的大型整流天线阵.

1970年，马歇尔航天中心（MSFC）与雷声公司合作，不断提高整个MPT系统的效率.系统效率主要包括3个：微波源将直流变为射频的效率、发射天线的传输效率、接收端将射频转换为直流的效率，将这3个效率相乘就得到系统的总体效率.到1974年伴随着SPS的研究，MPT系统效率达到了54%左右，系统工作频率为2.446 GHz，整流天线输出直流功率为495 W，此效率被JPL（Jet Propulsion Laboratory）实验室的质保部认证为当时最高的MPT系统效率.如图3所示，1975年在JPL Goldstone的金星站成功地完成了MPT的演示.发射端是直径26 m的抛物面天线，接收端是3.4 m × 7.2 m的长方形阵列天线，收发端之间的距离是1英里.从速调管传出的2.388 GHz的微波有450 kW，整流输出的直流功率有30 kW（DC），整流效率是82.5%.

1980—1990年之间日本和欧洲少部分地区还有加拿大对MPT的研究较多、发展比较迅速.1980年加拿大提出了一种高空持续继电平台[7]（ Stationary High Altitude Relay Platform， SHARP），该平台能够实现无人操作，无需燃料，通过微波给轻型飞机供能，使其保持长时间飞行状态.在1987年，大小为原型1/8的SHARP由微波供能在150 m高空飞行了20 min，系统工作的频率为2.45 GHz，发射端采用抛物面天线进行发射，整流天线接收的功率密度可达400 W/m2，转换的直流能量为150 W，这种级别的直流能量可以使4.1 kg的飞机起飞（图4）.

1983年，在数值预测基础上日本進行了MINIX（微波电离层非线性交互实验）实验[8]（图5a），该实验MPT系统工作频段2.45 GHz，实验过程中对强微波束在电离层中的影响进行了评估和计算机仿真.1992年日本又进行了微波给飞机供能的实验（图5b），微波能量通过汽车上的固态相阵发射到飞机上，整个MPT系统工作频率为2.41 GHz.

20世纪90年代日本京都大学的RISH分别提出了相位控制磁控管[9]以及相位和幅度控制磁控管[10]，相位控制磁控管、相位和幅度控制磁控管系统工作的频率分别为2.45和5.8 GHz，这两项技术被应用于SPORTS（Space Power Radio Transmission System）2.45和SPORTS 5.8[11].如图6a所示，SPORTS 2.45由3个子系统组成，分别是太阳能电池板提供直流输入，相位控制磁控管的相控阵作为微波发射器以及整流天线接收阵.太阳能电池板提供8.4 kW的直流能量给微波发射器，相位控制磁控管的相控阵通过磁控管将直流转化成射频发射出去，整流天线阵接收到2.45 GHz的射频功率为4 kW.SPORTS 5.8（图6b）的结构组成与SPORTS 2.45类似，不同的只是内部的结构以及器件工作的频率.SPORTS 5.8的发射模块由288个天线组成，发射功率为1.26 kW，整流天线的单元最大RF-DC效率为71.8%，输出直流功率为100 mW，最佳负载为200 Ω.

NASA在日本的实验成功后也开始重新考虑大型SSP系统的研究与发展.2000年，NASAMSFC领导了“SSP科学探索研究与技术”项目，该项目对于Glaser之前提出的许多问题进行了诸多探讨，主要包括社会经济的评估、能源需求、环境影响以及法律问题.随着美国对SSP的再次关注以及日本和其他国家研究者的持续研究，SSP的发展趋于平稳.2001年法国国家科学研究中心在留尼旺岛搭建了一个点对点的无线能量传输系统，点亮了40 m外的 200 W灯泡，并成功将 10 kW 的电能输送到谷底的村庄[12].2003 年美国宇航局 Dryden飞行中心提出了室内激光驱动飞机模型，年底 SAE 展览会上美国一家公司展出了微波充电汽车.2007 年曼彻斯特技术研究团队（MIT）根据电磁共振原理，进行了相距2 m，收发2个线圈半径为 60 cm无线能量传输系统的实验，并点亮了 60 W 的灯泡，效率为40%.2008年 INTEL 又重新做了 MIT 的实验，以更短的距离点亮灯泡，效率达到 75%.2012年美国洛克希德马丁公司发明了激光无线充电系统，该系统成功为无人侦察机供电.

1.2 国内的研究

国内微波输能的研究较晚，1994年林为干院士首次引入微波输能的概念，然后中国科学院电工研究所研究了微波输能系统中的各种关键技术，并分析了磁悬浮列车微波无线供电系统的可行性[13].1998年电子科技大学李中云采用时域散射参数法对整流天线进行了理论分析，并仿真验证了二极管SPICE参数、输入功率、整流效率之间的关系[14] ；随后电子科技大学李乐伟教授、樊勇教授以及林先其教授对不同功率下的微波能量传输进行了各种创新设计与实验.2009年，四川大学在某飞行训练机场进行了微波输能演示实验，其中发射端为平面天线，接收端为接收整流天线阵列，实现了200 m距离的微波输能实验.这是国内较早采用大规模阵列天线的长距离微波输能的外场实验.黄卡玛教授还分别在2009年和2013年提出了微波化学反应装置的微波能量传输方法[15]和一种多路注入锁定磁控管相干功率合成的微波源[16]，并对微波输能技术进行了较为深入的研究.上海大学自从1998年开始，在国家自然科学基金等项目的支持下，对MPT系统的关键技术做了比较系统和深入的探索，在国内较早实现了对管道机器人的微波输能[17].其中上海大学的杨雪霞对接收整流天线阵进行了模型的分析，对整流天线的串联、并联和串并联混合组阵进行了讨论[18].虽然我国对微波输能系统中的关键技术进行了一些较为深入的研究，但是大功率远距离的无线输电方面实验项目还是太少.

2 微波输能系统组成

微波输能系统主要由微波发射子系统、微波接收子系统及空间传输三部分组成，具体电路由微波发射机、发射天线阵、接收天线阵和整流电路4个分部分组成.其中，微波发射机主要包括信号源和功率放大器两部分；整流电路包括整流单元以及直流合成网络两部分.整个演示系统[19]组成如图7所示.

目前微波输能系统使用的频率主要有2.45以及5.8 GHz，采取这些频段进行能量传输是综合考虑了受大气影响情况、链路传输效率、系统规模以及技术成熟度等方面的因素.随着元器件技术以及加工工艺的不断发展，微波输能系统的工作频率可以提高到 35 GHz甚至更高，从而使系统的质量和体积大大减小.

2.1 微波发射子系统

微波发射子系统由微波功率源和微波发射天线两部分组成.微波发射子系统的效率是由微波功率源的直流转化成射频的效率和微波发射天线的辐射效率相乘而得到的.其中微波功率源使用的器件有产生微波的真空管和固态器件两大类，微波真空管分为磁控管、行波管和速调管3种，而固态器件又分为半导体器件和混合器件.目前研究表明在2.45和5.8 GHz微波输能系统中磁控管的直流到射频的转换效率最高可接近90%，同时磁控管的成本较低，所以磁控管是目前微波输能系统中使用最多的直流到射频的转换器件.其他类型的器件在大功率输出以及频谱控制方面也具有相对的优势，所以根据实际情况的需要，这几类剩下的器件在特定的情况下也会发挥很大的作用.对于35 GHz甚至更高频段的这些器件正在不断地进行探索研究，但是目前尚不具备非常成熟的技术.微波源中直流转化成射频之后为了增加发射功率，有时候会加入功放，GaN功放[20]由于其效率高并且能够承受的功率非常大，所以得到了不断的发展研究，并且理论预测表明，其效率高于GaAs功放.

微波发射天线阵进行正常的工作需要具备两个基本的功能：1）具有方向跟踪定位功能，若接收天线是随设备移动的，则发射天线阵必须能够对移动的设备进行实时的波束跟踪，从而完成射频能量的传输；2）将磁控管转换的微波能量尽最大可能辐射给接收天线的接收角Ω区域内，也就是发射天线阵必须具备高聚焦能力.第一个功能可以通过给微波发射子系统增加波束回溯控制[2125]实现，文献[2124]中的波束回溯控制基本上都是通过一个编码好的导频信号来实现的，这个导频信号由接收端反馈的来波所得.假设一个N单元的二位发射天线阵，位于（xn，yn）（n=0，…，N-1）处的单元接收到发射端反馈回来的导频信号电压为γn，n=0，…，N-1，该信号的相位为∠γn=χn，n=0，…，N-1，则文献[23]中所提到的相位共轭的方案可大致分为以下3步：

1）计算导频信号的相位（∠γn=χn，n=0，…，N-1）；

2）计算每个单元所接收到的导频信号相位与系统自带的参考本阵的相位（χ^）的差值：Δχn=χn-χ^，n=0，…，N-1；

3）给第n个单元的馈电相位为φn=-Δχn，n=0，…，N-1.

通过相位共轭方案处理后，发射天线阵就能够通过导频信号来自动跟踪移动的接收设备.第二个功能就是要通过调节天线阵的馈电，设计最合适的网络来实现最佳的聚焦能力[2628].

在文献[29]中，一个由256个单元组成的5.8 GHz的相控阵天线如图8a所示，输出的射频功率为1.5 kW.该相控阵天线通过旋转电场矢量的方法（REV）来实现天线电场的计算并通过软件回溯系统来控制对接收部分的跟踪，对接收部分的跟踪误差可以实现小于0.1°.文献[23]中设计了一个小规模由2个子阵组成的MPT天线，每个天线单元由微带贴片切去边角实现圆极化，该阵的工作频率为5.8 GHz，传输功率为40 W，由于结构简单，所以跟踪的角度只有±5°.

现阶段大多数的MPT发射天线阵都是基于均匀馈电的方案[3034]，在文献[3132]中就运用了均匀加权辐射模块实现了大的辐射结构，从而能够将20 W的射频功率传输150 km.相同的设计思路也运用在文献[30，34]，如图8b所示.在文献[30]中发射天线阵由5个均匀馈电的喇叭天线组成一个相控阵天线，传输的功率为4 W.该相控阵工作在5.8 GHz，同时在旁边增加了导频信号的收发天线，导频信号通过后台的计算机处理，从而控制相控阵的波束对移动的微型飞行器进行跟踪，在方向位上的跟踪最大误差为1.97°，横向上的跟踪最大误差为1.79°.在文献[34]中验证了有源相控阵和有源集成相控阵作为微波输能的发射天线阵的可行性，图9a所示为4×8的一个有源相控阵，该发射天线阵的发射功率为120 W，接收天线装在一个移动的小车上，该车的驱动平均功率需要4 W，发射与接收端的平均距离为25 m并且通过安装在接收端的超声波系统来进行定位；图9b所示为8×4的一个有源集成相控阵，该发射阵模拟了无线通信和功率传输，发射5.8 GHz的载波携带了2 Mbps的MSK调制信号.

2.2 微波接收子系统

微波接收子系统中最重要的就是整流天线的设计，高效率的整流天线是微波输能的关键技术之一.尽管之前大部分对于整流天线的研究都是对单个整流天线的研究[3335]，但是由于单个整流天线输出的直流功率较小，而往往现实中所需要的是大功率远距离的传输，所以近年来对于整流天线的组阵也越来越多[3540]，只有通过很多的整流天线阵的组合才能满足现实中对于大功率的需求.

整流天线由接收天线与整流电路两部分组成，整流电路中整流二极管性能是决定整流效率的关键因素.20世纪70年代，由于金属半导体结的重复性较好，肖特基二极管逐渐取代了点接触式半导体二极管，并且肖特基二极管可以达到的整流效率接近80%～90%.对于整流二极管的选择十分重要，因为整流二极管自身的性质对整流效率的影响非常大.在查找整流二极管的类型时，必须选择寄生串联电阻、零偏置电容较小以及反向击穿电压较大的整流二极管，这样的整流二极管的整流效率相对而言会更高.当然在实际中需要运用专业软件（ADS）对整流电路进行仿真设计，对整流电路的输入功率、负载值、源内阻等参数进行综合考虑才能得到整流电路最佳的整流效率.

接收天线的形式也多种多样，常见的有微带贴片天线、偶极子天线以及其他形式的天线等.接收天线的极化方式大致分为线极化和圆极化.图10是整流天线的组成框图，首先通过接收天线接收空间的射频信号，然后通过带通滤波器（对于2.45 GHz的系统通带就包括2.45 GHz，对于5.8 GHz的系统通带就包括5.8 GHz，以此类推）将天线接收的基频信号输入到整流二极管上进行整流，带通滤波器还有一个作用反射二极管的高频信号到整流二极管，使这些高频信号继续进行多次整流.低通滤波器可使整出的直流信号通过，同时将基频和基频以上的谐波反射回去进行多次整流以提高整体的整流效率.

文献[41]设计了一个电感补偿的整流电路，通过电感补偿电路中的电容使失配更小从而提高整流效率，在9 dBm的输入功率下最佳的整流效率为86.7%.文献[42]设计了一个5.8 GHz圆极化双菱形环的整流天线，4×1的高增益右手圆极化双菱形环天线和反射面设计为接收天线，圆极化增益为14.6 dB，3 dB轴比带宽为7%，整流天线的效率达到了82%.文献[43]设计了一个2.45 GHz的圆极化微带贴片天线，天线的10 dB回波损耗带宽为300 MHz，3 dB轴比带宽为30 MHz，最高的整流效率为37.8%.文献[44]设计了一个宽带谐波抑制的整流天线，该天线具有较好的高次谐波抑制，在输入功率10 dB下的最佳效率为70.2%.文献[45]设计了一个高功率的整流电路，该整流电路首先将射频信号通过耦合器分成4路进行桥式整流，然后通过串联和并联的方式将获得的直流能量合成起来，在920 MHz的时候串联的整流效率为62%，并联的整流效率为76%，并通过这个整流电路给手机進行了充电实验.文献[46]设计了一个6频带的双圆极化天线，6个频带分别为550、750、900、1 850、2 150和450 MHz这些数字电视、LTE/4G、GSM900、GSM1800/4G和WiFi的频段，接收天线为蝴蝶结形自互补对数周期交叉偶极子天线，通过90°相位差馈电实现圆极化，最大的整流效率为67%.文献[47]设计了多种整流电路，并做了简单的微波系统的演示，最佳的整流天线效率为80.78%.表1中列出了一些不同频率、不同接收天线形式，以及不同输入功率情况下，整流天线单元的输出功率（或电压）和转换效率，其中输出功率（或电压）和转换效率均是最大值.

现实需求中需要大功率远距离的传输，上述所描述的整流天线大多数都是单个的整流天线单元，每个单元的输出直流功率大都在100 mW以下，即使组阵也是很小的阵，比如在文献[50]中组的就是3×3的小阵.当我们要求的输出直流功率为几百瓦或者几千瓦的时候就必须组成一个很大的整流天线阵.图11给出了整流天线阵的常规设计的几种方案.

整流天线组阵的第1种方案如图11a所示.首先对天线进行组阵，然后再将天线阵接收到的射频信号通过射频合成集体进行整流，但是这种方案对整流电路要求太高.由于合成的射频功率较大，所以必须要求整流二极管的耐压值要高，但是实际中的整流二极管的耐压值是有限的，而且随着耐压值的增高，电容必定会增大，这样必然会引起整流效率的降低，所以这种方案只能适合中功率的整流，不适合大功率远距离的传输.第2种方案如图11b所示.首先组成一些整流天线的子阵，然后再将这些子阵作为一个单元再进行组阵，这种方案就要比第1种要灵活得多，对整流二极管的要求也不那么高，输出的直流功率也比较大.第3种方案如图11c所示，就是通过串并联、串联并联混合组成子阵的方式进行整流天线的组阵，该方案比第2种更加灵活，与第2种组成的子阵不同，这种方案组成的子阵可以通过单个整流天线随意组合，是目前采取的最为普遍的方案，其组成的超大阵输出的直流功率可以达到几百瓦或者几千瓦，满足实际的需求.

文献[54]分析了2种不同的整流组合的性能，一种是首先进行天线组阵，也就是第1种方案，另一种是先单个天线整流然后进行直流合成.分析结果表明2种方案的好坏可以通过单元个数、射频组合效率、直流组合效率等因素进行估算.实际中我们可以通过这些因素选择较好的一种组合方案，从而达到最佳的直流输出.文献[55]分析了在组成超大阵的时候串并联连接方式对组阵后的直流输出功率的影响，该分析方法是将每个整流天线等效为一个等效源加上源内阻然后外接负载，再分析此模型通过串并联或者串联并联组合的方式得到的效果，这种方法在理论上给出了一个组阵方案的参考，但是实际中的每个整流单元都不同，所以实际效果还得通过实验进行验证.

文献[56]设计了一个超大的整流天线阵，总共有2 304个整流天线单元，整流天线阵的大小为3.2 m×3.6 m，最大的直流输出接近600 W，整体的整流效率接近50%.文献[57]设计了一种新型的整流天线结构，这种结构很适合进行整流天线的组阵.文献[58]也设计了一种新型的整流天线结构，这种结构与文献[55]中的整流天线结构具有很大的相似之处，也很容易实现整流天线的组阵.文献[59]设计了一个整流天线阵，这个天线首先是将16个整流天线单元组成一个子阵，然后将这样的16个子阵再次组成一个大阵，整个大阵的整流单元个数为256个.由于实验时输入整流天线阵的射频功率较低，所以最后总的输出直流功率接近600 mW，效率为60%.文献[60]设计了一个微带偶极子整流天线阵，该整流天线阵具有32个整流天线阵单元，在发射功率为1 257 mW的情况下得到的直流功率为210 mW，系统整体的效率为16.7%.文献[61]设计了一个垂直堆叠的整流天线阵，总共堆叠了4层，每层上都有16个整流单元，实验结果表明4层堆叠得到的直流功率是单层的5倍.这种堆叠的设计可以将整流天线阵实现三维的组阵，可以有效利用空间.文献[62]将频率选择表面与整流天线进行了综合的设计，该混合设计可以运用在实际环境中，最后实验用的是4×3的一个整流天线阵.表2给出了一些研究计划及其整流天线阵列研究成果.

3 微波输能的未来发展

能源危机是21世纪人类必须要面对的问题，微波输能技术由于可以对太阳能进行很好的利用而得到了国内外积极的研究，但是，目前只有一些高校以及研究中心的MPT实验系统，而没有实际商用的MPT系统.阻碍微波输能实际应用的原因主要有以下几点：

1）MPT的整体传输效率低下，能量扩散损耗以及热损耗严重，进而也导致了单位能量的传输成本昂贵.微波发射子系统中的DCRF以及发射天线阵的发射效率这两部分效率已经达到了90%，微波接收子系统的整流天线的效率也能达到70%甚至更高，但是制约整体系统效率的还是空间传输.目前超远距离传输时的空间传输效率很低，有时甚至只有百分之几，所以提高空间传输的效率是提高MPT整体系统效率的关键.

2）微波发射子系统对于移动接收端的精确定位能力有待提升.实际应用环境复杂，传输对象的移動无规律，对于移动的接收设备进行精确定位是实现MPT技术的基础，而目前对于移动接收端的定位研究还远远不够.

3）整流天线阵的大规模共形化技术有待提升.实际中需要充电的设备如飞行器并没有给整流天线阵的安装提供很好的安装区域，这就需要接收的整流天线阵能够进行共形，以期能够实现更大面积的接收微波能.

4）MPT系统中泄露的能量会对临近的通信、雷达等无线系统产生干扰.规划中的空间太阳能电站，其发射功率至少在兆瓦级别也即60 dBW以上，而常规天线阵列设计其副瓣电平抑制仅为40 dB，也即其泄露功率为百瓦（20 dBW）级别.纵然是按照有文献报道的实验极限值75 dB的副瓣电平抑制，其泄露功率也有30 mW以上（-15 dBW），远大于现有通信系统的常规接收信号功率值.再则，若是对移动接收端进行跟踪充电，其泄露控制能力会进一步降低.

5）大功率微波传输对环境以及生物的影响需要进一步分析与研究.随着无线系统的不断增加，电磁污染已越来越多地受到人们的重视，而对于微波能量传输系统，其功率级别比之通信系统更高，更会引起人们的恐慌心理.另外，大功率微波对自然界中的各类生物也会产生多种影响，如微波热效应以及生物电效应等.这些也需要进一步研究并提供相应的对策.

针对空间传输效率低下以及接收整流天线的共形问题，国内外专家提出了分场景的不同频段微波能量传输技术，如在太空以及近距离场景下采用毫米波段，以期利用相同口径更高增益的天线收发来提升空间传输效率并实现更好的共形设计.针对动目标的能量传输，则可以通过尝试通信以及雷达系统中的高定位技术包括方向回溯技术等，快速实现目标的跟踪定位与能量传输，甚至可以采用能量传输与通信的异频同时工作或者分时同频工作等.针对MPT系统的微波泄露干扰问题，则可以通过特殊的副瓣电平综合技术或者是寻求对电磁干扰要求不高的工作场景来实现.关于微波对人类以及地球上生物的威胁问题，日本正在寻找大片森林区域布置MPT接收点进行实验验证.

微波输能技术作为一种特殊而通用的技术，其应用领域越来越广泛，如太阳能发电卫星、临近空间飞行器、微波驱动直升机、机器人供能及偏远地区的能量传输，甚至是智慧城市的多用途电子设备供电等.因此，针对大功率MPT，建议制定三步走发展战略[67]：

第一步（10年）：尝试多种频段的多场景微波输能共形技术研究，在地面建立中远距离的高功率微波输能实验平台，对各关键部件以及技术进行攻关.

第二步（10～20年）：形成特定的微波输能标准包括可用频段，运用特定的MPT频段从地面对移动目标进行高功率微波输能实验；开拓出多种应用领域包括地地、地空、空空能量传输，引导MPT技术的商用化发展.

第三步（20～30年，最终目标）：实现地地、地空、空空的微波输能网络构建，包括空间太阳能电站.

相信未来我国微波输能技术的研究必将极大促进国民经济的建设以及能源结构的改善.

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