专栏：微波无线能量传输技术 2026(4)
微波无线能量传输技术通过电磁波形式实现能量的远程传送，能实现电子设备的灵活补能，在航空航天、物联网、工业4.0、智慧城市及无人工厂等领域展现出广阔的应用前景。高效能量转换、大功率器件性能提升、复杂环境下的电磁兼容等挑战，正驱动微波输能技术向更深层次的工程实践迈进。本专栏中，来自航天五院、四川大学、西安电子科技大学、江南大学等科研院所与高校的学者们贡献了高质量的研究成果，反映了我国在微波输能核心器件与应用方面的最新进展。衷心感谢各位学界与业界同仁对本专栏组稿工作的持续关注与大力支持！
【主编简介】
刘长军，四川大学教授，博士生导师，《太赫兹科学与电子信息学报》第五届和第六届编委会委员，IEEE MTT-S无线能量传输技术委员会委员，IEEE Journal of Microwaves主题编辑。长期从事微波技术领域的教学和科研工作，在微波无线能量传输方向开展了大量的研究。担任中国电子学会微波专委会委员、电磁兼容专委会委员。获评“教育部新世纪人才”、“四川省学术技术带头人”等称号。主持国家自然科学重点和面上基金、国家基础科研重点项目课题等科研项目，获省部级科技进步一等奖。
李龙，西安电子科技大学二级教授，博士生导师，教育部“长江学者”特聘教授，陕西省杰出青年基金获得者，陕西省科技创新团队带头人，西电人才工作办公室主任，超高速电路设计与电磁兼容教育部重点实验室主任。长期从事电磁场与微波技术领域的教学与科研工作，致力于新型人工超材料的设计与微波功能器件及集成电路系统研究。已发表SCI学术论文200 余篇，授权国家发明专利50余项，入选2020~2025爱思唯尔中国高被引作者。担任中国电子学会微波分会副主任委员，IEEE AWPL、ACES Journal副主编，IET Fellow，IAAMFellow。
李杨，江南大学副教授，主要研究领域为氮化镓微波无线能量传输器件、单片集成电路及系统，并于国际上率先开展了GaN微功率微波整流的相关研究。主持/参与国家重点研发计划、江苏省重点研发计划、日本战略性智能与通信研发促进业务（SCOPE）项目及国家自然科学基金，相关领域累计发表论文40余篇，申请/授权专利30余项。
微波无线能量传输(MWPT)系统中，大功率高效率固态源的研究一直受到广泛关注。传统固态微波源采用级联放大器结构，而大功率压控振荡器(VCO)由单只放大器与反馈回路组成，具有设计电路简单，尺寸小且成本低的优势。本文对微波源的类型进行了分类概述，阐释了大功率压控振荡器在微波无线能量传输中的应用价值。回顾了大功率振荡器的设计历史，总结了大功率振荡器实现压控调谐的途径，给出了基本设计方法与建议，并对未来研究方向进行了展望。
氮化镓(GaN)凭借宽禁带、高电子迁移率、耐高温高压等优异特性，在微波无线能量传输(MWPT)整流领域展现出显著优势。本文综述了基于氮化镓器件进行微波整流的研究进展：首先介绍了氮化镓器件在整流中的应用形式以及电路拓扑结构；其次从高效率、宽输入功率范围、宽频带3个角度，阐述了多种改善微波整流器性能的方法与技术；最后展望了氮化镓整流器的未来发展方向。
提出一种新型单层双极化宽带紧凑型整流超表面，用于微波无线能量传输或环境能量收集。该设计由5×5单元阵列构成，每个单元采用多谐振结构直接连接整流二极管，无需匹配网络，即可实现宽带、高效能量收集与整流。仿真结果表明，该超表面可在2.82~4.37 GHz频带内能量收集效率实达80%以上，且角度稳定性超过45°。当输入功率控制在0 dBm时，该整流超表面在此频带内的射频到直流(RF-DC)功率输出总效率最高可达53%。实验测试结果证明，加工后的整流超表面在功率密度为0.78 mW/cm2时，2.75~4.0 GHz频带内的RF-DC总效率均大于34%，且最高可达45%，验证了设计方法的有效性。
微带相控阵天线在空间微波能量传输系统的应用前景广阔，但由空间环境带来的天线充放电问题值得关注。本文开展了表面镀膜与表面构型对介质表面二次电子发射调控的研究。结合实验研究发现，对微带天线表面进行磁控溅射陶瓷薄膜能够有效提升材料的二次电子发射系数(E2点)与高能段二次电子发射系数，证明了表面镀膜方法具有抗电子束辐照能力。在此基础上，以工作在X频段的微带天线为例，实验分析了表面处理加固方式对天线充放电效应的影响。结果表明，在电子能量为1~20 keV，束流密度为1~100 nA/cm2的表面带电环境下，加固后的微带天线介质材料受辐照后，介电常数变化范围降低72%，发生充放电效应的阈值提高40%，天线单元在大功率(峰值功率50 W)工作条件下，频率偏移为0.19%，辐射效率比为62.63%。
针对传感器节点频繁供电维护及信息传输问题，提出一种基于极化分集的整流超表面天线。在3.6 GHz频段利用垂直极化方向集成整流二极管实现微波无线能量收集，完成射频到直流的转化；同时在2.45 GHz频段采用水平极化进行传感器数据的发送。相较于传统整流天线，该超表面结构摒弃了阻抗匹配枝节，其单元尺寸仅为20 mm×20 mm×2.29 mm(0.16λ0×0.16λ0×0.02λ0)，工作在2.45 GHz和3.6 GHz频点的能量传输效率分别达到90%和96.6%，在输入功率为3 dBm时最高实现41%的整体效率，具备优异的电磁波吸收与辐射性能，具有小型化、集成度高、多功能的优点。实验验证了该超表面天线能够在实现对传感器供电的同时进行信息的发送，为构建未来智慧城市中自供电物联网(IoT)系统提供新的技术思路。
采用双极化缝隙耦合交叉馈电堆叠天线单元，设计了一种C波段的双极化宽带宽角二维扫描相控阵天线。该天线单元采用正交分层馈线方法将水平和垂直极化馈电分开，以非接触式缝隙耦合方式实现方形金属贴片馈电与低交叉极化特性，通过寄生贴片有效拓展了天线的工作带宽；基于镜像布阵方法，有效抵消天线单元间耦合，提高天线阵列的交叉极化特性；在天线单元四周引入金属屏蔽柱，降低了波束扫描时天线单元间的串扰，提升了波束扫描性能。加工制作了一件4×4相控阵天线样品，仿真和实测结果显示，该天线-10 dB阻抗带宽可达到1 GHz左右；在工作频带范围内，交叉极化低于-40 dB；在3.95 GHz、±60°波束扫描范围内，天线
随着物联网拓扑密度的增长，传统能量收集系统对输入功率波动敏感，难以满足复杂电磁环境下宽域功率能量收集需求。本文提出了一种集成SMS7630二极管的宽功率整流超表面，通过优化设计整流超表面(RMS)单元结构提供高阻抗，可与呈现非线性特征的整流二极管阻抗形成共轭匹配，平衡整流二极管在宽功率下的阻抗变化而无须使用外部匹配网络。全波分析与实验测试结果表明，所设计的整流超表面工作在5.8 GHz，适用于输入功率为-7~2 dBm的环境。基于5×5整流超表面阵列的实验测试表明，在该功率范围内，射频-直流(RF-DC)转换效率始终高于24%，并在2 dBm时峰值效率达到43%。
为建立准确的尾纤结构电磁模型并分析其对电缆串扰的影响规律，本文以编织型屏蔽线缆为对象，系统探讨了尾纤结构对线缆串扰的影响。首先，对编织层及其尾纤结构进行三维建模，通过全波仿真探究尾纤长度和数量对线缆串扰产生的影响；进一步设计实验方案，对不同尾纤长度和数量下的线缆串扰进行实测，测试数据与全波仿真结果误差小于2 dB。研究结果表明，所采用的几何建模结合全波仿真的方法能够较准确地模拟现实中的线缆串扰。在所研究的参数范围内，每增加一根尾纤，串扰强度降低5~7 dB；尾纤长度每增加1 cm，串扰强度增加2~4 dB。本研究验证了几何建模结合全波仿真用于尾纤结构串扰分析的准确性，为尾纤结构的电磁兼容分析与优化提供了有效手段。
