具有非线性能量收集的多输入多输出无线功率传输的波束成形优化：射频合并与直流合并

本文研究多输入多输出（MIMO）无线功率传输（WPT）系统，以增强整流天线的输出直流功率。为此，我们考虑多接收天线下的整流天线非线性并重新审视之。对接收端多个整流天线的两种合并方案，即直流合并与射频合并，进行建模与分析。对于直流合并，我们优化发射波束成形（自适应于信道状态信息（CSI）），以最大化总输出直流功率。对于射频合并，我们计算出最优发射与接收波束成形的闭式解。此外，我们提出一种使用射频移相器与射频功率合并器的实用射频合并电路，并优化自适应于 CSI 的模拟接收波束成形。我们还解析推导出输出直流功率随发射与接收天线数量的缩放定律。这些缩放定律证实了在发射端或接收端使用多天线的益处。它们也突显出射频合并显著优于直流合并，因其更有效地利用了整流天线非线性。给出了两类性能评估，一类基于非线性整流天线模型，另一类基于真实且精确的整流天线电路仿真。评估表明，输出直流功率可通过在接收端使用多个整流天线线性增加，并且就输出直流功率水平而言，射频合并相对直流合并的增益非常显著，在单发射天线十接收天线设置下达到约 240%。