基于 MOSFET 控制电路的数值验证：用于无线能量传输的高功率智能反射面
应用物理
2026-05-05 v1
摘要
智能反射面 (IRS) 因其动态控制电磁波传播能力而引起广泛关注。虽然大多数现有 IRS 用于低功率通信和探测应用，但其扩展至高功率无线能量传输 (WPT) 环境仍鲜有探索，因为高电感电流可能损坏或饱和敏感的控制元件，导致其调谐功能失效。本文提出一种基于金属-氧化物-半导体场效应管 (MOSFET) 的二进制控制电路，用于 2.4 GHz 工作频率下的 IRS，该电路能承受每个单元单元超过 1 W 的输入功率。该控制电路采用背到背 MOSFET 开关拓扑结构，并配合串联和并联电容以抑制因器件非线性引起的阻抗变化，同时维持约 180 度的开/关状态反射相位差。我们建立基于传输线的理论模型，并用包含非线性 SPICE 器件模型的全波仿真进行验证。评估了相对于额定电流和反射相位差的动态范围，结果表明在 1.25 W 时仍可稳定工作。进一步通过远场仿真演示了超胞级波束定向，确认通过开关模式重新配置实现反射角的主动控制。这些结果为在高功率 WPT 场景下部署 IRS 奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2605.01683,
title = {Numerical Validation of a MOSFET-Based Control Circuit for High-Power Intelligent Reflecting Surfaces for Wireless Power Transfer Applications},
author = {Gakuto Ichikawa and Eisuke Omori and Atsuko Nagata and Akise Kumashiro and Kazuhiro Kizaki and Shunsuke Saruwatari and Hiroki Wakatsuchi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.01683},
year = {2026}
}
备注
17 pages, 13 figures