基于智能传输面的无线能量传输波束赋形优化

射频（RF）无线能量传输（WET）是为不断增长的物联网（IoT）供电的有前景技术，利用电源信标（PBs）实现。近期研究聚焦于能够支持大量天线的高效PBs架构。在此背景下，配备智能表面的PBs展现出广阔前景，使其能够实现物理尺寸较大的可重构阵列。针对这些优势，本文旨在最小化配备被动智能传输面（ITS）且搭载数字波束赋形馈送器的PBs的功耗，以为多个单天线设备充电。为准确建模PBs的功耗，我们考虑了功率放大器的非线性效应、ITS的控制功耗，以及馈送器至ITS的空气接口损耗。由于高功率放大器（HPA）、设备接收功率约束，以及由ITS相位 shifter 配置施加的单位模约束，所得优化问题高度非线性且非凸。为克服此问题，我们应用 successive convex approximation（SCA）技术，对迭代求解包含数字预编码器与相位配置联合优化的凸子问题。鉴于SCA对初始化的敏感性，我们提出一种确保初始化可行性同时平衡收敛速度与解质量的算法。我们将所提出的ITS装配PBs的功耗与采用数字与混合模拟-数字波束赋形的基准架构进行比较。结果表明，所提出的架构随RF链数量和ITS单元数的增长而有效扩展。我们还展示了非均匀ITS功率分布对波束赋形的影响，可使设备在常数孔径下从近场转至远场。