哈工大电信学院祁嘉然教授团队开发出紧凑型无线电力传输框架 用于电力传输

哈工大全媒体（梁英爽 庞诚/文）近日，哈工大电信学院祁嘉然教授团队在微波无线输能领域取得新进展，开发出紧凑型无线电力传输框架。相关成果以《基于两比特紧凑可重构透射式超构表面的智能无线能量传输》（Intelligent Wireless Power Transfer via a 2-bit Compact ReconfigurableTransmissive-Metasurface-Based Router）为题发表在《自然通讯》（NatureCommunications）上。受益于低成本和紧凑性等优点，该框架有望推动基于超构表面的无线电力传输装置在智能家居、植入式医疗器械、工业机器人、交通运输、在轨航天等领域应用。团队演示了使用该无线能量发射机对多个LED灯、手机和充电宝等日常设备进行充电，还使用该发射机进行携能通信演示，充分展示了该无线输能框架的应用潜力（图1）。

图1 无线输能和携能通信实验

团队提出基于可重构透射式超构表面的紧凑无线输能框架，该框架的核心组件包括平面波馈源和两比特相位可重构透射式超构表面，两者构成了多波束可重构的无线能量发射机（图2）。该发射机具有亚波长（0.8倍工作波长）剖面，其整体尺寸与27寸液晶显示器相当。通过联合深度学习驱动的环境传感器，该无线能量发射机可对多个运动中的设备进行检测和定位，并可完成对这些设备同时传输无线能量和信息。平面波馈源可在近场区域生成近似于平面波的均匀波前，进而完成对超构表面的激励，使得系统剖面降低到亚波长尺度，相较于目前主流激励方案的亚波长尺度降低了一个数量级（图3）。两比特可重构透射式超构表面由169个结构单元组成，通过时空可编程调制方案实现对波前相位的精准控制（图4）。近场平面波馈源和可重构透射式超构表面结合组成无线能量发射机，可向多个目标（如智能手机和无人机）无线传送能量。此外，该框架还包含环境传感器和智能计算单元。环境传感器用来收集待充电目标数量和位置等动态信息。智能计算单元处理来自传感器的信息，从而生成特定相位模式以控制无线能量发射机。在无需人为干预的情况下，该发射机可在随机环境中实现对多运动目标的无线能量及信息传输。

图2 紧凑型无线输能框架及其应用场景示意图

图3 近场平面波馈源及其性质

图4 可重构透射式超构表面及其性能分析

哈工大电信学院为论文唯一署名单位，祁嘉然教授为论文唯一通讯作者，博士生李文志为论文第一作者，邱景辉教授、于启月教授参与该研究工作。

该工作获国家自然科学基金资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-46984-4