哈工大全媒體（梁英爽 龐誠/文）近日，哈工大電信學(xué)院祁嘉然教授團隊在微波無(wú)線(xiàn)輸能領(lǐng)域取得新進(jìn)展，開(kāi)發(fā)出緊湊型無(wú)線(xiàn)電力傳輸框架。相關(guān)成果以《基于兩比特緊湊可重構透射式超構表面的智能無(wú)線(xiàn)能量傳輸》（Intelligent Wireless Power Transfer via a 2-bit Compact ReconfigurableTransmissive-Metasurface-Based Router）為題發(fā)表在《自然通訊》（NatureCommunications）上。受益于低成本和緊湊性等優(yōu)點(diǎn)，該框架有望推動(dòng)基于超構表面的無(wú)線(xiàn)電力傳輸裝置在智能家居、植入式醫療器械、工業(yè)機器人、交通運輸、在軌航天等領(lǐng)域應用。團隊演示了使用該無(wú)線(xiàn)能量發(fā)射機對多個(gè)LED燈、手機和充電寶等日常設備進(jìn)行充電，還使用該發(fā)射機進(jìn)行攜能通信演示，充分展示了該無(wú)線(xiàn)輸能框架的應用潛力（圖1）。

圖1 無(wú)線(xiàn)輸能和攜能通信實(shí)驗

團隊提出基于可重構透射式超構表面的緊湊無(wú)線(xiàn)輸能框架，該框架的核心組件包括平面波饋源和兩比特相位可重構透射式超構表面，兩者構成了多波束可重構的無(wú)線(xiàn)能量發(fā)射機（圖2）。該發(fā)射機具有亞波長(cháng)（0.8倍工作波長(cháng)）剖面，其整體尺寸與27寸液晶顯示器相當。通過(guò)聯(lián)合深度學(xué)習驅動(dòng)的環(huán)境傳感器，該無(wú)線(xiàn)能量發(fā)射機可對多個(gè)運動(dòng)中的設備進(jìn)行檢測和定位，并可完成對這些設備同時(shí)傳輸無(wú)線(xiàn)能量和信息。平面波饋源可在近場(chǎng)區域生成近似于平面波的均勻波前，進(jìn)而完成對超構表面的激勵，使得系統剖面降低到亞波長(cháng)尺度，相較于目前主流激勵方案的亞波長(cháng)尺度降低了一個(gè)數量級（圖3）。兩比特可重構透射式超構表面由169個(gè)結構單元組成，通過(guò)時(shí)空可編程調制方案實(shí)現對波前相位的精準控制（圖4）。近場(chǎng)平面波饋源和可重構透射式超構表面結合組成無(wú)線(xiàn)能量發(fā)射機，可向多個(gè)目標（如智能手機和無(wú)人機）無(wú)線(xiàn)傳送能量。此外，該框架還包含環(huán)境傳感器和智能計算單元。環(huán)境傳感器用來(lái)收集待充電目標數量和位置等動(dòng)態(tài)信息。智能計算單元處理來(lái)自傳感器的信息，從而生成特定相位模式以控制無(wú)線(xiàn)能量發(fā)射機。在無(wú)需人為干預的情況下，該發(fā)射機可在隨機環(huán)境中實(shí)現對多運動(dòng)目標的無(wú)線(xiàn)能量及信息傳輸。

圖2 緊湊型無(wú)線(xiàn)輸能框架及其應用場(chǎng)景示意圖

圖3 近場(chǎng)平面波饋源及其性質(zhì)

圖4 可重構透射式超構表面及其性能分析

哈工大電信學(xué)院為論文唯一署名單位，祁嘉然教授為論文唯一通訊作者，博士生李文志為論文第一作者，邱景輝教授、于啟月教授參與該研究工作。

該工作獲國家自然科學(xué)基金資助。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-46984-4

責任編輯：梁英爽

審核：宋玲 李守斌

轉自：http://news.hit.edu.cn/2024/0408/c1510a235548/page.htm