自从尼古拉·特斯拉在19世纪末尝试无果后，电气工程师以寻求无线方式与远距离传输电力作为目标。在20世纪70年代，美国宇航局和美国能源部的工程师在千瓦公里范围内的无线电力传输方面取得了一些明显成功，他们的努力受到了当时能源危机的推动。然而，随着能量再次变得充足，兴趣减弱。

　　现在，随着5G的出现及其在毫米波段内的高频传输能力，WPT正在开启新的机遇和方法。东京工业大学的研究人员开发了一种原型64-element毫米波段相控阵收发器，可以在接收电力的同时发送和接收数据。他们设计的最初目的是将收发器用作5G中继点，然后将其集成到物联网(IoT)设备中。该项目的首席研究员Atsushi Shirane表示，这将使该设备摆脱电池、插头和电缆的约束。因此它将是更小、更实用、更快的通信设备，并可能降低维护成本。

　　Shirane指出，该收发器克服了两个主要障碍：传输距离短和可以接收功率的固定方向。更重要的是，他说：“它是第一款通过使用相移的波束控制实现同时接收电力和通信信号的设备。”

　　Shirane在今年 6 月位于夏威夷檀香山举办的2022年IEEE大规模集成电路技术和电路研讨会上，展示了该团队的研究成果。。

　　收发器的正面是一个64-element相控阵天线，分布在四个象限里。背面有块柔性印刷电路板，内含四个定制的射频集成电路芯片，每个芯片分别连接到四个天线象限中的一个。这些芯片集成在一个8x8阵列上，作为一个完全无源的单元工作。每个芯片包含一个移相器，以实现光束转向和一个整流器，整流器的电源和通信输出连接到应用设备。

　　收发器有两种工作模式。

　　在接收模式下，基站发射28GHz的通信信号和24GHz的WPT信号，这些信号将从四个象限天线同时被接收并发送给各自的接收芯片。WPT信号激活设备，通信和电力信号都进行了相移，以实现高达正负 45 度的精细空间光束转向。信号被发送到16路功率组合器，该组合器将相位对齐并产生一个共同的输出，以促进更长的传输距离。然后，整流器将WPT信号转换为直流电来运行应用程序，同时把28GHz通信信号变频到中间频率(如4GHz)，以此使应用程序更易于管理。

　　反向过程发生在传输模式中，源于应用程序的4GHz中间信号被变频到28GHz，并在使用后向反射反向散射相同的方向发送回。

　　Shirane解释说，WTP的性能取决于天线元件的数量和基站的输出功率。64根天线的原型收发器产生了1毫瓦的功率，并且它在4.5米处继续产生46%的输出，即使在正负45度的接收角度也是一样。他估计1024个元素的阵列将产生10mW。

　　随着概念验证的建立，研究人员现在致力于创造更多阵列和更高频率的收发器，以增加输出功率、通信速度和距离。

　　“作为商业化的第一步，”SHIRANE说，“我们的目标是将该技术用作无电池5G中继收发器，以扩大毫米波5G通信的服务区域覆盖范围。增加直流发电量后，该收发器还可用于无电池的物联网设备。”