Current trends in communication system design precipitate a change in the operating regime from the traditional far-field to the radiating near-field (Fresnel) region. We investigate the optimal transmit antenna placement for a multiple-input single-output (MISO) wireless power transfer (WPT) system designed for a three-dimensional cuboid room under line-of-sight (LoS) conditions in the Fresnel region. We formulate an optimisation problem for maximising the received power at the worst possible receiver location by considering the spherical nature of the electromagnetic (EM) wavefronts in the Fresnel region while assuming perfect knowledge of the channel at the transmitter. For the case of two transmit antennas, we derive a closed-form expression for the optimal positioning of the antennas which is purely determined by the geometry of the environment. If the room contains locations where the far-field approximation holds, the proposed positioning is shown to reduce to the far-field solution. The analytical solution is validated through simulation. Furthermore, the maximum received power at the locations yielding the worst performance is quantified and the power gain over the optimal far-field solution is presented. For the considered cuboid environment, we show that a distributed antenna system is optimal in the Fresnel region, whereas a co-located antenna architecture is ideal for the far-field.


翻译:通信系统设计目前的趋势促使操作系统从传统的远处转向辐射近地(Fresnel)区域。我们调查多投入单输出无线电源传输系统的最佳传输天线位置。我们调查了多投入单输出无线传输系统的最佳传输天线位置,这些天线的优化定位完全取决于环境的几何性能。如果房间内有远地近距离所在的位置,那么拟议的定位将显示到远地的解决方案。通过模拟验证了分析解决方案。此外,考虑到Fresnel区域电磁波前端的球性,假设对发射台的频道有完全的了解。就两个传输天线而言,我们为天线的最佳定位形成了一种封闭式表达方式。如果房间内有远地近地点,那么拟议的定位将显示到最远的解决方案。此外,所考虑的电磁波前端的接收到的最大能量是量化的,而且最优化的天线系统在远地平面结构上获得的电源,则显示最优化的天平面结构。

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