微波无线电能传输技术可实现远距离、大功率无线电能传输,空间传输损耗小,为实现太阳能空间电站、高空监控无人机全天候供电等提供了可能。然而,为进一步提高MPT空间传输环节的效率,发射端需要采用相控阵天线并进行微波功率定向发射,确保接收端位置变化时始终能获取最多的功率。为此,本文对MPT系统的微波功率定向发射技术进行了初步的探索和研究。本文提出一种基于正交调制/解调技术的MPT系统发射端架构,作为实现MPT定向发射的硬件基础。该架构能实现多路微波功率输出,各路的幅值、相位均能独立控制。所提架构有效利用通信领域常用的正交调制器和解调器,以单个正交调制器取代传统方案所需的可变增益放大器和移相器,以单个正交解调器实现闭环所需要的微波信号幅值、相位检测,克服了传统方案中幅值相位控制受器件限制互相耦合、器件一致性差等缺点,以很低的成本达到了较高的性能,既是MPT发射端研究上的有益尝试,也为后文实现MPT定向发射提供了可靠的硬件保障。进一步,本文阐明实现微波功率定向发射的数学原理。首先,以理论推导、计算、仿真相结合的方式,详细说明了一维、二维线性相控阵天线提高波束质量、实现定向发射的数学原理。基于推导得到的数学关系,给出三种切实可行的定向发射方法及其实现步骤。相关原理的推导和方法的提出,为实际实现MPT定向发射提供了软件算法设计依据。为验证本文所提发射端架构和定向发射方法的有效性,研究中设计并实现了一套完整的MPT系统原理验证平台,包括发射端系统、收发天线阵列、接收端系统。其中发射端系统可实现16路幅值相位可调的微波功率输出,工作频率915MHz,最大发射功率90W,性能稳定、控制精确、调节快速;收发天线阵列采用3x3阵列,各阵元均采用耦合馈电的双层微带天线,特性优良;接收端系统能采集所获接收功率并以无线通信方式发回给发射端,用于实现闭环定向发射;本文进行了MPT原理演示实验,在5m距离上点亮320颗LED灯珠,同时还测试了MPT系统空间传输效率,与理论符合度较高;本文在2.4m距离上验证了三种功率定向发射技术,三种方法得到的实验数据互为映证,有力说明了所述定向方法的有效性、可行性、实用性。