随着移动技术的发展、智能设备的兴起,人们对通信技术的研究以及生活便利的追求促使着无线能量传输技术再次被提及。近年来,第5代移动通信（5G）带来的不仅是传统意义上的更高速率、更大带宽以及更强的空口技术,更是面向行业应用和用户体验的智能化网络。然而,在5G背景下,由物联网技术催生的各种机器类通信（Machine-Type Communications,MTC）带来了人与物之间的海量数据交互,更有超低时延的工业需求以及沉浸式用户体验,这些都需要有远超Gbps的速率,所付出的代价是能耗的巨大提升。因此,寻求设备电池容量提升以及供能时间延长成为5G环境下的关键,这其中,无线能量传输和能量采集成为5G背景下改善设备供能不足的关键技术之一。本文将顺应时代发展,着眼基于无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）无线能量传输网的多波束设计,以最大化服务区域内用户采集到的总能量为目标,设计联合优化阵列波束性能和无人机相对空间位置的迭代算法。研究利用无人机迅捷机敏性以及多波束天线阵列高增益、宽覆盖的性能,为需求用户提供高效率能量传输服务。无人机的机敏性在于其良好的对地信道,减少其他路径的损耗;高增益、宽覆盖的多波束天线性能可以减少无人机自身飞行的损耗以及同时为多个用户提供服务。基于此,本文对阵列波束性能和无人机相对空间位置加以研究,其主要工作内容和研究成果概述如下:1、从理论和公式推导上分析了基础信道模型,并结合本文研究实际从电磁波传输的视角,以Friis公式为基础推导了适用于无人机的下行信道模型。模型中还引入了新参数用以模拟除直接路径外的其它损耗,使信道的设计更贴合实际应用。2、承继无人机下行信道模型,可知设备接收到的能量与天线的增益（有效面积）、天线效率和系统的损耗因子有关。因此,从微带天线的辐射机理着手,研究微带天线带宽的提升,讨论谐振边半波长缩减的可能性。首先,针对宽带化问题讨论了介质基片厚度、介电常数等对天线带宽的影响,并提出了层叠式贴片天线实现天线的宽带化,给出了层叠式贴片的设计原理并仿真验证出远超传统贴片天线的设计。第二,研究了天线的小型化,利用短路针实现电流内部路径的折叠,达到天线外观尺寸的减小。最后,将宽带化与小型化的技术结合,设计实现了适合于无人机的机载毫米波天线。3、相比于单元天线,阵列天线可以实现多样化的辐射特性,尤其可以形成特定形状的波束,以实现某些特定区域的电磁波覆盖。具体地,设计由相似阵元组成的阵列,由此解释阵列的方向图乘积原理并疏导阵元的激励相位对阵列方向图的影响,从而解析相控阵的机理以及相控阵实现多波束的可能,继而借助Butler矩阵的概念,设计多波束馈电网络。4、综合探讨了无人机辅助的多波束无线能量传输系统,建立了以能量采集最大化为目标的优化函数。由于函数的非凸性,可以将目标函数拆解成三个子目标,即机载阵列天线的辐射性能、无人机相对于用户的二维位置以及其悬停高度,并通过依次迭代优化这三个子目标便可得到优化函数的最优策略{Z*u,h*,E*（θ）}。具体地,根据提出的无人机下行信道模型,利用设计的宽带小型化毫米波圆形贴片天线,设计基于Butler矩阵的多波束天线阵列。在多波束阵列性能的基础上,对无人机二维位置穷举,并优化其悬停高度,依此迭代得到多个需求用户采集到总能量最大化的策略。最后,文献不仅给出各个子目标的优化设计结果,并对整体设计研究予以评估测试,仿真结果验证了上述算法的收敛性和有效性,并有利于提升系统整体性能。