无线能量传输技术取得新进展

<正>日前,中国空间技术研究院西安分院依托国家科技部"分布式可重构卫星系统"863课题的研制,首次完成了微波高效无线能量传输系统演示验证试验。研究团队突破了微波无线能量传输总体设计技术,掌握了匹配发射接收、高效固放等关键技术,达到了微波低副瓣高效能量传输效果。目前整个系统利用2.4m口径的固面发射天线、2.4m口径的微带阵列接收天线、以及高效固放等完成了相关指标测试,当微波发射功率为50W、传输     

基于Volterra级数的功放行为建模与简化

Volterra级数行为模型因其高复杂度而只适用于弱非线性系统,对于具有强非线性和长记忆效应的功率放大器,Volterra级数模型将包含大量的待辨识参数.对射频功率放大器的行为建模进行了研究,提出了功率放大器Volterra级数行为模型的简化方法,通过引入邻对角核控制因子和动态偏离阶数控制因子,合理移除了对信号输出影响较少甚至无关的辨识参数,从而在保证模型准确度的前提下有效地降低了模型的复杂度和参数提取时间.采用了一个10 W的射频功率放大器实例用于模型提取和验证,模型与仿真实验的数据结果对比表明,简化的Volterra行为模型能够很好地描述功放的非线性特性及记忆效应,验证了简化行为模型的有效性和灵活性.     

替代行波管的C波段固态功率放大器

星上采用行波管(TWT)作功率放大器,在过去一直以其突出的性能占据着绝对优势。然而在目前的先进卫星系统里,其产生微波功率的作用却面临着场效应晶体管(FET)固态功率放大器(SSPA)的严峻挑战。美国 RCA 公司实验室和航天电子部研制的固态功率放大器已经过“空间考验”,     

150kV逆变电源性能优化及其束源特性

为了进一步提高电子束流发生系统工作的可靠性和稳定性,提高电子束加工质量,采用AC-DC-AC-DC-AC-DC的拓扑电路、新型功率变压器、高压脉冲检测技术、优化的束流反馈控制与灯丝加热电流闭环反馈控制技术等,分别优化了高压加速电源、偏压电源与灯丝加热电源。将所研制逆变电源与150 k V/30 k W电子枪、真空系统等组成了一套电子束流发生系统,测试了该电子束流发生系统输出的高压、最大束流以及灯丝加热电流、偏压变化对束流输出的影响。试验结果表明:经过优化的逆变电源高压输出达到-150 k V,高压输出线性度较好,最大束流达到200 m A;高压、灯丝加热电流给定时,随着偏压降低,束流输出逐渐增大;高压、偏压给定时,随着灯丝加热电流增大,束流输出存在死区、线性增大区和恒流区。     

空间磁场环境模拟线圈驱动恒流源设计

针对空间磁场环境模拟线圈磁感应强度0~20 Gs连续可调,磁场稳定度优于1%的要求,采用前级电压源与后级电流源串联的主电路拓扑结构,结合电压双闭环控制和电流闭环负反馈控制的方法,实现了稳定的电流输出,减小了功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的功耗,提高了恒流源的效率.测试结果表明:恒流源输出电流0~10 A连续可调,霍姆赫兹线圈中心磁感应强度能达到20 Gs的设计要求,电流稳定度优于0.1%,磁场稳定度优于1%.      

固相颗粒浓度射频导纳测量系统

基于射频导纳电容对流化床固相颗粒浓度的测量,采用传感探头并配置具有一定驱动能力的等位转换隔离电极（等位环）,可补偿由于挂料对测量电场产生的边缘损耗,适配专用反馈运算式非电量转换电路,从而降低了对测量结果的影响。射频导纳电容法对颗粒浓度测量主要有断层成像和射频导纳电容探头两种方式。实际测量时,可以针对介质的空间分布情况,采用不同的探针式传感器结构,提高测量的空间分辨力。因此,射频导纳电容传感测量技术是一种较为理想的固相颗粒浓度测量方法。     

RCA通信卫星的进展

美国无线电通信公司(RCA公司)是第一个研制双频段通信卫星和第一个使用全固态通信卫星(Satcoms)的公司,该公司因一直采用三轴稳定而闻名世界。第一个RCA通信卫星Satcom-1是用德尔它(Delta)火箭送入轨道的。 Satcom-1有24个信道,每个信道有单波饱和功率为5瓦的行波管放大器,行波管放大器采用单收集极,直流转换到射频的效率为36％,射频功率为120瓦。天线采     

卫星地面站用的大功率放大器的设计考虑

大功率放大器是各种卫星地面站传输系统中的关键元件之一。在典型的应用中,例如国际通信卫星系统 A 型标准地面站里,调制的载波要经过上变频器输入到大功率放大器之中,并在该放大器把它的载波功率电平从约-10dBm 放大到40～60dBm,然后通过天线馈电系统发给卫星。     

射频接收机系统级建模中的噪声谱分析

提出了一种在有限的系统参数下进行射频接收机系统建模时,各子电路噪声参数的分析和计算方法.从噪声功率谱的等效计算出发,给出了加性高斯白噪声通过有噪线性电路的分析方法.以一通信电台为例进行了分析计算,在给定有限的系统参数(信噪比,灵敏度,增益等)下分析出合理的各子电路的噪声参数,并进行建模仿真验证,理论结果与仿真结果较好吻合,表明了分析方法的有效性.该噪声功率谱的等效分析计算方法对射频系统建模有很好的指导作用.      

一种基于Mini PCI-E接口规范的双模网卡电路设计与应用实现

介绍了一种基于mini PCI-E接口的WiFi/WAPI网卡电路设计方案,包含硬件设计、软件设计和测试方案设计。双模网卡芯片选择华大电子的HED05W01SU基带芯片和诺达的AL2230S射频芯片。硬件介绍了射频接口、基带接口和mini PCI-E接口电路;软件介绍了网卡驱动和配置界面的设计;最后根据GB15629.11国家标准对开发的双模网卡进行了测试验证,测试结果达到标准要求。该网卡设计方案具有集成度高、接口简单、价格低廉、使用方便等特点。     

X频段微波中功率量热技术研究

量热计与微量热计作为微波功率测量标准的实现形式被广泛采用。量热计法对测量环境的温度,测量功率电平幅度的稳定度,测量时间,测量设备的时间稳定系数等因素均有非常高的要求。在微波小功率的测量中,以上条件比较容易满足。但在微波中功率量热计法的测量中,量热体温升明显,环境温度不宜稳定,放大器输出幅度抖动等种种因素都会影响到测量结果的准确度。通过针对中功率量热技术研究中遇到的常见问题进行解决,得到了比较理想的实验结果,并利用现有的中功率标准对所设计的量热体进行了直流/微波功率替代效率测量,具有一定的参考价值。     

基于HEMT的单片微波集成放大器设计

 介绍了S波段单级单片微波集成放大器的设计方法,电路核心为高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor, HEMT).针对在该波段高电子迁移率晶体管稳定性较差、噪声性能优秀的特点设计电路拓扑,在HEMT的输入端并联一个200Ω电阻,用HP-EESOF公司的Libra2.1软件进行了小信号电路仿真与设计.仿真结果表明设计的放大器是绝对稳定的,在2~3GHz频带内增益为14.2dB,纹波小于0.4dB,噪声系数约2.7dB,满足实用要求.     

小型化星载模拟预失真器的研制

基于肖特基二极管(Schottlky Barrier Diode, SBD)的非线性提出一种新型的小型化、低成本的星载模拟线性化器,可以用来改善卫星测控系统中固态功放在饱和功率输出时引起的非线性失真。首先分析了模拟预失真器的工作原理,给出其等效电路模型,然后采用软件设计和仿真了一个新型的小型化星用模拟预失真器,将设计的电路加工制作并测试。结果表明该线性化器与功放级联后,能够有效改善功放在饱和功率输出时的3阶交调约6dB。     

磁悬浮飞轮用电磁轴承低纹波开关功放的实现

针对磁悬浮飞轮用两电平脉宽调制开关功放输出电流纹波大的缺点,提出了一种新颖的三电平脉宽调制开关功放.通过对两种开关功放输出电流纹波的理论估算,得出三电平脉宽调制开关功放可以大大降低电流纹波,进而实现开关功放的低纹波损耗.提出了一种基于SIMULINK的电路原理性仿真方法,该方法所建模型能准确地反映实际系统的特性,为开关功放的设计和调试提供指导.通过对两种开关功放的仿真和实验进行对比,最终表明仿真和实验结果相吻合,仿真和实验均验证了三电平脉宽调制开关功放对减小输出电流纹波的可行性、有效性.      

等离子体诊断中扫描电压源的研制

详细叙述了扫描电压源的硬件和软件组成,并通过采用PCI-6251数据采集卡、PA93功率放大电路和虚拟仪器软件LabVIEW及工控机相结合, 突破了关键技术,成功研制了一套扫描电压源并应用于等离子体诊断,使整个测试过程非常快, 可以在秒级的时间内完成, 相对于手动测试,该实验得到的数据更为精确, 实时获得了等离子体的伏安(I-V)特性曲线和数据处理结果。     

微波能量传输系统设计及试验

面向空间太阳能电站应用,进行了固态体制微波能量传输技术研究。针对能量传输波束扩散导致收集效率低的问题,研究了基于人工媒质理论设计的完美匹配层的能量接收整流表面,通过调节人工媒质单元的结构参数实现天线输出阻抗与整流电路输入阻抗的共轭匹配,同时抑制整流电路高次谐波,省去原有匹配及低通滤波器,简化电路结构、实现高效微波能量吸收与转换。以空间太阳能电站规定的波束中心传输微波功率密度限制作为能量接收整流表面设计的约束条件,设计能量接收整流表面,结合固态体制微波能量发射端,搭建5.8GHz小规模微波能量传输系统开展了地面试验验证,实测结果显示整流表面能量转换效率最高为57.7%。此次试验验证了先进的固态能量传输试验系统,为空间太阳能地面缩比试验及未来空间太阳能电站的建设提供了技术支撑。     

基于查表的开环MPM预失真器

提出了一种基于查表的开环记忆多项式模型(MPM,Memory Polynomial Model)预失真器.从MPM预失真器系数估计和执行信号预失真处理两方面加以考虑.首先,利用预失真器和高功率放大器(HPA,High Power Amplifier)传输特性的互补性,由采集到的HPA输入、输出基带数据进行单次最小二乘估计得到MPM预失真器的系数,避免了以往递归结构的收敛性和计算量大等问题.然后,利用MPM预失真器的特点,建立了基于输入信号强度索引的一维向量表,通过查表实现MPM预失真器的幂次累加项,极大地减少了实现预失真器所需的计算量及硬件开销.仿真显示,采用提出的预失真器可以有效补偿HPA对信号的记忆非线性失真,有效带宽内获得了近20 dB的功率改善,也显著改善了系统误码性能.     

空间太阳能电站微波能量反向波束控制技术

微波能量传输设计与验证是中国空间太阳能电站发展各阶段的核心工作,微波能量反向波束控制则是微波能量传输的关键环节。目前的反向波束控制研究都基于微波能量发射阵列具有理想型面的前提,没有考虑空间环境中微波能量发射阵列结构模块发生位置和姿态偏差的实际情况。结合中国空间太阳能电站发展的4个阶段任务,分析了结构模块姿位偏差对整流阵列处功率密度和波束指向误差带来的影响。在已经验证的软件化微波能量反向波束控制基础上,结合结构模块姿位偏差校正,提出了基于相位补偿的反向波束控制技术,并对校正效果进行了仿真分析。基于相位补偿的反向波束控制技术对微波能量发射阵列结构模块姿位偏差的影响具有显著的校正能力。文章可以为微波能量传输系统的设计和研制提供指导。     

大功率电推进电源处理单元技术

电推进作为一种先进的推进技术,其发射质量轻、比冲高,可以降低发射成本。高压电源是电源处理单元（PPU）的主要功率来源,是大功率、高效PPU设计的重点。新型电力电子技术的应用,将对未来地球同步轨道（GEO）通信卫星和深空探测的发展产生重要影响。本文以5kW等级PPU为研究对象,主要介绍大功率电推进技术的现状与发展,从电力电子的拓扑、器件和控制方法3个角度分析了大功率、高效PPU技术发展的特点与前景,为中国研制大功率PPU高压电源提供参考。      

新型脉冲电子束焊接偏压电源设计

开发了一种由偏压基值产生电路和偏压脉冲产生电路组成的新型脉冲电子束焊接偏压电源,该偏压电源装置能够实现直流偏压和脉冲偏压自由切换,即在同一套装置上既能够实现常规连续束流电子束焊接,又能够实现脉冲电子束流焊接.偏压基值产生电路控制偏压脉冲基值,偏压脉冲产生电路分别控制偏压脉冲峰值、偏压脉冲频率和偏压脉冲占空比.偏压电源的脉冲频率、占空比、脉冲基值和脉冲峰值均可调节,对应实现脉冲束流的脉冲频率、占空比和脉冲峰值调节.试验证明在平均束流焊透相同材料时,相比连续束流电子束焊接,脉冲电子束焊接热输入减少,焊缝宽度有减少趋势.