用于无线能量传输的高效GaN HEMTF类放大器设计

微波功率传输是实现空间太阳能电站的关键技术之一,本文给出了2.45GHz高效Ga N F类功率放大器的设计。仿真得到该功放功率附加效率为78.8%,输出功率40.3d Bm,该结果预示了其在相关领域的应用。最终对放大器电路进行了测试,实测得到放大器在2.45GHz工作频点上漏极效率为67.3%,饱和输出功率38.2d Bm,增益8d B。     

一种小型化的大功率微波整流电路

为了满足微波输能系统的大功率整流要求，本文基于多支路共用匹配阻抗的方法设计了一种微带线结构的大功率微波整流电路。首先采用微带线结构的功分器将输入的大功率微波能量分为较小功率的微波能量，然后在功分器的每一条支路上利用肖特基二极管阵列将微波能量转换为直流能量，且所有的支路共用阻抗匹配电路。最后将所有支路的直流能量合并输出，实现大功率微波整流。实验结果表明，当输入功率大于34 dBm时，实测直流输出功率大于1w；在输入功率为39.28 dBm时，整流电路的最高实测效率为44.27%；在输入功率为41.42 dBm时，整流电路的最高实测直流输出功率达到了5.84w。该微波整流电路工作于2.45GHz，尺寸为40mm×80mm，具有尺寸小、整流后直流输出功率大，易于集成的特点，可为易于集成的大功率微波整流电路提供设计指导。     

高功率中距离2.45GHz微波输能系统

微波输能技术是空间太阳能电站、空间飞行器供能和无线传感网络领域的关键技术。本文设计了一套工作于2.45 GHz的高功率中距离微波输能系统，主要包括微波功率发生器、整流天线和收发天线。其中，微波功率发生器最大输出功率为53.272 dBm（212 W）时，末级放大器的漏极效率可达57.612%；当输入功率为30 dBm，负载为260 Ω时，整流电路整流效率达到75%；采用简单的抛物面天线，传输距离为8m的情况下，波束捕获效率能够保持在45%以上。实测200W时微波发生器效率为49.3%，整流电路效率为63%，在波束捕获效率为45%时，理论计算的该系统直流到直流传输效率可以达到14%。     

一种微波输能的高效二极管阵列整流电路设计与分析

微波无线能量传输是实现远距离无线传能的主要方式之一，也是空间太阳能电站系统的核心技术之一。微波整流电路是实现微波到直流转换的关键环节，为实现大功率、远距离微波无线能量传输，文章设计了一种频率为2.45GHz的二极管阵列整流电路，能在大功率下完成高效整流，且对负载变化的敏感度低。测试表明：在27dBm输入功率、150Ω负载下，MW DC转换效率最大达71.83%；输入功率为23~32dBm时的转换率高于65%；即使输入功率低至17dBm的转换率仍高于50%。因此，论文所提整流电路的输入功率动态范围大，最高可达32dbm，且转换效率高，可用于微波无线能量传输中。     

基于谐波调谐技术的功率放大器研究

作为卫星有效载荷系统中功耗和热耗的最大载体,功率放大器的效率高低反映了系统整体效率的高低.文章应用谐波调谐的方法,实现了功放设计中对二次谐波和三次谐波的利用;有别于传统的功放设计,谐波调谐功放通过两端匹配设计实现谐波对电流和电压波形的整形,能够在提高功放漏极效率的同时保证输出功率也有可观提升;最后,通过选取CREE公司的CGH40010F氮化镓晶体管进行设计仿真,验证了谐波调谐技术对于功放性能优化的有效性.     

微波功率传输的研究

主要介绍了激光功率传输（LPT）与微波功率传输（MPT）两种能量传输系统。同时，论述了两种能量传输系统的系统构成，并以空间太阳能电站为背景重点，阐述了微波式能量传输系统的工作原理与各分系统地效率计算方法。通过以上内容的分析与讨论，为广大读者系统的阐述了空间太阳能电站中微波能量传输系统中的关键技术与基本原理。     

用于微波无线能量传输的无衍射电磁超表面设计

微波无线能量传输作为一种远距离能量传输技术受到广泛关注,但是电场随着距离增加会快速衰减。为了减缓电场衰减趋势,提高接收端功率,文章推导出了用于产生无衍射波束的相位计算表达式。另外,设计了一款相位覆盖360°,传输系数优于-3dB的相位控制单元,并利用该单元设计了一个口径为500mm的超表面。仿真和实测数据显示,在加载电磁超表面后,电场明显增强,能量更加集中。微波无线传输实验结果表明,在发射总功率为36dBm时,相较于无电磁超表面情况下,接收端接收的能量最大可以提升9倍之多,证明了设计出的电磁超表面助于提高微波传能系统的传输效率。     

L波段高效小尺寸功率放大器载片设计

为了应对当前市场对功率器件更低成本、更小尺寸和更优性能的要求，设计了一款工作频率为1.2～1.4GHz的高效率小尺寸氮化镓（gallium nitride,GaN）基功率放大器载片。使用有源时域负载牵引系统对GaN管芯进行在片测试并提取管芯的非线性行为模型，在先进设计系统（advanced design system,ADS）软件中利用模型进行阻抗匹配电路设计和仿真，将功率放大器端口匹配到了目标阻抗50Ω。该载片采用谐波控制技术使功率放大器附加效率提高了6%～8%，采用高介电常数的陶瓷材料将载片电路集成在8mm×8mm。实测结果显示，放大器在漏源电压28V、100us脉宽和10%占空比脉冲输入的工作条件下，在小尺寸的载体上实现了输出功率大于56W，功率附加效率大于78%的高效率指标。     

空间近场无线能量传输系统电磁屏蔽建模与仿真分析

建立空间近场无线能量传输系统电磁屏蔽仿真模型,开展传输功率、工作电压、传输距离、工作频率对电磁屏蔽影响的仿真分析,研究电磁屏蔽条件下这些参数对线圈及系统效率、功率变化情况及屏蔽效能的影响关系。仿真结果表明:在电磁屏蔽条件下,随着传输距离的增大,屏蔽体的影响逐渐加大;输入电压对屏蔽效能无太大影响;在电磁屏蔽条件下,负载电阻对系统效率的影响较小,但随着阻值的增大,输出功率会有所减小;系统效率和屏蔽效能会随着工作频率的增加而有微幅的减小。仿真模型能解决交变电磁场环境下空间近场无线能量传输系统参数与屏蔽影响准确分析问题;仿真结果可为空间近场无线能量传输系统增加电磁屏蔽后系统参数的设计提供依据。     

MW级SPS微波能量传输系统微波源相位误差的影响分析

以多旋转关节空间太阳能电站（SPS）为应用系统，介绍了MW级SPS微波能量传输系统顶层设计参数。针对微波功率源相位误差对微波能量传输的影响问题，建立了分析模型，提出分析方法，并从波束收集效率下降容限的角度，用一维模型对百米量级能量发射阵列进行了分析，据此给出了对大规模微波源相位误差的要求，为MW级SPS的微波能量传输系统设计提供指导。     

基于交错带状线3 dB电桥的大功率功放技术

在现今的军用电子系统中，功率放大器起着举足轻重的作用。功率合成器件作为功率放大器的重要组成部分，需要满足高合成效率、高功率耐受能力和小型化的特性要求。基于交错耦合带状线定向耦合器，通过宽带匹配级联设计了一款8 GHz~12 GHz的四路功率合路器。测试结果显示：四路功率合路器的隔离度<-15 dB，回波损耗<-19 dB，合成效率>78.7%。基于该四路功率合成模块研制了一款X频段功率放大器，样机尺寸为52 mm×38 mm×5.5 mm，放大器在8 GHz~12 GHz的最大输出功率为52.2 dBm（40%占空比），插入损耗<1.4 dB。与传统的平面结构相比，基于这种功率合成器的结构更紧凑，合成效率更高，隔离度更好，功率耐受能力更强，适用于卫星通信、雷达和电子对抗等领域。     

遥测用固态微波脉冲功率放大器的CAD

介绍用微波计算机辅助设计软件优化设计大功率固态微波脉冲功率放大器的方法，重点描述了这种方法的几个关键技术和分析、设计过程，包括建立晶体管的模型，确定电路的拓扑结构和偏置电路的形式，仿真、优化、公差分析等等。用惠普公司的微波计算机辅助设计软件—ＨＰ－ＥＥＳＯＦ软件优化设计了一个输出功率为１１０Ｗ的脉冲功率放大器，并进行了安装、调试和测试，测试的结果完全符合设计的要求。     

MOMENTUM法设计微波功率放大器

文章在对Momentum方法进行研究的基础上,利用ADS软件进行2-tone负载牵引法得到了晶体管输入和输出阻抗。在晶体管稳定性分析的条件下,运用共轭匹配法设计匹配网络,并将匹配网络转化为Momentum元件再用于电路设计中,大大提高了设计的准确性。成功设计出了LDMOS微波功率放大器。对比采用Momentum元件和理想原理图设计两种情况下功率放大器的小信号S参数和大信号下的输出结果,证明了设计过程的准确性。     

超小型锁相遥测发射机模块化研制

介绍我所研制的用于弹、星载遥测系统的两点注入微波销相调频发射机的基本组成、原理分析和模块化设计，并给出了测量结果。从测量数据中可以看出，该遥测发射机具有体积小、重量轻、性能好和抗震动等特点，可满足遥测系统小型化、模块化、系列化和标准化设计要求。     

新型大尺度空间微波功率发射阵列的考虑

以空间太阳能电站为应用代表的微波功率传输系统中,微波功率发射阵列是其中的核心组成部分。为保证特定传输距离限制下的波束收集效率,目前国际上多种空间太阳能电站方案中收发天线口径都达到了km级以上。在空间构建大尺度的微波功率发射有源相控阵,面临的主要问题有：发射阵列电性能的高要求、发射阵列折叠状态的总体积限制、大功率发射阵列的热控问题。针对这些问题,文章提出了新型大尺度空间微波功率发射阵列的一些研究及设计考虑,主要包括大尺度阵列同源分发倍频的频率分配方案;高效率高集成功率发射组件技术;大尺度阵列相位同步与误差自校正技术;低剖面天线结构及型面误差补偿技术;大型天线3D打印在轨建造方案设想以及空间微波功率发射阵列热控新思路等。文章提出了新型大尺度空间微波功率发射阵列3个方面的6个主要问题,可为空间太阳能电站系统提供可优化、开放性的设计与发展思路。     

无线能量传输的核心功率器部件挑战与进展

微波无线能量传输系统中高功率微波发射、高效率微波整流是共性关键技术，其中高效率微波整流是区别于传统无线系统的专项技术。首先，从两类4种微波功率源国内外典型产品技术方案、成果水平开展论述；系统探讨了二极管、三极管及电真空器件整流技术发展现状及研究热点。其次，针对微波无线传能系统高效率、高动态、高集成、长寿命多功能公用传能建设等技术挑战，提出了应对策略和解决途径；最后，进一步凝练和规划了面向空间高功率微波无线能量传输系统的关键技术、核心产品，并对我国无线功率传输的核心器部件及系统构架做出展望。     

基于DBF的波束功率控制及优化设计技术

低轨卫星系统近年来得到了广泛的关注和发展,卫星的轨道高度低,具有传输延时短、路径损耗小的特点,可以为小型化用户终端提供服务,但也存在单星覆盖区内路径差异大、卫星业务分配不均和工作动态范围大的问题。针对这些问题提出了一种适用于低轨卫星的波束优化设计方法,采用地球匹配波束设计,来实现更好的链路质量和覆盖效率。在下行波束设计中,通过唯相位加权优化设计方法,在满足波束增益要求及波束间C/I的基础上,实现了单波束功率由0%~100%的调整能力。针对低轨卫星移动通信业务随时间变化,导致发射组件输出功率长时间工作于回退状态的特点,提出了一种通过卫星业务处理器实现业务量变化与功放的最佳效率供电电压匹配调整的星上自适应功放功率随动技术,使得功放平均效率有效提高,减少了天线的平均功耗和热耗。     

星载功率放大器NPR测试方法研究

针对星载功率放大器噪声功率比(noise power ratio,NPR)指标缺乏考核方法的问题,根据多载波非线性工作原理,使用基于数字I/Q调制的方法在Matlab里编辑基带波形文件,形成具有陷波的宽带多载波信号,依据频谱仪采样的数字预处理方法校准宽带多载波信号的幅度平坦度,调节矢量信号源I/Q两路的功率偏置进而调整陷波的深度来生成满足条件的宽带多载波激励信号。通过输入放大器该校正后的激励信号、分析被测放大器件输出端频谱陷波内产生的互调失真分量的测试方法,设计了通过矢量信号源和频谱仪进行测试的方案。根据方案所搭建的测试系统,完成了某K频段行波管放大器（主载波频率为19800MHz,带宽为80MHz）的测试验证。研究结果表明,提出的NPR测试方法有效可行,为考核星载微波功率放大器NPR指标提供了具体的测试方法。     

空间太阳能电站反向波束控制仿真分析

分析几项重要的空间太阳能电站反向波束控制技术研究工作,提出空间太阳能电站微波无线能量传输(MPT)分系统的初步方案和主要参数,在此基础上建立空间太阳能电站微波波束发射和反向波束控制仿真模型,重点分析发射天线子阵列的微波馈电相位误差、频率误差和姿态误差等因素对于系统传输效率的影响,相关结论将为微波无线能量系统的设计和微波无线能量传输技术的研究提供参考。