空间太阳能电站微波能量传输验证方案设计

微波能量传输技术作为空间太阳能电站(Space Solar Power Station,SSPS)的关键技术之一,目前的研究和验证工作均集中在各单项技术的突破和验证,缺乏针对SSPS系统特点的全面优化设计。文章根据SSPS的工作模式给出了全面验证空间太阳能电站微波能量传输的验证系统方案设计,对收发天线进行了一体化设计,利用了幅度近似高斯分布的发射阵列场分布设计和低反射的接收整流阵列设计,以高精度来波方向测量和高精度移相控制为波束指向控制的技术途径。对验证系统的波束收集效率进行了分析,收集效率可达94.2%,比传统均匀分布系统高出17.6%。验证系统可从系统规模缩比、波束扫描范围、发射天线口径场分布、整流天线处功率密度、反向波束控制方法等方面模拟SSPS微波能量传输工作模式,推动SSPS系统技术的发展。     

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。     

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。     

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。     

MW 级太空发电站微波能量波束指向控制精度分析

MW 级太空发电站是太空发电站事业发展规划的重要步骤,其微波能量传输系统的波束指向控制精度影响着波束收集效率。本文面向百米级能量发射天线,提出合理的微波能量波束指向控制精度要求。针对能量波束的渐变特性,以微波能量收发口径、传输距离和工作频率为约束,以系统对波束收集效率下降的容限为考察目标,建立了微波能量传输系统的波束指向控制精度分析模型,并提出了分析方法。应用提出的方法进行了数值仿真分析,根据仿真结果指出MW 级太空发电站微波能量传输系统的波束指向控制精度应为0.0023°,此时因微波能量波束指向偏离导致的波束收集效率下降不超过1%。这一指标可作为MW 级太空发电站微波能量传输系统重要设计参考。     

MW级太空发电站微波能量波束指向控制精度分析

MW级太空发电站是太空发电站事业发展规划的重要步骤,其微波能量传输系统的波束指向控制精度影响着波束收集效率。本文面向百米级能量发射天线,提出合理的微波能量波束指向控制精度要求。针对能量波束的渐变特性,以微波能量收发口径、传输距离和工作频率为约束,以系统对波束收集效率下降的容限为考察目标,建立了微波能量传输系统的波束指向控制精度分析模型,并提出了分析方法。应用提出的方法进行了数值仿真分析,根据仿真结果指出MW级太空发电站微波能量传输系统的波束指向控制精度应为0.0023°,此时因微波能量波束指向偏离导致的波束收集效率下降不超过1%。这一指标可作为MW级太空发电站微波能量传输系统重要设计参考。     

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     

空间太阳能电站聚光模式研究

空间太阳能电站是指能够在轨道上将太阳能通过工程技术手段有效采集、转化并传输到地面,再转化成为电能供地面使用的系统。聚光是空间太阳能收集的途径之一,多种SSPS方案采用了聚光方式。文章介绍了聚光式SSPS的研究现状,对现有SSPS方案中的不同聚光技术方案进行了综述分析,将空间太阳能电站聚光技术划分为3个层次,总结成4种模式,详细分析了每种模式的优点与技术难点,并对聚光式空间太阳能电站的发展提出建议。     

空间太阳能电站无线能量传输技术

<正>21世纪人类面临着非常严峻的能源形势。太阳能是持久稳定的清洁能源,大规模开发利用太阳能将有希望彻底解决人类的能源危机。空间太阳能电站是高效利用太阳能的有效途径,受到了国际的广泛关注。空间无线能量传输是实现空间太阳能电站的核心关键技术,国内外已对基于微波与激光的无线能量传输技术开展研究。微波无线能量传输技术可以追溯到1899年,长时间的发展使该技术成熟度高,特别是微波发射及接收器件的更新换代,也让微波无线能量传输技术成为最早纳入空间太阳能电站设想的核心技术。激光无线能量传输技术兴起于2000年左     

基于超快激光诱导等离子体的无线能量传输技术

作为一种有效利用太阳能的方法,空间太阳能电站吸引了世界研究人员的关注。无线能量传输是实现空间太阳能电站最重要的组成部分,已经过多年研究。为了进一步提高传输效率,空间太阳能电站对新型技术的需求不断增强。     

日本卫星通信新技术

日本计划利用1992年发射的技术试验卫星6号(ETS～Ⅵ)进行一系列卫星通信新技术实验。其中最重要的是多波束卫星通信技术。这种技术主要是利用大型星上天线形成窄波束,从而增加地球站信号功率通量密度,这样不仅可以增加传输容量,而且可使地球站小型化从而产生更好的经济效果。其主要新技术包括:大型高精度的可展开天线、精确的天线指向系统、星上切换开关、轻重量转发器和管理控制系统等。这些技术对固定和移动卫星通信都十分重要。一、技术概况 1.技术要求日本用于固定式和移动式的多波束卫星通信实验主要想达到两个目的:(1)验证     

OMEGA型空间太阳能电站聚光系统设计

空间太阳能电站聚光系统的尺度在千米级,聚光系统的方案设计涉及光、机、电、热及控制等多个学科。现有的空间太阳能电站聚光系统的设计方案不同程度上存在太阳光收集效率低、收集功率波动大、聚光系统质量高、控制系统复杂等不足。因此,需要综合考虑各种因素,提出高效、稳定、轻质和控制简单的聚光系统设计方案。文章对SSPS-ALPHA方案的聚光系统作了深入分析,并基于与 ALPHA方案相同的能量传输假设,针对ALPHA方案的不足提出了一种新的聚光系统设计方案,称之为 SSPS-OMEGA方案。通过比对分析,在与ALPHA聚光方案相同收集功率的前提下,OMEGA聚光方案不仅可以高效、稳定地收集太阳光,而且 OMEGA方案的功率质量比比ALPHA方案提升了31.68％。     

基于子阵激励能量匹配的多子阵交错阵列设计

多子阵稀疏交错共享孔径阵列天线是实现多功能阵列天线设计的有效途径。提出了一种基于子阵激励能量匹配的多子阵稀疏交错优化方法。根据均匀线阵激励与其方向图之间存在的傅里叶变换关系,该方法首先通过快速傅里叶变换（FFT）获得特定方向图的激励频谱能量分布,然后分析均匀线阵目标方向图频谱能量的分布特征,采用交叉选取子阵激励的方法,确定各子阵单元位置,使得阵列天线单元激励能量均匀分配,从而确保各子阵方向图近似一致。在此基础上通过迭代FFT的方法降低各子阵天线方向图旁瓣峰值（PSL）,实现低旁瓣,同性能的多子阵交错共享孔径阵列天线设计。仿真研究与实验表明,通过本文提出多子阵交错方法设计的共享孔径多稀疏交错子阵具有运算量小、孔径利用率高、各子阵峰值旁瓣电平低且拥有相似方向图的优点。利用子阵交错的方法,通过控制各子阵主波瓣指向,能轻松实现多波束指向的多功能阵列天线设计。      

星载可展开天线研究

海洋二号卫星微波校正辐射计天线(HY-2 CRA)是高增益、低副瓣、高波束效率、低损耗的天线子系统. 其高主波束效率、低损耗等要求对天线展开精度、形面精度、测试等提出了极大挑战. 由于卫星发射整流罩结构限制, 天线采用可展开机构形式, 并用正交模耦合器实现频率复用. 天线频率分别达到18.7 GHz, 23.8 GHz 和37 GHz.为了减小天线形面变形, 保证天线波束指向, 天线反射面(包括反射面支架、馈源支架)采用碳纤维复合材料, 确保天线在宇宙空间变形尽可能小. 本文就HY-2 CRA的设计、加工、测试等进行了论述.      

微波黑体发射率计量标准装置的准光照射天线设计

微波黑体发射率计量标准装置拟通过双站测量的方式,获取微波黑体的电磁散射信息,进而基于基尔霍夫热平衡定律获取其发射率信息。在有限的测量空间和较高的测试频段条件下,需要对照射天线进行优化设计,以实现对微波黑体散射特征的有效测量。针对此应用,在毫米波和亚毫米波段基于准光学技术,开展了照射天线仿真设计工作。并结合装置实测场景,对准光照射天线的散射测量收发链路进行仿真,结果表明：通过准光天线设计,可以使得发射天线在目标区形成相位平坦,边缘衰减的照射场分布,可以降低收发天线-目标间的电磁能量传输衰减,同时近似测得目标的远场散射特性已便于反射率积分。综合而言,通过仿真分析,验证了微波黑体发射率计量标准装置中高频段收发天线的设计原理和应用价值,同时也对其它近场测试系统的研制和应用提供了参考。     

飞行器天线波束的电子控制和扫描

文章介绍了实现飞行器天线波束的电子控制及扫描的重要意义,和一种适应于空间飞行器的轻小型相控阵天线系统实验模型的结构和功能。着重介绍如何用专用的波束控制计算器来实现对天线波束的电子控制和扫描。文章给出了天线波束电子控制的原理,提出了波束控制计算器所要完成的基本任务。进而详细介绍线阵波束控制计算器的设计。给出了所设计的波控器的详细框图及其工作原理。特别讨论了其中主要电路的功能,以及如何设计、实现这些电路。文章最后给出了波束定向控制和自动步进扫描的实验结果。同时对天线波束指向的控制速度给出了定量的结果,表明所设计的波控器具有高速控制性能。本文所给出的波束控制计算器可以按照事先给定的要求对天线波束作固定的程序控制,也可以接受外部指令作实时方位控制。同时还能以几种不同的速率作自动步进扫描。     

国外天基太阳能电站发展分析

天基太阳能电站系统由空间段和地面段组成。空间段在太空将太阳能转换为电能,再将电能转换为微波或激光,然后以无线方式传输到地面;地面段将接收到的微波或激光转换为电能,供人类使用。作为环保、可持续能源的供应系统,天基太阳能电站作为"航天嫁接新能源的新视野",得到了越来越多的关注。美国、日本和欧洲一直在积极推动天基太阳能电站的研究,中国也已加入这一行列。本期特刊载"天基太阳能电站专题",旨在深入探讨天基太阳能电站的发展。     

电离层环境与空间飞行体的相互作用

本文阐述了在空间飞行中与电离层相互作用有关的某些问题。如像微波波束经电离层传输的能量损耗及其扰动电离层所带来的传播问题,低轨卫星的电流泄漏,火箭喷焰、排气效应,等离子体鞘等等,它们因太阳能卫星方案的提出更显得重要。许多武器装置是与电离层环境相关的,像超视距雷达、高频通讯、空间导航系统以及一些未来系统的设计、工作都与电离层环境关系极大。为此,本文给出了有关主要电离层参量的基本分布。     

星载毫米波反射面天线结构

“神舟4号”飞船的多模态微波辐射计天线的工作频率跨到毫米波段．这在我国过去的航天器天线中尚未遇到．采用了计算机机电热一体化设计手段，从材料的选择入手，把最佳的电性及结构设计、先进有效的制造、检测与装配技术有机地融为一体之后，保证了天线最终的高精度指标．本文从高精度反射面天线的要求出发，从设计、分析、实现以及验证多方面说明星载反射面天线形面高精度的控制与实现．     

空间太阳能电站建设:难题不少 前景广阔

<正>前不久,我国首个空间太阳能电站实验基地在重庆启动,该基地建成后开展的基础性实验和应用研究,将对我国今后建设空间太阳能电站、改变传统能源传输方式、破解能源供给难题等产生重大意义。另外,空间太阳能电站系统项目的地面验证平台也将在西安落成,它用于对空间太阳能电站功能与效率进行系统验证。那么,什么是空间太阳能电站?为何要在太空建造太阳能电站?怎样建