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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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     

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。     

中国空间太阳能电站已处试验阶段

正全国人大代表、载人飞船系统总设计师张柏楠"两会"期间向记者透露,中国航天科技集团公司五院"钱学森空间技术实验室"团队已开展太阳能电站具体研究工作,目前正处于研究试验阶段。空间太阳能电站是指在太空中将太阳能转化为电能,通过无线能量传输方式传输到地面,或是直接将太阳光反射到地面、在地面进行发电的系统。该系     

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     

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。     

航天器多通道近场无线能量传输系统设计

针对航天领域空间交会对接、航天器配电、在轨服务与维护等领域对无缆化的需求，提出了多通道近场无线能量传输系统，建立了多通道磁耦合近场无线能量传输系统数学模型，分析了影响系统传输效率的重要参数，并对关键参数对系统效率的影响进行了仿真分析。通过线圈高效耦合设计，实现了多通道近场无线能量传输系统的效率最优。所提系统解决了能量的无线传输，并实现多负载接收的问题。通过一台1 000 W多通道近场无线能量传输样机进行了实验研究，结果表明，所提多通道近场无线能量传输装置具有传输效率高的特点，解决了航天器无线能量传输的多负载问题。      

日本天基太阳能电站方案概览

日本于20世纪80年代开始对天基太阳能电站显示出了极大的兴趣,各大学、研究所开展了一系列研究工作,进行了一系列微波电力传输(MPT)试验,所以及计算机仿真和理论研究在此基础上,日本宇宙航空研究开发机构(AXA)和无人宇宙试验自由飞行器研究所(USEF)分别提出了多项天基太阳能电站设计方案。     

航天飞机成象雷达飞行试验综述

空间合成孔径雷达系统(SAR)是近几年来开始试验的一种有源微波遥感系统,它通过记录地面景物对空间SAR微波射束的2维响应而获得图象,可用来发现和识别地面景物表面的形态变化,取得有关地球资源、地质结构、海洋环境和洋流体系、植物生态等各种学科的数据。 1978年NASA发射了海洋卫星(Seasat-A),第一次进行了空间SAR的系统试验。验证了这种有源微波遥感系统的确具有可以穿透云层和雨障、实现全天候对地成象     

雷达天线机电轴一致性标定方法研究CSCD

介绍一种标定雷达天线机电轴一致性的方法,即确定结构坐标系和波束坐标系之间的转换关系。在雷达天线结构上固定一玻璃立方镜,用于坐标转换。在实验室和微波暗室进行两次测量,分别得到结构坐标系与立方镜的关系、波束坐标系与立方镜的关系,解决了单次测量误差大的问题。进行数据处理及不确定度评定,验证了机电轴一致性。     

平流层艇载风速计非接触供电系统的设计

针对平流层艇载风速计电滑环供电方式的不足，设计了基于DSP控制的艇载风速计非接触供电系统。利用电磁感应原理，明确了非接触供电系统的组成；通过建立系统等效电路模型，分析了影响系统传输效率及传输功率的因素；结合艇载风速计的结构及应用背景，借助ANSYS Maxwell电磁仿真软件设计了嵌套式松耦合线圈。通过对系统主要电路进行仿真并搭建基于DSP控制的原、副边电路，对系统的工作特性进行验证，仿真及试验结果表明：基于DSP控制的平流层艇载风速计非接触供电系统能够实现良好的非接触能量传输，降压后可为平流层艇载风速计供电。     

CCPT系统中基于副边阻抗调制技术的反向信号与能量叠加传输技术研究

为了解决金属环境条件下的无线供电和信号传输需求，提出了一种基于电容耦合方式的无线能量和信号并行传输方案。通过建立E类放大器的数学模型，分析电容耦合系统的传输特性和阻抗影响机理，设计了适用于E类放大器结构的调制与解调电路，并通过仿真验证了电路的可行性，为CCPT系统从能量传输到信号回传提供了系统性的理论指导。     

交直流转换电路的电路参数误差分析

为了达到更好的交直流转换效果,针对整流输出准确度影响较大的三种元器件(运算放大器、电阻以及二极管),分别进行电路误差分析,将输出结果与理想状态下全波精密整流电路的输出进行比较,总结精密整流电路减小误差的方法,为全波整流电路设计中提高交直流转换准确度提供参考.经电路测试验证,对电压有效值(0.4～4)V,频率(1～50)...