微波输能中一款S波段整流天线阵列研究

微波无线能量传输是空间无线能量传输的一种途径,微波整流天线阵列作为微波无线能量传输系统的重要组成部分,得到了迅速发展和研究。文章在2.45GHz频段分别设计了微带偶极子接收天线和高效微带整流电路,并组成50cm×50cm的微波整流天线阵列。阵列由72个整流天线单元组成,每个整流天线单元包括一个偶极子天线和一个整流电路。实验测试得到37.1%的整体传输效率。     

微波无线能量传输与收集应用系统的研究进展及发展趋势

随着无线技术的发展，包括感应式、磁耦合谐振式等传统形式的无线能量传输方式传输距离限制的缺点愈发凸显，制约了其在更多领域的应用推广。而微波无线能量传输技术的出现为解决这一问题提供新的思路，逐渐成为近年来研究的热点。微波无线能量传输应用系统根据接收端的状态不同分为静态应用系统与动态应用系统两种形式。静态点对点的输能系统包括艾利波束传输系统、点对点传输系统；动态传输系统的实现有多种多样的形式，主流的技术包括：基于相控阵技术的微波无线能量传输系统；基于方向回溯技术的微波无线能量传输系统；基于时间反演的微波无线能量传输系统。本文从微波无线输能系统的架构，不同工作方式的输能系统进行研究技术发展总结，最后在现有微波无线输能系统的研究进展基础上，分析概括了微波无线能量传输应用系统的未来发展趋势。     

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。     

毫米波高频段无线能量传输技术发展及其空间应用研究初步设想

随着我国航天事业的发展,空间任务也越来越复杂,能源供给是航天器面临的首要共性问题,航天器间的无线能量传输也显得愈发重要。由于航天器在体积重量和功耗上的限制,为了保证有效的无线能量传输,需要采用毫米波高频段,同时还要解决如何在有限的发射功率和发射天线口径情况下提高接收功率等技术难题。在回顾毫米波高频段无线能量传输技术发展的基础上,提出探索基于慢衰减电磁波产生和准无衍射波束形成的远距离时空聚焦微波能量传输理论与方法,并开展毫米波高频段整流器件建模研究和高效整流天线集成设计工作,建立航天器间毫米波无线能量传输缩比简化原理验证系统的研究设想,有望为航天器间无线能量传输效率提升提供技术基础和技术途径,也将推动无线能量传输在无人机无线输能、地面特殊场合供电等远距离无线输能应用系统的发展。     

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。     

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。     

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。     

基于无衍射光束的高效远距离无线能量传输技术

针对传统高斯光束具有随着传输距离增大，光斑直径不断变宽，到靶功率密度不断减少的缺点，而无法用于远距离无线能量传输的难题。对具有中心光斑直径小且传播距离远的无衍射光束进行了研究，通过相位调控技术产生近无衍射光的方法，设计了一种基于无衍射光束的激光传能光学系统，得到了在传输相同距离的情况下，无衍射光束相比高斯光束能够保持长距离不发散的结果。研究结果表明，该无衍射光学系统能够有效提高传输距离减少能量损失，提高到靶功率密度，进而降低接收端光电池的接收面积及系统的体积重量。     

超表面多波束天线技术及其在无线能量传输中的应用

自上世纪60年代无线能量传输首次成功的实验验证以来,该技术已成为电子科学与技术多个子领域的热门研究方向。近年来,在物联网、移动通信、和新能源汽车等变革式迅猛发展的推动下,智能电子和电气设备数量激增,无线能量传输技术的开发和成熟显得日益重要,其应用变得更加广泛。无线能量传输主要基于磁感应、谐振耦合、以及电磁辐射三种机理,现有的绝大多数研究集中在基于近场感应和耦合式的能量传输,无法满足很多广域场景下的充能要求,因此,高效中远距无线能量传输方案的解决成为当务之急。由亚波长单元构成的电磁超表面剖面低、损耗小、具有强大的电磁波调控能力,可实现低成本的菲涅尔区和远场区多波束聚焦,给无线能量传输带来了新的思路和方法。文章主要对超表面多波束天线技术进行介绍,包括对已有工作的整理和归纳,以及对其在无线能量传输中潜在应用的展望。     

非均匀序微波能量整流超表面

电磁超表面在完美吸收层中得到广泛应用，其物理特性可以借鉴到微波能量收集中。将非均匀序电磁超表面与整流电路结合形成非均匀序微波整流超表面，在微波能量收集中既保证了高的波束收集效率，又有利于整流效率。本文讨论了微波能量整流超表面的概念、理论及其应用。     

非谐振单元加载的宽带超表面透镜天线设计

传统标准增益喇叭天线测试系统在测试物体的电磁特性时,由于要满足入射波为平面波的要求,通常要满足天线的远场条件,这样在测试过程中会产生绕射等现象,影响测试结果.通过在天线波导口处加载相位补偿的非谐振超表面单元可以改变电磁波的传播方向,使其在近场处也可以产生近似平面波的效果,可解决在测试过程中绕射等现象导致的测试结果不准确...     

一种S频段具有RCS缩减特性的编码超表面

设计了一种覆盖S频段的电控1-bit编码单元，并对其进行了等效电路分析与参数优化，单元在0/1两种工作状态下相位相差180°；以此为基础完成了9×9超表面阵列设计，通过设置变容二极管两端的偏置电压，使各个超表面单元能够根据设计需求在0/1两种工作状态之间切换，从而实现反射电磁波能量干涉相消。仿真结果表明，编码超表面阵列在2 GHz~4 GHz内相对于同尺寸的金属板能够实现15 dB以上的RCS减缩。     

基于感应耦合式无线能量传输的 微纳聚合体航天器电源系统设计与验证

微纳聚合体航天器是一种以机械或电磁锁紧机构实现各模块化基本单元航天器连接的新型航天器架构,可以灵活实现在轨组装与自重构以满足不同任务需求。但是,基于传统电连接器的电气互联方式无法适应模块化航天器间灵活交汇对接与快速分离需求。针对上述问题,文章建立了基于感应耦合式双向无线能量传输的微纳聚合体航天器电源系统架构,根据地面演示验证需求分别设计了能源核航天器和载荷任务航天器电源系统参数,然后根据各模块化航天器间非接触供电需求,设计了双向无线能量传输单元参数,最后通过地面演示试验验证了基于双向无线能量传输的微纳聚合体航天器电源系统架构可行性,单级无线能量传输功率在20W~30W时传输效率稳定在75.8%以上,通过效率优化提升至95%以上,将可实现四个基本单元航天器的多级功率传输。     

基于双谐振棋盘式超表面的宽带RCS缩减技术

为实现宽频带的雷达散射截面（RCS）缩减效果，提出一种基于棋盘式超表面的RCS缩减技术，可达到宽带RCS缩减且极化不敏感的效果。介绍了提高RCS缩减带宽的原则，设计了X波段的棋盘式超表面，通过电磁散射对消技术，电磁波经超表面反射后分散向不同的方向，实现了异常反射从而降低RCS。与普通棋盘式超表面不同，为了克服一般超表面都有的相位收敛问题，提出了双谐振棋盘式超表面，即用两种谐振频率不同的结构组成双谐振单元结构，使单元具有均匀相位差的频段得以拓宽，从而扩展了超表面的缩减带宽，实现了10 dB缩减带宽达到8 GHz~14.5 GHz且极化不敏感的效果，通过仿真证明双谐振棋盘式超表面可以实现宽频率范围的RCS缩减效果，且极化不敏感。     

有源电磁超构表面应用综述

电磁超构表面具有卓越的电磁波人工控制能力,可应用于透射、反射、衍射等多种情况,因此,超构表面在基础光学和电磁调控领域中的具有巨大的应用潜力及前景。将有源元件引入电磁超构表面是开发下一代平面光学组件和电磁器件的关键步骤。在过去的几年里,许多研究者尝试开发基于各种新型活性材料和可调谐机制的超构表面器件,使之具有动态调控功能的光学特性（如振幅、相位、偏振、空间、时间响应）及器件功能（如光束转向、动态聚焦、可调谐滤波器、动态全息图等）。这些有源超构表面在实际应用中显示出巨大的前景,但仍存在重大挑战。本文主要讨论了基于有源电磁超构表面的若干潜在应用、新兴技术和研究方向。     

利用等离子体通道实现空间太阳能无线能量传输

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。空间无线能量传输技术是空间太阳能电站的关键技术之一。文章首先分析了微波与激光无线能量传输技术的问题,根据空间太阳能传输的具体需求进一步提出基于等离子体通道的无线能量传输技术,并对基于此项技术的空间太阳能传输系统进行了论证,完善并发展了空间太阳能传输模型。基于等离子体通道的无线能量传输技术为多个领域的能量补给提供了新颖的技术途径,是具有广阔应用前景的战略选择。     

模块化多旋转关节空间太阳能电站方案设计

文章基于多旋转关节空间太阳能电站(MR-SPS)方案,以降低远距离高压电力传输技术难度为核心,提出一种更新的模块化多旋转关节空间太阳能电站概念。该方案在分布式太阳电池分阵和多导电旋转关节基础上,对于微波发射天线阵也进行了模块化设计和分布式布局,实现了太阳电池分阵和微波发射天线分阵的一一对应,形成多个独立的太阳能发电与能量传输模块,通过模块的扩展实现整个空间太阳能电站。该方案大幅简化了空间电力传输与管理的复杂性和在轨组装的难度。同时各个模块完全独立,组装后即可单独工作,也提高了系统的可靠性。     

国外空间磁场耦合式近场无线能量传输技术发展分析

磁场耦合式近场无线能量传输具有高效率、非接触、无金属触点裸露等优点,对于解决空间非接触供电具有重要应用前景。为了推进空间磁场耦合式近场无线能量传输相关技术的研发和成果转化,文章重点梳理了国外在空间磁场耦合式近场无线能量传输技术的发展路线图,调研近十五年来已经开展的演示验证或技术示范项目,分析国外关键技术方案及指标,提出航天器内设备间厘米级范围内优先采用感应耦合式无线能量传输、航天器间几十厘米到米级范围优先采用谐振耦合式无线能量传输、传输功率需提升至千瓦级以上、传输效率优于85%的发展建议,为未来发展空间磁场耦合式近场无线能量传输技术提供指导。     

一种紧凑型高效率毫米波整流天线

为了提高毫米波无线输能系统的接收端效率,设计了一款基于缝隙耦合馈电的紧凑型高效率毫米波整流天线,该整流天线通过划分子阵,每个子阵单独进行能量转换,采用直流合成的方式进行整合输出,具有尺寸小、剖面低、易共形等特点。天线采用缝隙耦合馈电,馈线和辐射贴片分别在地板的两侧,有效的减少天线电路之间的影响,同时增大了天线的有效辐射面积。后端整流电路采用单二极管并联整流拓扑,利用扇形枝节作为直通滤波器进行直流滤波。该整流天线工作频率为35GHz,天线阵列增益为23.4dBi,实测在17dBm接收功率下具有最高58.65%的整流效率,可广泛应用于毫米波无线输能系统中。     

面向卫星通信系统的低成本超表面相控阵技术

低轨通信卫星系统因其传输延迟小、通信容量大、发射运营成本低等优势,受到了国内外的广泛关注。然而,低轨通信卫星技术的发展对星载天线系统提出了挑战。为提高卫星星座的通信容量以及实现对用户的跟踪覆盖,波束扫描、波束可重构及多波束覆盖不可或缺。在低成本建设运营的背景下,迫切地需要一种低成本的天线系统方案。作为一种低成本新型相控阵技术,综述了超表面相控阵天线技术及其在波束调控中的应用。首先对超表面天线波束形成的方法进行了简单的研究,之后介绍了超表面电磁调控的机理以及实现可重构的手段,最后介绍了超表面相控阵天线在波束形成、波束扫描、多波束产生中的应用。该技术相较于传统相控阵技术,大幅降低了成本,且在电磁波极化、频率调控中展现出巨大的灵活性。通过对该技术的综述,展望了超表面相控阵在低轨通信卫星中的应用。