高功率微波空间功率合成效率分析

分析了影响高功率微波空间功率合成的主要因素,研究了几种误差对空间功率合成效果的影响,探讨了获得较好功率合成效果高功率微波的控制需求,通过仿真分析得出一些有价值的结论,能够为高功率微波空间功率合成的工程化提供参考与指导。     

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%。     

S频段同轴接口混合接头

S频段同轴接口混合接头具有如下特点：对微波信号进行合成；对微波信号进行3dB分路。应用对象为转发器分系统或各种需要微波能量合成或分路的系统及部件。     

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。     

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。     

微波无线能量传输功率放大器效率提升的 设计方法研究

针对用于微波无线能量传输系统中的微波功率放大器高效率需求,文章提出了一种提高功率放大器功率附加效率及输出功率的设计方法。通过功率放大器内部的功率流向统计,分析了反馈电容通道对高频功率放大器效率损失的影响,进而提出在栅极-漏极之间引入反馈谐振网络,提高晶体管内部漏极到栅极反馈支路的阻抗,减少产生的功率流向内部漏极到栅极支路,降低晶体管内部通道的功率损耗,从而保证在产生的总功率保持不变的前提下,增加了流向负载上功率,实现微波功率放大器输出功率的增加和功率附加效率的提高。验证电路仿真结果表明,功率放大器在5.78GHz~5.82GHz频率范围内功率附加效率均高于70%,漏极效率优于80.5%,输出功率高于10.5W。证明了该方法在提升功率放大器效率方面切实可行,研究成果对提高应用于微波能量传输系统的功率放大器效率提供有力支撑。     

雷达频率合成器综述

综述适用于雷达系统要求的频率合成器(简称频综)。讨论一些直接影响频综结构选择及其元器件选用的要求;阐述直接和间接合成两种方法,同时列举两者的优缺点和一些代表性实例。在简要讨论其分析过程后,总结了频综的关键元器件及其发展趋势。     

航天器间微波无线能量传输技术研究

微波无线能量传输技术在宇航领域具有广阔的应用前景,利用该技术可以将能量传递到各模块航天器,解决能源问题对卫星功能和性能的限制。在理论分析微波无线能量传输技术的基础上,提出系统设计方案,突破能量传输总体设计技术,探索影响能量传输效率的关键因素,寻求提高能量传输效率的有效方法,为航天器间无线能量传输技术逐步从理论研究转变为实际应用奠定基础。     

天线组阵信号合成技术的研究

介绍天线组阵信号的几种基本合成方案和相关算法,对其进行软件仿真分析。重点研究全频谱合成方案,进行了软硬件仿真试验。结果表明,全频谱合成方案的合成效率可以达到90%以上。     

基于升压原理的整流电路设计

为了提高微波无线输能系统接收装置中整流电路的RF-DC转换效率，本文提出了一种新的基于升压原理的整流电路设计方法。首先，通过对整流电路的工作原理进行分析，得到整流电路的等效电路模型。然后，通过推导整流电路转换效率的公式，分析了影响整流效率的关键因素。在分析了影响整流二极管能量损耗因素的基础上，提出了用提高整流电路中整流二极管输入端的电压幅值来提升整流效率的方法。在相同的输入功率下，通过升高二极管的输入电压幅值，可以降低流过整流二极管的电流，从而减小整流二极管的能量损耗。仿真结果表明，在整流电路与功率源匹配良好的情况下，通过提高二极管的输入电压幅值明显提升了整流电路的效率，在输入功率为20 dBm时得到了最高81.25%的整流效率。该设计方法能为快速提升整流电路的效率提供指导。     

滤波天线技术在微波能量传输中的应用研究

微波无线能量传输摆脱了传统能量传输的电缆限制,可以满足多个领域的应用需求,整流天线是完成微波-直流能量转换的重要装置。目前常规整流天线中存在的滤波器、阻抗匹配网络等损耗及常规微带天线的窄带特性,使得其效率及带宽等特性存在可提升的空间。文章在回顾滤波天线及整流天线的发展现状的基础上,提出将滤波天线的概念与整流电路相结合,开展滤波整流天线技术研究。将天线单元作为滤波器电路理论中的谐振单元开展滤波整流天线建模和分析理论研究,设计具有辐射、滤波、复数阻抗匹配等功能的天线及阵列结构,有望突破整流天线高效集成的技术难点,为微波无线能量传输效率提升提供技术基础。     

用圆柱形TM_(omo)模空腔谐振器的微波功率合成器的设计

目前,在微波频段,为实现几十瓦以上的大功率场效应晶体管(FET)放大器,必须用功率合成器。该论文中使用了输入输出电路为同轴线的圆柱形TMomo模(m=2,3……)空腔谐振器,提出了一种比过去结构简单、频带宽、插损低的合成器方案,并由等效电路说明了模数m和合成数对带宽的影响。空腔谐振器的寄生模会使采用合成器的FET放大器可靠性降低,因此提出了一种在TMomo模空腔谐振器里附加抑制寄生模的缝隙和副谐振器的结构。为了验证这种结构的有效性,进行了激励寄生模,测定其反射特性的实验。在12GHz,m=2及4时,本方案设计的4路、8路合成器的插入损耗分别为0.25dB和0.45dB,并实现了用该合成器最大输出为40W的FET放大器。     

微波无线传能系统中直流阻抗匹配器设计

微波无线传能系统存在整流电路输出直流功率随直流负载变化而急剧下降，以及多路不同功率直流合成效率低的问题。为解决上述问题，本文探索在整流电路和直流负载之间设计直流阻抗匹配器。通过场效应管控制阻抗匹配器的开断实现输入电压与平均输入电流之比不变，从而保证匹配器的等效输入阻抗恒定不变，达到与整流电路匹配的目的。设计和制作了一款输入阻抗为400欧姆的直流阻抗匹配器。测试表明，即使直流负载从400~6000欧姆大动态变化，该直流阻抗匹配器能够稳定地实现约60%整流效率。对两路直流功率合成，与直接合成相比，该直流阻抗匹配器将合成效率提升了5.75%~19.18%。     

6GHz-18GHz大功率高效率功率合成模块设计

超宽带功率合成是实现微波毫米波固态大功率发射机的关键技术。针对传统二进制功率合成方式合成效率低、体积大等缺点,提出一种新型同轴波导空间功率合成电路,采用Hecken形式渐变同轴过渡电路、渐变槽线微带过渡电路实现16路功率合成。实测结果表明,在6-18GHz频带内,功率合成器输出功率典型值为150W,电源效率典型值为20%,具有重要的工程应用价值。     

Ku频段混合接头

Ku频段混合接头对微波信号进行分路或合成，主要由波导裂缝电桥和波导同轴转换组成。该产品的应用对象为转发器分系统。     

用于空间太阳能电站的大功率正交场微波源分析

针对空间太阳能电站应用微波源，介绍了两种大功率真空电子器件磁控管和正交场放大管的基本工作原理，当前国内外两种器件所达到的效率和功率容量特性。从太阳能电站应用角度出发，对两种电真空器件潜在的效率、寿命及可靠性进行了对比和研究，根据两种器件的自身特性，面向高功率合成提出了技术方案和建议。研究结果表明，从寿命、效率和功率合成角度来看，采用正交场放大管作为太阳能电站微波源更为适宜，对太阳能电站系统方案选择与设计具有一定参考价值。     

100W微波等离子推力器的调试与地面实验

微波等离子推力器(MPT)谐振腔只有在谐振状态下，微波能量才能被高效地用于加热工质产生推力。采用微波无源器件回波损耗的测试方法对100W MPT谐振进行精确地调谐，分析微波能量的吸收效率及谐振频率带宽，研究腔体尺寸、微波耦合探针位置在同一谐振频率条件下的匹配性。在地面条件下，对100W MPT系统进行了实验，利用推力器腔体内的高电场强度可直接使系统推力器腔体中工质电离，其最高能量吸收效率可达98．3％。     

快回旋电子束波微波整流器及其应用

文章描述了把微波能量转变为直流电的回旋波整流器的结构和工作原理;分析了它在卫星太阳能电站等大功率无线输电工程应用中的优点,并与一般用于无线输电技术原理性演示和小功率输电的肖特基势垒二极管整流方法进行了比较;回顾分析了它的发展历史和研究现状;指出了今后需要进一步深化创新的有关问题;讨论了在卫星太阳能电站地面接收整流天线阵和其它电力工程中的应用前景;最后表达了作者自己的一点想法和希望。回旋波整流器从最早的理论研究、计算机模拟和实验室试品到现在准实用型的产品,已经受了30余年的漫长历程,其外观、性能正在逐步得到改进。将来高可靠性整流器的优化参数为：输入微波频率范围1GHz～10GHz,带宽0．5％～5％,输出电压高至100kV,输出功率大到100kW,微波整流效率85％～90％。     

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。     

国外微波等离子推进器研究的新进展

回顾了国外微波等离子推进器（ＭＰＴ）的发展历史，简单介绍其基本工作原理与主要部件的设计、选材，论述理论与实验研究的新进展，给出推力、比冲与实验参数的范围。通过与电弧及电阻加热推进器的比较，得出结论：微波等离子推进器具有寿命长、效率和比冲高的优点，可用于地球同步通讯卫星的南北位置保持等。