航天器太阳电池阵列的发展历程

电源系统是航天器的重要组成部分.航天器电源系统主要有三种类型,化学电池、核电源和太阳电池阵列,而太阳能是航天器系统广泛应用的能源.太阳电池阵列是将太阳能转换成电能的装置,它像翅膀一样在航天器的两边展开,所以又称太阳翼.太阳翼上贴有半导体材料,如掺有5价磷和3价硼元素的硅片,常用的半导体材料还有单结砷化镓和三结砷化镓.太阳电池阵列靠这些半导体材料将太阳能转换成电能.     

航天器的新一代太阳能电源——可自旋展开薄膜电池阵

目前世界上绝大多数航天器都是采用太阳能电源。太阳能电源从结构上分为体装式和帆板式两类：体装式是将太阳能电池安装在卫星的外表面,仅适用于自旋稳定而且功率小的卫星：帆板式是将太阳能电池安装在可折叠的硬板上．在太空将其展开。一般来说。电源系统约占航天器重量的1／4到1／3。随着航天器功能的增强．所需电力还在不断增长。因此．降低太阳能电源系统的重量并提高其发电功率．具有举足轻重的意义。     

聚光式空间太阳能电源系统

介绍了聚光式太阳能电源系统的分类、原理及国外的研究与应用进展,分析了反射式与折射式空间太阳能聚光系统的优点与不足,指出了高精度太阳指向控制、耐环境薄膜材料、薄膜太阳电池、高密度热流热控等技术难点及需要解决的关键技术,对我国开展空间太阳能聚光系统技术研究提出了建议。     

一种星载微波接收机应用的全集成厚膜电源设计

应新一代小型化、轻量化星载微波接收机需求,借鉴引进的国外微波接收机全集成厚膜电源设计理念,采用轻质化硅铝材料和LTCC厚膜集成技术的新方案设计了一种应用于星载微波接收机的全集成厚膜电源.该厚膜电源模块为全集成设计,除了实现DC-DC基本功能,还集成了EMI滤波器以及多个功能电路单元,模块可直接和卫星平台配电系统对接.本...     

星载高速数字电路电源芯片选型及电源完整性设计

优化电源完整性及可靠性设计可以有效提高高速数字电路在高速、高负载及极端环境下工作的性能及可靠性。通过对开关式点电源及LDO (低压差线型稳压器)两种供电方式在星载高速数字电路中的应用特点进行分析,总结出针对两种电源在电源完整性上的设计准则,量化相应测试指标,通过对开关类电源LTM4644及LDO型电源对信号完整性设计及电源芯片选型进行研究优化,为星载高速数字电路电源完整性设计及测试提供部分参考及依据。     

水情遥测系统中的太阳能电源

该文阐述了水情遥测系统中所用的太阳能电源的设计思想和方法,由多年的实践并结合实际工程,在最恶劣的气候条件下,对测站和中继站的太阳能电池阵列及与其配套的蓄电池的容量,进行分析计算,对今后从事水情遥测的设计有重要参考作用。     

以色列开发出新型无线电源

2008年1月中旬，以色列Powermat公司开发出一种无线电源，这种被称为“电源垫”的无线电源可通过电磁波实现电力传输，从而省去了连接电源线和电源插座的麻烦。公司首席执行官波利亚金称，这种电源的工作方式有点像电子标签。电子标签通常由阅读器和标签构成，阅读器利用天线在周围形成磁场，与阅读器发射频率调谐的“标签”从磁场中获得能量后转换为电信号发送给阅读器。     

太空发电站地面接收站附近电磁环境评估

随着全世界范围对能源的需求量与日俱增，空间太阳能发电概念为人类全面开发利用空间太阳能提供了可能；其中，微波电能传输是实现空间太阳能发电的一种极具潜力的技术方案，受到前所未有的重视。与传统能源（煤炭/石油/核能）类似，空间太阳能发电必然影响地球环境，尤其是微波电能传输使用高功率的微波长时间、固定位置穿透大气层并长期照射地面接收站，必须研究和分析空间太阳能发电对环境的影响。因此，通过对太空发电站系统相关参数的分析，利用基于等效原理的口径场法推导出地面接收站系统附近场强的计算公式，进一步通过对发射天线照射区域进行划分的方法分别仿真地面接收天线中心位置和边缘位置处的场强。最后根据我国政府制定的电磁辐射曝露限值管理标准提出公众、工医科设备及通信系统不受地面接收站电场强度影响的安全区域范围。     

立方星电源系统最大功率点跟踪优化控制方法

针对立方星在能量来源严重受限条件下如何提高太阳能利用率的难题,提出一种适用于立方星的集中供电式空间微电源架构(EPS),并设计基于改进粒子群优化算法的最大功率点跟踪(MPPT)控制策略来提升能量转换效率。首先,推导太阳电池阵列的数学模型,并根据太阳电池阵列的工作特性,提出电源系统最大功率点跟踪控制的物理系统实现结构。其次,设计基于改进粒子群优化(PSO)的最大功率点跟踪控制算法,并进行了数学仿真校验。最后,对所设计的电源系统架构进行了硬件实现和试验验证。地面试验结果表明,电源系统的太阳能最大转换效率可达95.5%。该电源系统成功应用于世界首颗12U立方星“翱翔之星”的飞行试验,在轨数据表明电源系统工作状态良好,为微纳卫星电源系统的设计提供了有益参考。     

小型化超宽带螺旋天线工艺研究

通过开展小型化螺旋天线制造工艺技术研究,突破和掌握了复合式三维螺旋天线集成制造关键技术。试制的螺旋天线通过了例行环境试验考核,性能稳定。测试结果表明,复合式小型化螺旋天线集成制造工艺可行可靠。     

卫星电源系统优化设计

对卫星电源系统进行总体优化设计是提高其可靠性和性能,减轻重量的一条重要途径。以太阳同步轨道卫星为背景,研究了太阳电池阵/蓄电池组联合电源系统的优化设计。包括以下内容:(1)轨道光照条件的计算方法;(2)研究了固定展开式、一个自由度对日定向式和两个自由度对日定向式等构型的太阳阵的最佳应用范围,建立了太阳阵的直流分析模型;(3)建立了蓄电池组的容量设计方法和直流分析模型,对蓄电池组的组成和充电方式,能量多圈平衡等问题进行了优化分析;(4)以太阳阵的输出功率为目标,对峰值功率跟踪(PPT)和直接能量传输(DET)两种太阳阵功率调节方式的应用范围进行了分析和比较。以电源系统的重量功率比最小为目标函数,对四种典型DET方式的电源系统配置方案进行了优化比较;(5)建立了以母线为核心的电源系统的交流小信号模型,导出母线阻抗,稳定性,瞬态响应和纹波的分析方法,对母线性能进行了优化设计;(6)对SEDSAT-1小卫星电源系统进行了仿真实验,部分验证了上述研究结果。本文的研究可用于电源系统总体设计的方案比较和方案优选过程。它将有助于定量地比较和优选电源系统设计方案,并实现降低重量功率比和提高性能的目的。     

MOSFET单粒子烧毁引起的DC/DC电源变换器功能失效试验研究

文章利用回旋加速器产生的Kr离子,对双路输出的DC/DC电源变换器开展了单粒子效应试验研究,分析了在空载和加载两种偏置条件下的试验结果,指出内部功率MOSFETs器件的漏-源端电压在单粒子辐照条件下超出了器件的击穿电压是导致DC/DC电源变换器单粒子功能失效的直接原因,最后给出了航天器电源系统抗辐射设计和功率MOSFETs器件选用建议。     

一种深空探测器电源共用的方法

针对深空探测器重量约束苛刻的特点,提出了一种适合探测器A和B组合体的电源共用方法,充分利用探测器A和B电源控制器原有的功率模块,设计电源共用电路和一套逻辑控制指令,通过两器间的电接口实现电源共用,并对该方法的技术先进性进行了详细分析,可为深空探测器电源系统设计提供参考。     

Ka频段有源瓦片天线的设计

有源相控阵天线广泛应用于弹载、星载、舰载、机载雷达及电子对抗、汽车自动驾驶等领域。按照T/R组件和天线的集成方式不同,相控阵天线分为瓦片式结构和砖块式结构。传统的砖式结构,多路合成体积过大、损耗过高且造价昂贵,采用微组装工艺生产,量产良品率低。介绍了一种瓦片式有源天线,给出了天线样机的典型性能指标,工艺实现简单,具有轻型化、小型化、低成本及高可靠等特点。针对瓦片天线设计中的难点、垂直互联技术和复杂的馈电网络,结合理论分析进行了仿真设计。为了验证相控阵天线的性能,在微波暗室对天线进行了测试。测试结果表明,设计的瓦片天线法向EIRP＞31dBW,G/T＞-4dB/K,扫描至45°时EIRP＞29dBW,G/T＞-6dB/K,发射状态功耗小于10W,接收状态功耗小于6W。     

单片毫米波天线

半导体偶极子天线是硅和GaAs单片毫米波系统设计中的一种新型集成器件.该器件通过改变半导体材料中的载流于密度即可控制天线的辐射特性,这一点与传统的金属偶极子不同.本文将介绍评价硅和GaAs偶极子性能的数值计算法,还将讨论使其它器件和这类天线集成在一起的实际布局.     

Ka频段双极化低剖面卫通相控阵天线

当前国内外低轨通信互联网星座发展迅猛，面向卫通天线跨星跨波束快速切换、低剖面应用需求，提出了一种Ka频段层叠式缝隙耦合双圆极化发射相控阵天线。基于多层PCB叠层瓦式架构，将天线层、电源与控制层、功分网络层和芯片层一体化集成。基于“双线极化天线+移相控制”设计实现左右旋圆极化及其极化切换，采用子阵相位旋转排布实现天线整阵二次圆极化。测试结果表明：天线工作频段为27.5~31GHz，29.2GHz处法向等效各向同性辐射功率值为16.5dBW，可实现±60°扫描，法向轴比＜2dB，左右旋圆极化可切换，天线子阵厚度3mm。相比传统砖式相控阵天线，大幅降低了剖面和重量，对卫通天线低剖面、波束快速切换等具有重要应用意义。     

防空导弹电源展望

综述国内外防空导弹化学电源的现状和今后的发展趋势.对国外现有几种防空导弹化学电源的优缺点作了比较.研究和分析表明,未来的国外防空导弹化学电源将向锂系热电池方向发展.指出在目前与国外先进水平尚有不少差距,而国内人力、财力均不足的情况下,我国发展化学电源技术应采取“有限目标、突出重点”的方针,以及统一规划,适当竞争.根据现有技术和设备条件,我国应以锂系热电池作为发展化学电源技术的主攻方向.     

一种基片集成波导馈电的毫米波磁电偶极子天线设计

文章研制了一种宽带毫米波磁电偶极子天线.该天线采用基片集成波导缝隙耦合馈电,抑制了表面波辐射,降低了传输损耗.通过中心地板蚀刻的矩形缝隙和上层贴片蚀刻的H型缝隙,来优化电流路径,改善天线的谐振和匹配特性,提高了天线的辐射效率.采用HFSS软件进行仿真,对天线进行了优化设计,结果表明,天线的-10 dB阻抗带宽为24.5 GHz～33 GHz,且带宽内增益平稳,方向图稳定,E面和H面辐射方向图具有低交叉极化特性.该天线的宽带和易集成特性使其在毫米波无线通信系统中具有很好的应用前景.     

一种新型行波管电源高压开关电路

在某型号任务中研制成了一种新的行波管电源高压开关电路。该电路选用COMS组件,实现了对行波管加电程序进行控制的功能。和以前的电路相比,用电子开关取代了机械开关,提高了可靠性,体积和重量比原来电路减小三分之一。该电路元件少,电性能好,抗干扰能力强,给行波管电源外围电路的小型化研究奠定了良好的基础。     

反射面天线结构振动下的电性能分析方法

为分析反射面天线结构振动对天线电性能的影响,文章给出一种结构振动与电性能集成建模分析方法,得到从结构振动到天线电性能指向的直接近似关系式,将天线的电性能增益离散至模态空间,并与整星动力学模型结合组成天线结构振动与电性能集成模型,从而可通过求解时域振动模态坐标得到振动过程中反射面天线的电性能增益变化情况,实现卫星天线结构振动到电性能增益的动态变化仿真分析,弥补了当前电性能分析仅可针对天线单次静态结构变形展开的不足。