›› 2017, Vol. 37 ›› Issue (2): 19-27.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0028

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微波能量传输系统设计及试验

 王颖1,2,*, 韦高1, 董亚洲1,2, 董士伟2, 付文丽2, 李小军2, 冉立新3   

  1. 1西北工业大学电子信息学院,西安710072
    2中国空间技术研究院西安分院,西安710000
    3浙江大学信息与电子工程学系杭州310027
  • 收稿日期:2016-11-22 修回日期:2017-01-20 出版日期:2017-06-25 发布日期:2017-05-18
  • 作者简介:*通讯作者:王颖(1981-),女,博士研究生,wangying_c504@163.com,研究方向为微波整流与空间无线能量传输技术

Designandtestofmicrowavepowertransmissionsystem

 WANG  Ying1,2,*, WEI  Gao1, DONG  Ya-Zhou1,2, DONG  Shi-Wei2, FU  Wen-Li2, LI  Xiao-Jun2, RAN  Li-Xin3   

  1. 1CollegeofElectronicInformation,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi′an710072,China
    2ChinaAcademyofSpaceTechnology(Xi′an),Xi′an710000,China
    3ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China
  • Received:2016-11-22 Revised:2017-01-20 Online:2017-06-25 Published:2017-05-18

摘要: 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。

关键词: 空间太阳能电站, 微波能量传输, 天线, 完美匹配层, 整流, 波束中心, 功率密度

Abstract: MicrowavepowertransmissionservedasthecoretechnologyoftheSpaceSolarPowerSatellite(SSPS)wasstudied.Therectifyingsurfacewasresearchedbasedontheconceptofperfectlymatchedlayertosolvetheproblemthatbeamcollectionefficiencywoulddeclinewithdistanceawayfromtransmittingantennabecauseofthespreadofbeam,bychangingperfectlymatchedlayerstructureconjugatematchbetweenantennaoutputimpedanceandrectifiercircuitinputimpedance.Therectifyingsurfaceexhibitsastrongrestraintohighorderharmonics,withouttheneedofRFfilterwhichisanimportantelementforthetraditionalrectenna,sothecircuitstructureissimpleandhighconversionefficiencyenergycanberealized.Andundertheproposedlimitforthecenter-of-beampowerdensitytoassureenvironmentalhealthandsafetyformicrowavetransmission,anexperimentalsystemwithsolidpoweramplifierat5.8GHzwasconstructedandtested,andthemaximumconversionefficiencyis57.7%.TheexperimentresultsshowthatthedesignedmicrowavepowertransmissionsystemisbenefitforgrounddemonstrationtestinginminiatureversionandbuildingofSSPSinfuture.

Key words: SpaceSolarPowerSatellite, microwavepowertransmission, antenna, perfectlymatchedlayer, rectifier, centerofbeam, powerdensitiy