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中小功率的整流天线技术研究

徐君书  
【摘要】:全球能源危机的提前到来,加快了人类开发利用空间太阳能能源的步伐,而空间太阳能卫星的提出,将会使人类全面开发利用太阳能逐步成为现实。作为太阳能卫星中的关键技术—微波输能技术,伴随着它在其他领域的广泛应用,对它的研究已经越来越有应用潜力和实际意义。 在国家自然科学基金重点项目(69889501)和国家自然科学基金项目(6017107)的资助下,本论文以设计出实际应用的高性能、高整流转换效率为目标,对整流天线技术进行了系统深入的研究。 本文的主要研究工作和创新成果有: 1、利用微波输能技术的理论为不锈钢管道无缆探测微机器人建立了一套微波供能系统,它包括不锈钢管道微波激励装置和管道内微波能量接收装置(整流天线)。激励装置使微波在管道内实现了以TE_(11)~(?)单模传输,并解决了微波在不锈钢管道传输过程中的极化旋转以及能量传输的稳定性问题。实验测得工业用不锈钢管道的传输损耗为0.3dB/m,与计算结果1.1dB/m比较吻合。表明此微波源激励装置可用于向管道内微机器人提供微波能源。在能量接收装置的设计中,针对管道内微波接收装置的特点(一是解决整流电路的尺寸受管道内径的制约,二是解决微机器人旋转作业时造成的微波极化方向失配)。我们分别设计了管道内准八木天线和圆极化微带贴片天线作为接收天线,整流电路采用了倍压电路形式,充分发挥了HP-HSMS-8202二极管的结构性能,最终对整个微波供能系统的测试结果表明,此系统提供的直流电源能够保证管道内机器人的驱动电机正常工作。 2、利用配有选件085的Agilent 8722ES矢量网络分析仪和自行设计的微带TRL校准件,我们首次给出了一种能够直接测量微波二极管大信号特性的测试系统(在已公开的资料中没有直接测量二极管大信号特性的文章报道)。利用此系统可直接测得二极管大信号S参数和输入阻抗,进而可由软件仿真优化由二极管大信号的等效电路模型参数.利用HP-HSMS8202二极管在10GHz测量的大信号特性参数,设计了一个相应的匹配整流电路,通过对其微波-直流的整流转换效率的测试,验证了我们所设计的这套测量系统的准确性,此测量方法可广泛适用于一般固态器件大信号的特性测量。 3、在二极管大信号特性的测量基础上,对自由空间中整流天线单元和阵列进行了系统的研


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