微波输能技术的研究进展及发展趋势分析.pdf

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1、DOI:10．13878/j．cnki．jnuist．2017．01．0051111林先其许冬冬曾姜杰樊勇微波输能技术的研究进展及发展趋势分析摘要0引言微波输能技术(MPT)是实现远距离能量无线传输的主要方式之一，也是空1亿年前，数以万计的微生物、植物用千万年的时间收集太阳的间太阳能电站系统的核心技术之一．本能量并把其储存在大地深处，它们就是我们现在所使用的煤、天然气文主要介绍了微波输能技术的国内外研究现状，并对微波输能技术的系统组成和石油．正是这千万年的积累才使人类在现代社会生活得如此舒适和与关键技术做了分析，其中主要针对微富足．在过去的10

2、0年里，世界人口从17.5亿增长到70亿，超过20亿波发射子系统与微波接收子系统两大模人移居到了城市，人类开始慢慢地步入现代化社会．以此同时，人类所块进行了详细的讨论．最后，对微波输能系统技术所存在的问题以及未来发展的需的能源也越来越多，现代社会正在快速地消耗着这些不可再生的趋势进行了概括．能源．据资料显示，世界所剩下的石油储量仅够人类使用40年，天然关键词气及煤炭储量则分别为55年和152年．21世纪面临着能源危机的挑微波输能技术;空间太阳能电站系统;微波发射子系统;微波接收子系统战，急需寻求可持续发展的新能源来代替这些不可再生的能源，一方面

3、解决能源短缺的问题，另一方面解决由于煤、天然气和石油等矿物中图分类号TN011能源使用所带来的环境污染问题．太阳能、风能、水能和地热能等新能文献标志码A源正在逐步被人类研究和利用，其中太阳能更是一种巨大、久远、无尽的能源．尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量(约265为3.75×10W)的22亿分之一，但是已高达1.73×10TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤．从某种程度上来说，地球上的风能、水能等能源均来自太阳能，即使是地球上的化石燃料(如煤、天然气、石油等)从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能．近年来

4、对于太阳能利用的研究越来越多，其中空间太阳能电站系统(SpaceSolarPowerSystem，SSPS)就是一种采集空间中的太阳［1］能，并转为地球表面使用的系统．空间太阳能电站系统如图1所示，它是将太阳能卫星放置在同步轨道或近地轨道，通过太阳能电池板持续接收空间太阳能并将其转化成电能，然后将电能转化成电磁能量通过无线能量传输的方式将能量输送到地球表面的接收系统．其中收稿日期2016-11-30资助项目国家自然科学基金(61571084);教微波输能技术(MicrowavePowerTransmission，MPT)占到了主导性作育部新世纪

5、优秀人才(NCET-13-0095)用，它可以将能量以无线的形式进行大功率、远距离的传输，这为空作者简介林先其，男，博士，教授，博士生导师，教育间太阳能电站的充分利用提供了基础．相对于利用交通工具或高压送部新世纪优秀人才，主要研究方向为天线理论电设备等传统的能量传输方式，微波输能技术由于其独特的优点，它与技术、无线输能、微波毫米波电路与系统．xqlin@uestc．edu．cn的应用领域也日益扩展，除了用于太阳能发电卫星计划之外，微波输能还可以应用于临近空间飞行器、微波驱动直升机、机器人供能及偏1电子科技大学电子信息工程学院，成都，［2］远地区

6、的能量传输．611731学报(自然科学版)，2017，9(1):34-45JournalofNanjingUniversityofInformationScienceandTechnology(NaturalScienceEdition)，2017，9(1):34-4535［5］率发展即MPT．基于第二次世界大战期间微波管［6］的发展，美国人Brown开始了MPT的研究和开发，他在1964年与美国雷声公司合作完成了MPT系统的实验，成功利用了S波段的MPT系统驱动直升机．安装在该飞机机身上的整流天线阵接收发射天线发射的射频能量，然后通过整流电路

7、将其转换成直流，整个整流天线阵输出的直流功率为200W．1968年，美国人Glaser发表了有关太阳能卫星的工作报告(S波段)，它首先通过太阳能电池板获得太阳辐射的能量，然后通过微波源产生微波能量，最后通过发射天线阵列定向传送给地面上的大型整流天线阵．1970年，马歇尔航天中心(MSFC)与雷声公司合作，不断提高整个MPT系统的效率．系统效率主要包括3个:微波源将直流变为射频的效率、发射天线的传输效率、接收端将射频转换为直流的效率，将这［1］图1空间太阳能电站系统示意3个效率相乘就得到系统的总体效率．到1974年伴［1］Fig.1Schemat

8、icdiagramofSpaceSolarPowerSystem随着SPS的研究，MPT系统效率达到了54%左右，系统工作频率为2.446GHz，整流