国之重器出版工程 空间无线能量传输技术

　　空间无线能量传输技术不仅可以推动空间太阳能电站发展，而且可以解决分布式可重构卫星、月球基地等特殊应用供电需求难题。作者基于“863”等多个课题研究成果，总结国内外技术发展及应用的基础上，结合空间无线能量传输工程应用需求，编写此书。第1章介绍了无线能量传输技术分类及特点，分析了国内外无线能量传输技术发展动态及应用前景。第2章研究了天线能量传输理论及设计方法。第3章介绍了大功率发射机的种类、技术方案和典型设计方法。第4章内容包括微波无线能量接收整流技术方案和实现途径。第5章研究了空间无线能量传输系统组成、传输理论和系统链路效率。第6章内容包括激光无线能量传输技术及国内外发展概况。第7章简要介绍了国内外典型的空间无线能量传输试验情况，以及一种高效微波无线能量传输演示验证系统。本书将空间无线能量传输基础理论和工程应用相结合，实用性强，适合从事空间无线能量传输技术工作的工程技术人员、科研人员使用，亦可供科研院校相关专业的师生阅读。

　　马海虹博士，高级工程师。主要研究方向为空间无线能量传输、毫米波频率源和卫星通信载荷等。承担了分布式可重构卫星系统模块航天器间无线能量传输技术（863计划）等无线能量传输项目，突破了无线能量高效率传输等诸多关键技术，建立了国内首台高效率微波无线传能演示验证系统，有效推动了我国空间无线能量传输技术的发展。获国防科学技术进步三等奖2项，发表科技论文25篇，获国家发明专利6项。李成国博士，研究员。主要研究方向为相控阵雷达、星载天线、自跟踪与标校等。承担了国家“十二五”和“十三五”等多项星载相控阵天线研究项目，主持完成了国家重大专项任务中星载相控阵天线研制，实现了在轨飞行验证和批产，突破了相控阵机电热一体化、宽角扫描、高效率有限扫描、在轨自标校、多频多极化与功率的自适应动态调配、高效热控等多项关键技术，建立了星载相控阵天线调测一体化平台、基于在轨状态的热试验验证系统，有效推动了我国星载相控阵天线技术的发展。发表科技论文15篇，获国家发明专利12项。董亚洲硕士，高级工程师。研究方向为空间微波能量传输技术、功率合成技术等。先后承担了微波无线能量传输技术方向国家自然科学基金、863计划、装备预研基金等多项课题研究。发表科技论文20余篇，授权和受理发明专利近10项，参与编著、译著3部。

第 1章　概述 001
1．1 无线能量传输技术　002
1．1．1 无线能量传输技术分类及特点　003
1．1．2 空间无线能量传输技术　005
1．2 美国无线能量传输技术研究概况　006
1．3 日本无线能量传输技术研究概况　011
1．3．1 日本空间无线能量传输技术发展规划　011
1．3．2 日本空间无线能量传输技术研究开发体制　014
1．3．3 日本三菱电机公司的太阳能发电无线输电技术研究　014
1．3．4 日本空间激光无线能量传输技术研究　015
1．4 国际无线电科学联盟　018
1．4．1 空间太阳能发电卫星(SPS)白皮书　018
1．4．2 SPS关键技术　019
1．5 无线能量传输系统组成及其关键技术　020
1．5．1 电波辐射式无线能量传输　020
1．5．2 无线能量传输系统组成　021
1．5．3 无线能量传输关键技术　023
1．6 无线能量传输技术应用需求　025
1．6．1 人造卫星之间无线能量传输　025
1．6．2 星地之间无线能量传输　026
1．6．3 深空探测无线能量传输　027
第　2章 空间天线能量传输理论　029
2．1 天线基本辐射理论　031
2．2 天线辐射场分析　034
2．2．1 感应近场区　038
2．2．2 辐射近场区　039
2．2．3 辐射远场区　043
2．3 能量传输收/发天线系统　046
2．3．1 典型收/发天线系统　047
2．3．2 收/发天线系统能量传输分析　049
2．4 能量传输天线辐射聚焦分析　056
2．4．1 天线聚焦特性分析　060
2．4．2 自适应波束聚焦技术　073
2．5 天线波束控制、跟踪和校准分析　081
2．5．1 波束控制和跟踪　081
2．5．2 天线诊断和校准　094
第3章　微波功率发射技术　105
3．1 微波大功率发射器件　106
3．1．1 磁控管　107
3．1．2 行波管　108
3．1．3 半导体固态器件　109
3．2 F类/逆F类功率放大器工作原理　113
3．2．1 理想F类功率放大器工作原理　113
3．2．2 理想逆F类功率放大器工作原理　118
3．3 F类功率放大器设计分析　119
3．3．1 功率放大器特性分析　120
3．3．2 F类功率放大器设计　126
第4章　微波能量接收整流技术　133
4．1 微波能量接收整流技术进展　135
4．1．1 美国　135
4．1．2 日本　137
4．1．3 欧洲及其他　140
4．2 高效率微波能量整流电路设计技术　142
4．2．1 整流二极管建模与分析　142
4．2．2 整流电路原理与结构　146
4．2．3 5．8GHz整流电路仿真与分析　150
4．3 微波能量接收整流技术发展趋势　155
4．3．1 高频段微波能量接收整流技术　155
4．3．2 宽带化微波能量接收整流技术　157
4．3．3 大动态整流电路技术　159
4．3．4 适用于信息与能量协同传输的接收整流技术　161
第5章　微波无线能量传输系统设计技术　165
5．1 微波无线能量传输技术特点　166
5．1．1 微波无线能量传输关键技术　166
5．1．2 国内外主要验证系统指标对比　171
5．1．3 国内外技术水平差距及主要问题　172
5．2 微波无线能量传输系统组成　173
5．3 微波无线能量传输系统效率链路分析　174
5．3．1 微波发射机效率分析　175
5．3．2 微波接收整流电路效率分析　175
5．3．3 收/发天线能量传输效率分析　175
5．4 微波无线能量传输系统收/发天线设计　177
5．4．1 收/发天线功率密度分析　177
5．4．2 收/发天线设计　180
5．5 微波无线能量传输系统发射机设计　206
5．6 微波无线能量传输整流系统设计　210
第6章　激光无线能量传输系统设计技术　213
6．1 国内外研究概况　214
6．1．1 国外发展概况　214
6．1．2 国内发展概况　224
6．2 激光无线能量传输系统　226
6．3 大功率激光器　228
6．4 准直发射与接收　232
6．4．1 光束准直可采用的方法　232
6．4．2 各种方法初步比较　234
6．4．3 多光束协同发射　235
6．5 高效激光接收技术　237
6．5．1 激光电池技术　238
6．5．2 电源管理技术　242
6．5．3 能源转换提取技术　246
6．5．4 激光电池片散热技术　255
6．6 高精度光束控制技术　257
6．6．1 APT系统功能　257
6．6．2 系统组成　258
6．6．3 APT执行步骤　262
第7章　国内外空间无线能量传输试验研究简介　263
7．1 日本无线能量传输试验　265
7．1．1 日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)最新试验　266
7．1．2 三菱重工业公司的最新试验　267
7．1．3 USEF的太阳能发电无线输电技术研究　269
7．2 美国和欧洲无线能量传输试验　271
7．2．1 美国无线能量传输试验　271
7．2．2 欧洲无线能量传输试验　272
7．3 国内空间无线能量传输试验研究　274
7．4 高效微波无线能量传输系统设计实例　278
7．4．1 系统简介及指标要求　278
7．4．2 链路传输效率预算　279
7．4．3 微波发射机设计　279
7．4．4 天线设计　291
7．4．5 整流及直流合成电路设计　297
7．4．6 接收天线阵列与整流电路布局设计　300
7．4．7 试验结果　301
7．5 我国无线能量传输技术发展前景和需求分析　303
7．5．1 国民经济发展对无线能量传输技术的需求　303
7．5．2 科学技术发展对无线能量传输技术的需求　305
7．5．3 国防应用对无线能量传输技术的需求　306
7．6 启示与展望　307
7．6．1 我国无线能量传输技术发展建议目标　307
7．6．2 我国无线能量传输技术发展建议路线图　308
7．6．3 我国无线能量传输技术研究工作建议　309
参考文献　311
索引　326