【摘要】：空間太陽(yáng)能電站(SSPS)是一種在地球同步軌道上運(yùn)行的、作為發(fā)電站的衛(wèi)星。具有不受氣候影響、輸出功率高、發(fā)電效率高以及安全穩(wěn)定等特點(diǎn),在可持續(xù)能源領(lǐng)域具有很大的發(fā)展前景�，F(xiàn)有SSPS方案中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高密度的能量發(fā)射和接收的微波發(fā)射天線面積都在公里量級(jí),質(zhì)量上萬(wàn)噸,如此巨大的尺寸和質(zhì)量成為了SSPS最主要的技術(shù)瓶頸,嚴(yán)重制約了SSPS的工程應(yīng)用。微波激射器作為一種微波放大激射裝置,是一種解決遠(yuǎn)距離無(wú)線能量傳輸?shù)耐緩�。但是現(xiàn)有的微波激射器應(yīng)用于SSPS時(shí),存在輸出功率和效率較小以及如何將諧振腔中的微波激射出去的問(wèn)題,這些都限制了微波激射器在SSPS中的應(yīng)用發(fā)展。本文針對(duì)微波激射器在SSPS系統(tǒng)應(yīng)用中,功率和效率較低并且激射的微波方向性差的問(wèn)題,提出了一種改善輸出特性的調(diào)節(jié)品質(zhì)因數(shù)(Q)方案,設(shè)計(jì)了一種微波激射器的結(jié)構(gòu)。首先,研究了泵浦材料在諧振腔中產(chǎn)生自發(fā)輻射和受激輻射等物理過(guò)程,基于愛(ài)因斯坦的唯象理論建立了微波激射器受激輻射的速率方程組模型,得到微波激射器粒子數(shù)變化和輸出功率這兩個(gè)關(guān)鍵輸出特性。其次,針對(duì)微波激射器功率和效率較低的問(wèn)題,提出了一種微波激射器諧振腔的調(diào)Q方法,建立了一種基于調(diào)Q方法的受激輻射模型,計(jì)算和仿真結(jié)果顯示調(diào)Q方法在原有微波激射器的基礎(chǔ)上峰值功率提高了37.7701倍,效率提高了101.5177倍,一定程度上解決了峰值功率和效率較低的問(wèn)題。接著設(shè)計(jì)了一種微波激射器的機(jī)械調(diào)Q方案,并給出了機(jī)械調(diào)Q方案的電磁仿真及有限元仿真分析結(jié)果,分別從功能實(shí)現(xiàn)和結(jié)構(gòu)精度上驗(yàn)證了方案的可行性。然后,以微波激射器如何“激射”諧振腔中電磁波為出發(fā)點(diǎn),基于激光器和法布里珀羅天線的工作原理,提出了一種包含開(kāi)放式微波諧振腔、介質(zhì)覆層反射面的微波激射器結(jié)構(gòu)形式,并通過(guò)三維電磁仿真軟件以及自再現(xiàn)模等方式對(duì)這種準(zhǔn)光腔腔體以及反射面進(jìn)行仿真分析,解決了微波激射器如何激射方向性好,頻率單一的平面波的問(wèn)題。最后,圍繞包含增益介質(zhì)以及諧振腔的微波激射器整體仿真困難這一問(wèn)題,提出了用蒙特卡羅結(jié)合射線追蹤的方法,建立了自發(fā)輻射的概率模型以及參數(shù)方程,并編寫仿真程序,得到了不同樣本時(shí)的歸一化方向圖,結(jié)果顯示這種微波激射器結(jié)構(gòu)相比于諧振腔可以有效的實(shí)現(xiàn)微波的放大與激射,為SSPS系統(tǒng)的無(wú)線能量傳輸提供了一種新的途徑。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM615
【圖文】：

第一章 緒論存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著人類生世紀(jì)全球人口數(shù)量增長(zhǎng)了 4 倍，而能源消今天，能源問(wèn)題已經(jīng)上升到了國(guó)家的高第 67 版《BP 世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒（2018 量占一次能源消費(fèi)總量的 85.5%以上，2，可見(jiàn)雖然可再生能源占比有一定的提主的不可再生能源。然而化石燃料作為，其儲(chǔ)量并不能維持很久。此外化石燃變暖，造成一系列環(huán)境問(wèn)題[3]-[4]。

[11]）。圖1.2 一種 SSPS 概念圖無(wú)線能量傳輸技術(shù)作為 SSPS 的中間一環(huán)，對(duì)于 SSPS 的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用有著重要的影響。目前關(guān)于無(wú)線能量傳輸?shù)姆绞街饕袃煞N：激光和微波。激光的優(yōu)勢(shì)是能量密度較大，用于發(fā)射和接收的裝置較小，但是受天氣影響問(wèn)題較為嚴(yán)重，穩(wěn)定性不好[12]。而微波相比于激光則沒(méi)有這些缺點(diǎn)，在大氣窗口的頻段處，微波在空氣中的傳輸損耗較小，大氣層對(duì)于微波的吸收率低于 2%，收集效率較高[13]-[14]，所以相對(duì)于激光，采用相控陣天線發(fā)射的微波更適合 SSPS 的超遠(yuǎn)距離無(wú)線能量傳輸。根據(jù)弗里斯（Friis）傳輸公式可知，發(fā)射天線和接收天線之間的能量傳輸效率與發(fā)射天線和接收天線的口徑面積rA 及tA 成正比；和發(fā)射天線與接收天線的間距 D 的平方成反比

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3 雷仕湛;薛慧彬;王曉峰;;微波激射器的發(fā)明——兼談科學(xué)的不可能與可能[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2009年05期

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本文編號(hào)：2714197