國之重器出版工程：空間無線能量傳輸技術（簡體書）

空間無線能量傳輸技術不僅可以推動空間太陽能電站發展，而且可以解決分布式可重構衛星、月球基地等特殊應用供電需求難題。作者基於“863”等多個課題研究成果，總結國內外技術發展及應用的基礎上，結合空間無線能量傳輸工程應用需求，編寫此書。第1章介紹了無線能量傳輸技術分類及特點，分析了國內外無線能量傳輸技術發展動態及應用前景。第2章研究了天線能量傳輸理論及設計方法。第3章介紹了大功率發射機的種類、技術方案和典型設計方法。第4章內容包括微波無線能量接收整流技術方案和實現途徑。第5章研究了空間無線能量傳輸系統組成、傳輸理論和系統鏈路效率。第6章內容包括激光無線能量傳輸技術及國內外發展概況。第7章簡要介紹了國內外典型的空間無線能量傳輸試驗情況，以及一種高效微波無線能量傳輸演示驗證系統。本書將空間無線能量傳輸基礎理論和工程應用相結合，實用性強，適合從事空間無線能量傳輸技術工作的工程技術人員、科研人員使用，亦可供科研院校相關專業的師生閱讀。

馬海虹，
博士，高級工程師。主要研究方向為空間無線能量傳輸、毫米波頻率源和衛星通信載荷等。承擔了分布式可重構衛星系統模塊航天器間無線能量傳輸技術（863計劃）等無線能量傳輸項目，突破了無線能量高效率傳輸等諸多關鍵技術，建立了國內首台高效率微波無線傳能演示驗證系統，有效推動了我國空間無線能量傳輸技術的發展。獲國防科學技術進步三等獎2項，發表科技論文25篇，獲國家發明專利6項。

李成國，
博士，研究員。主要研究方向為相控陣雷達、星載天線、自跟蹤與標校等。承擔了國家“十二五”和“十三五”等多項星載相控陣天線研究項目，主持完成了國家重大專項任務中星載相控陣天線研製，實現了在軌飛行驗證和批產，突破了相控陣機電熱一體化、寬角掃描、高效率有限掃描、在軌自標校、多頻多極化與功率的自適應動態調配、高效熱控等多項關鍵技術，建立了星載相控陣天線調測一體化平臺、基於在軌狀態的熱試驗驗證系統，有效推動了我國星載相控陣天線技術的發展。發表科技論文15篇，獲國家發明專利12項。

董亞洲，
碩士，高級工程師。研究方向為空間微波能量傳輸技術、功率合成技術等。先後承擔了微波無線能量傳輸技術方向國家自然科學基金、863計劃、裝備預研基金等多項課題研究。發表科技論文20餘篇，授權和受理發明專利近10項，參與編著、譯著3部。

第 1章 概述 001


1.1 無線能量傳輸技術 002


1.1.1 無線能量傳輸技術分類及特點 003


1.1.2 空間無線能量傳輸技術 005


1.2 美國無線能量傳輸技術研究概況 006


1.3 日本無線能量傳輸技術研究概況 011


1.3.1 日本空間無線能量傳輸技術發展規劃 011


1.3.2 日本空間無線能量傳輸技術研究開發體制 014


1.3.3 日本三菱電機公司的太陽能發電無線輸電技術研究 014


1.3.4 日本空間激光無線能量傳輸技術研究 015


1.4 國際無線電科學聯盟 018


1.4.1 空間太陽能發電衛星(SPS)白皮書 018


1.4.2 SPS關鍵技術 019


1.5 無線能量傳輸系統組成及其關鍵技術 020


1.5.1 電波輻射式無線能量傳輸 020


1.5.2 無線能量傳輸系統組成 021


1.5.3 無線能量傳輸關鍵技術 023


1.6 無線能量傳輸技術應用需求 025


1.6.1 人造衛星之間無線能量傳輸 025


1.6.2 星地之間無線能量傳輸 026


1.6.3 深空探測無線能量傳輸 027


第 2章 空間天線能量傳輸理論 029


2.1 天線基本輻射理論 031


2.2 天線輻射場分析 034


2.2.1 感應近場區 038


2.2.2 輻射近場區 039


2.2.3 輻射遠場區 043


2.3 能量傳輸收/發天線系統 046


2.3.1 典型收/發天線系統 047


2.3.2 收/發天線系統能量傳輸分析 049


2.4 能量傳輸天線輻射聚焦分析 056


2.4.1 天線聚焦特性分析 060


2.4.2 自適應波束聚焦技術 073


2.5 天線波束控制、跟蹤和校準分析 081


2.5.1 波束控制和跟蹤 081


2.5.2 天線診斷和校準 094


第3章 微波功率發射技術 105


3.1 微波大功率發射器件 106


3.1.1 磁控管 107


3.1.2 行波管 108


3.1.3 半導體固態器件 109


3.2 F類/逆F類功率放大器工作原理 113


3.2.1 理想F類功率放大器工作原理 113


3.2.2 理想逆F類功率放大器工作原理 118


3.3 F類功率放大器設計分析 119


3.3.1 功率放大器特性分析 120


3.3.2 F類功率放大器設計 126


第4章 微波能量接收整流技術 133


4.1 微波能量接收整流技術進展 135


4.1.1 美國 135


4.1.2 日本 137


4.1.3 歐洲及其他 140


4.2 高效率微波能量整流電路設計技術 142


4.2.1 整流二極管建模與分析 142


4.2.2 整流電路原理與結構 146


4.2.3 5.8GHz整流電路仿真與分析 150


4.3 微波能量接收整流技術發展趨勢 155


4.3.1 高頻段微波能量接收整流技術 155


4.3.2 寬帶化微波能量接收整流技術 157


4.3.3 大動態整流電路技術 159


4.3.4 適用於信息與能量協同傳輸的接收整流技術 161


第5章 微波無線能量傳輸系統設計技術 165


5.1 微波無線能量傳輸技術特點 166


5.1.1 微波無線能量傳輸關鍵技術 166


5.1.2 國內外主要驗證系統指標對比 171


5.1.3 國內外技術水平差距及主要問題 172


5.2 微波無線能量傳輸系統組成 173


5.3 微波無線能量傳輸系統效率鏈路分析 174


5.3.1 微波發射機效率分析 175


5.3.2 微波接收整流電路效率分析 175


5.3.3 收/發天線能量傳輸效率分析 175


5.4 微波無線能量傳輸系統收/發天線設計 177


5.4.1 收/發天線功率密度分析 177


5.4.2 收/發天線設計 180


5.5 微波無線能量傳輸系統發射機設計 206


5.6 微波無線能量傳輸整流系統設計 210


第6章 激光無線能量傳輸系統設計技術 213


6.1 國內外研究概況 214


6.1.1 國外發展概況 214


6.1.2 國內發展概況 224


6.2 激光無線能量傳輸系統 226


6.3 大功率激光器 228


6.4 准直發射與接收 232


6.4.1 光束准直可採用的方法 232


6.4.2 各種方法初步比較 234


6.4.3 多光束協同發射 235


6.5 高效激光接收技術 237


6.5.1 激光電池技術 238


6.5.2 電源管理技術 242


6.5.3 能源轉換提取技術 246


6.5.4 激光電池片散熱技術 255


6.6 高精度光束控制技術 257


6.6.1 APT系統功能 257


6.6.2 系統組成 258


6.6.3 APT執行步驟 262


第7章 國內外空間無線能量傳輸試驗研究簡介 263


7.1 日本無線能量傳輸試驗 265


7.1.1 日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)最新試驗 266


7.1.2 三菱重工業公司的最新試驗 267


7.1.3 USEF的太陽能發電無線輸電技術研究 269


7.2 美國和歐洲無線能量傳輸試驗 271


7.2.1 美國無線能量傳輸試驗 271


7.2.2 歐洲無線能量傳輸試驗 272


7.3 國內空間無線能量傳輸試驗研究 274


7.4 高效微波無線能量傳輸系統設計實例 278


7.4.1 系統簡介及指標要求 278


7.4.2 鏈路傳輸效率預算 279


7.4.3 微波發射機設計 279


7.4.4 天線設計 291


7.4.5 整流及直流合成電路設計 297


7.4.6 接收天線陣列與整流電路佈局設計 300


7.4.7 試驗結果 301


7.5 我國無線能量傳輸技術發展前景和需求分析 303


7.5.1 國民經濟發展對無線能量傳輸技術的需求 303


7.5.2 科學技術發展對無線能量傳輸技術的需求 305


7.5.3 國防應用對無線能量傳輸技術的需求 306


7.6 啟示與展望 307


7.6.1 我國無線能量傳輸技術發展建議目標 307


7.6.2 我國無線能量傳輸技術發展建議路線圖 308


7.6.3 我國無線能量傳輸技術研究工作建議 309


參考文獻 311


索引 326