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本文对微波输电的基本理论进行了系统的研究,并首次系统的提出了两种微波接收整流天线的设计原理及其实现方法,首次对微带贴片、微带振子接收整流天线、共面带线接收整流天线的设计及相关技术等进行了系统的研究。
第一章是绪论。主要介绍了微波无线输电的基本原理与特点,无线输电的意义、历史、发展、现状以及展望,对微波输电和激光输电的特点进行了比较,并对我国建立空间太阳能卫星的必要性和可行性进行了阐述。
第二章对微波输电的基本理论进行了研究。微波输电时工作区间为菲涅耳区,本章介绍了菲涅耳区的辐射场公式,得到了两天线间微波功率传输时效率达到最大时所需的口径场分布。由于得到的最佳场分布是复杂的椭球函数,可以采用简单的高斯分布来近似代替,本章对所需的最佳高斯分布的参数进行了研究,给出了传输效率、以及微波输电时接收、发射天线的口径场与传输功率间的关系的计算公式。
第三章对接收整流天线的拓扑结构进行了研究,提出了两种接收整流天线的设计原理及其实现方法,重点分析了二极管的参数模型,指出二极管的输入阻抗随输入功率的变换而变化,必须在大信号输入的情况下进行接收整流天线的设计与系统的匹配工作,给出了二极管输入阻抗、整流效率的近似计算公式。
由于微带贴片天线具有重量轻、接收面积大,增益高的优点,本文在第四章对微带贴片接收整流天线的设计进行了研究,提出了一整套微带接收整流天线的设计步骤,并对其匹配方法进行了分析研究。鉴于其不是平行结构,不利于放置二极管和电容器等元器件,本章又对具有平行结构的微带振子接收整流天线进行了研究。本章设计了几种微带贴片、微带折合振子接收整流天线以及几种新颖的微带之耦合微带线间的转换器,仿真与试验的结果证明了理论的可行性。
共面带线是一种具有平行结构的传输线,第五章对共面带线接收整流天线的设计进行了研究。本章给出了共面带线特性阻抗的计算公式,首次对共面带线结构的集中参数、半集中参数低通滤波器的设计进行了研究,提出了两种新颖的并联谐振器,设计了几种新型结构的带通滤波器。本章对微带之共面带线的转换的设计方法进行了研究,提出和设计了几种新型的微带到共面带线的转换器。本章设计了几种实用的共面带线接收整流天线,并通过试验验证了理论与设计的正确性。
第六章提出了四种新型结构的微带贴片接收整流天线的设计,它们充分利用了微带贴片天线的优点,同时又具有平行结构,便于放置二极管与电容。本章详细阐述了这几种结构的设计原理,并从试验上验证了其正确性与可行性。