高功率微波无线能量传输技术的应用.pdf

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坚持科学发展促进人与自然和谐高功率微波无线能量传输技术的应用杨春（中国工程物理研究院电子_r-,Tt研究所）关键词：

94波；无线能量传输（WPlr）；卫星太阳能电站（SSPS）；整流天线（rectenna）1、w胛及SSPS技术概述上世纪60年代初美国人WCBrown首先提出了微波无线能量传输（w门）的概念，即以微波为载体在自由空间中无线传输大功率电磁能量J。

1968年美国人PEGlaser在此概念上提出了卫星太阳能电站（SSPS）的概念，即在地球同步轨道上的太阳能卫星把接收到的太阳能转换为电磁能，用大功率微波天线定向发射回地面，地面接收整流天线系统（rectenna）将接收到的能量转换为直流电，从而实现太阳能发电的功能”J。

21世纪人类面临着非常严峻的能源形势，太阳能是取之不尽，用之不竭的可再生的干净能源，大规模开发利用太阳能对解决人类的能源危机十分重要。

建造SSPS系统的意义就在于可以帮助人类更有效地开发利用太阳能，解决能源问题。

在wPT技术的研究中有两个重点需要特别关注。

第一个重点是要保证电磁能量的高效传输。

w胛系统主要由高功率微波源、大功率发射天线和接收整流天线构成，微波源的转换效率、发射天线的辐射效率、接收整流天线的接收整流转换效率及微波在开放空间的传输效率共同决定了w肼系统的能量传输效率。

要提高wPT系统的效率就要研究如何提高各个子系统的效率及选择适当的微波工作频段，减少空间传输损耗。

另一个重点就是要研究大功率微波无线能量传输的生态安全性。

对于应用在地面或近地的w门系统应该尽可能的不对生态环境造成负面的影响，同时还要保证电磁辐射水平不超过人体、生物组织的安全辐射标准。

目前国外研究的几种wPT系统都是比较安全的，在接收整流天线口径面以外的区域基本都是符合辐射安全标准的，在接收天线口径面内的辐射相对较强，需要在接收系统外围建立保护禁区。

2、WPT技术的主要应用高功率微波无线能量传输技术给我们提供了一种新的能量传输的手段，具有很广阔的应用前景，除了用于太阳能电站，还有很多其他的特殊用途。

国外科学家对wPT技术的研究已经进行了40多年，取得了许多的研究成果，综合各国科学家的研究成果，可以把w门技术的应用分为以下几个方面：

a卫星太阳能电站（SSPS）。

在地球同步轨道布置SSPS卫星，该卫星上安置有太阳能采集面板，把采集到的太阳能转化为微波能量，通过它自身的发射天线，定向传输给地面的接收整流天线，地面天线把高频微波能量转化为直流电，从而实现发电的目的“。

1968年Glaser提出SSPS概念后极大的推动了ww技术的研究。

美国能源部和NASA都对该技术很感兴趣，并积极资助SSPS技术的研究。

1975年JPL实验室成功演示了在16公里距离488工程建设与环境上无线传输30kw能量的地面试验系统H1，该演示试验有力的证明了SSPS技术的可行性，也使科学家们对wPr技术的应用产生更多的思考，从而产生了下文所述的其他几个w胛技术的应用方向。

1979年美国能源部和NASA联合发布了SSPS系统设计评估报告”J，详细论证了高达5GW功率水平的SPS卫星太阳能系统方案，证明了卫星太阳能电站是一个可实现的新型的能源解决方案。

这是微波无线能量传输系统研究的里程碑式的大事件。

美国科学家在这一领域的成就吸引了世界各国科学家的巨大兴趣，俄罗斯、法国、13本、加拿大等国的科学家纷纷开始了对wPT技术及SSPS系统的研究。

日本具有非常深刻的能源危机意识，因此对新型的卫星太阳能电站系统十分感兴趣，日本政府很重视这一课题的研究，投入很大，日本的科研机构取得了很多研究成果M，根据日本政府的计划要在2020年之前发射一颗实用的5GW的SSPS卫星，之后的数十年还将发射更多的SSPS卫星。

b近地小型无人飞行平台。

该方案原理是在地面安置大功率微波发射天线，在其上方数百米至数十千米的空中布置小型无人飞行平台，平台腹部安置接收整流天线，由接收到的微波能量来维持飞行平台的飞行及各种功能运行，从而实现无人飞行平台在发射天线上空照射范围内持续不问断的飞行。

我们可以赋予飞行器很多种不同的功能，比如战场监测、环境监测、大气监测、天气监测、雷达探测、通信中继等。

如果将地面的大功率微波发射天线安装在车辆上，作为移动基站，从而可以提高系统的机动性能。

基站在指定地点布置展开，然后将飞行平台发射升空，开始执行任务，任务结束后将其回收，基站再移动到下一地点执行另外的任务。

美国和加拿大的科学家们在WPT小型无人飞行平台方面的研究开展了20年左右，取得了一定的成果。

c服务于太空科学研究J。

在太空中布置多颗SPS卫星，由它们为太空中的各种卫星、飞船、轨道舱等提供所需的能量，从而减少这些飞行器发射升空时携带的燃料数量。

另外俄罗斯及前苏联科学家通过大量的太空实验研究发现，太空舱良好的微重力条件对于培养高质量晶体、生产高纯度药物及某些特殊的生物实验具有很重要的意义。

太空舱往往携带着很重的燃料及动力装置，这些会导致太空舱内难以形成良好的微重力条件。

解决的办法是发射子母卫星，母卫星通过大功率微波发射天线向子卫星辐射微波能量，子卫星不需要携带任何动力装置，通过接收天线从母卫星获得能量，从而在子卫星内形成良好的微重力环境。

图1展示了子母卫星系统的示意图。

随着我国太空科技的飞速发展，今后的空间科学探索研究活动会越来越频繁，大功率wPT技术在这些领域具有很好的应用前景。

d地面能量传输。

对于地形复杂、难以架设输电线路的地区，如岛屿、荒山、沙漠等，可以采用唧系统传输电能，作为传统的输电线路的补充。

法国科学家将于近期在法属留尼旺岛建成一个传输距离为700m的10kw的微波无线输电系统9，如图2所示。

该岛因为自然条件恶劣，很难铺设输电线路，故此采用了w门技术来实现无线输电。

为了给谷底的村落供电，在山顶A处放置直径24m的发射天线，谷底B处放置直径17m的接收整流天线，其接收到的能量驱动一个10kw的发电机，从而实现给谷底村落供电。

3、W门技术的展望能源紧缺已经成为了我国经济可持续发展的巨大障碍。

wPT及SSPS技术作为大规模利用太阳能的重要方法，对解决日益严重的能源危机具有极其重要的现实意义。

由上文可知，wPT技术除了可以帮助人类解决日益严峻的能源问题，同时在其它交叉学科领域也具有很重要的应用前景。

489坚持科学发展促进人与自然和谐图l：

子母卫星系统示意图图2：

法属留尼旺岛wFrr系统国外科学家对wPr技术的研究开展了很多年，而我国科学家在这一领域的研究却很少，所以很有必要加大对wPT技术的研究力度，更好的为国家经济建设、科技发展服务。

高速公路软土地基沉降的监测与分析李雪霞（四川交通职业技术学院红牌楼校区）关键词：

软土地基；沉降；灰色预测；沉降速率1前言目前，对软土路堤沉降的分析主要是最终沉降，计算最终沉降量的方法主要有两大类：

第一类为根据固结理论，结合各种土的结构模型，计算软土路堤最终沉降的各种有限元法。

但是由于计算参数较多，且一般需通过三轴试验确定，目前还不可能把有限元作为每个断面沉降计算的主要方法应用于490高功率微波无线能量传输技术的应用高功率微波无线能量传输技术的应用作者：

杨春作者单位：

中国工程物理研究院电子工程研究所本文链接：

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