[发明专利]空间太阳能电站的发射天线系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种发射天线系统，具体涉及一种空间太阳能电站的发射天线系统。

背景技术

1968年，美国的Peter Glaser博士在微波无线能量传输技术发展的基础上，提出了建设空间太阳能电站(Space Solar Power Satellite)的构想。空间太阳能电站是指在太空中收集太阳能，然后将太阳能通过光伏电池转换为电能，再通过微波传输到地面的电力系统。

1979年美国能源部(DOE)和美国航空航天局(NASA)提出了第一个SSPS概念设计方案，被称为“1979SPS基准系统”，该基准系统是在地球同步轨道(GEO)上部署60个太阳能发电卫星，每颗发电卫星的尺寸为5km×10km×0.5km，50km²的光伏电池阵通过大功率旋转机构控制实时指向太阳，发射天线指向地球，二者通过万向节连接。这种系统存在三个缺点：第一，光伏电池需要大功率旋转机构实时控制指向太阳；第二，光伏电池面积达50km²，需要超大型的支撑桁架结构；第三，光伏电池阵和发射天线需要通过超大功率导电滑环连接，实现难度大。

20世纪90年代末NASA提出了集成对称聚光SSPS方案，参照图1，该方案利用2个巨型的偏置抛物面聚光镜101收集太阳光，然后通过两个次级平面镜102将太阳光聚集在呈“三明治”结构的发射系统103上，并由发射系统103将微波能传输出去。参照图2，该呈“三明治”结构的发射系统103由光伏电池201、微波转换电路202以及发射天线203组成。聚光镜101通过2轴旋转机构控制其俯仰角和方位角来跟踪太阳，发射系统103指向地球。采用巨型的偏置抛物面聚光镜101可提高照射到光伏电池201的太阳光强度，提高光伏电池201聚光比，可大大缩小光伏电池201面积。发射系统103呈“三明治”结构，可缩短光伏电池201、微波转换电路202以及发射天线203间连接线缆的长度，消除了大功率导电滑环，且便于模块化设计。但是，发射系统103中光伏电池201和微波转换电路202由于转换效率的限制而产生的废热很难散去，存在热集中问题，会导致系统工作效率降低。

2014年美国海军研究实验室的Paul Jaffe在论文“Sandwich module prototype progress for space solar power”中提出了一种呈“近似漏斗状”的发射系统，参照图3，该发射系统301由若干阶梯形结构单元302拼接组装而成，整体近似漏斗状。参照图4，该阶梯形结构单元302由光伏电池401、发射天线402和辐射面板403组成，其中，辐射面板403上布有振荡器、移相器、放大器等器件。发射系统301将光伏电池401和发射天线402二者集成起来，将微波转换电路从“三明治”结构中取出作为辐射面板403。通过增加辐射面积在一定程度上可解决呈“三明治”结构发射系统的热问题，提高光伏电池聚光比，降低系统成本。但是该发射系统301对聚光器的要求极为苛刻，只能100％的接收垂直入射太阳光，从其他角度入射的太阳光在不同程度上会受到辐射面板403的遮挡。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间太阳能电站的发射天线系统，该发射天线系统不仅能够解决散热难题，而且能够解决对入射太阳光角度要求苛刻的难题，从而可以降低聚光系统的设计难度。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种空间太阳能电站的发射天线系统，整体呈漏斗状，其特征在于，前述漏斗状的发射天线系统由若干斜曲边形结构单元拼接组装而成，前述斜曲边形结构单元包括：

光伏电池层、发射天线层、辐射面板层和支撑框架，前述光伏电池层和发射天线层安装在支撑框架的内侧，并且光伏电池层位于发射天线层的上方，前述辐射面板层安装在支撑框架的外侧；

前述辐射面板层包括：斜曲边形面板，安装在前述斜曲边形面板上的振荡器、移相器、放大器、功率分配器，以及连接线缆；

前述光伏电池层通过光电转换产生直流电，直流电通过前述辐射面板层上的振荡器、移相器和放大器转换为微波，微波通过功率分配器分配给前述发射天线层，并由发射天线层将微波能传输出去。

前述的空间太阳能电站的发射天线系统，其特征在于，前述光伏电池层由肋条和镶嵌在肋条的方格中的光伏电池阵组成。

前述的空间太阳能电站的发射天线系统，其特征在于，组成前述光伏电池阵的光伏电池为三结砷化镓电池。