[发明专利]一种改进设计的无质损电磁推进系统

说明书

本发明是一种改进设计的无质损电磁推进系统，包括控制器、功率测量模块、信号源、放大器、环行器、功率分配器、移相器、相位测量模块、耦合器、推力器谐振腔等，本发明将包括两个功率入口的推力器谐振腔引入无质损电磁推进系统，要求两个功率入口输入的微波同频率且相位差保持在90度附近，将功率‑频率闭环控制和两个功率入口之间的相位差控制同时引入无质损电磁推进系统，使得无质损电磁推进能够同时实现频率匹配和相位差控制，能够满足具有两个功率入口的无质损电磁推力器的频率稳定匹配和功率入口相位差控制，可以有效改进无质损电磁推进的工作性能，延长航天器使用寿命，并能够在此基础上产生新概念航天器。

技术领域

本发明属于航天器推进系统设计领域，涉及一种改进设计的无质损电磁推进系统。

背景技术

无质损电磁推进是近年来出现的一种新概念推进技术，该技术利用微波在特定结构谐振腔内的不均匀分布产生推力，是一种革命性的新技术，可以大幅度提高航天器的性能，并可能基于此技术产生新概念航天器。推力器谐振腔设计和无质损电磁推进分系统设计是该领域的关键技术。推力器谐振腔设计主要包括结构、材料、电磁场分布等，无质损电磁推进分系统设计指围绕推力器谐振腔搭建的微波系统设计，包括信号源、功率放大器、频率匹配控制等。

该领域现有的推力器谐振腔为单功率输入端口，因此无质损电磁推进分系统仅满足单功率输入端口推力器的功率提供和频率匹配，随着推力器的设计改进，为提高推力器的推力，提出了两个功率输入端口推力器谐振腔设计，要求两个功率入口输入的微波同频率且相位相差90度。因此，需要根据该要求改进设计无质损电磁推进分系统。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供了适用于具有两个功率入口推力器的无质损电磁推进分系统设计，第一次将推力器腔体的中心频率控制和两个功率入口之间的相位差控制同时应用于无质损电磁推进分系统设计，解决了目前该类分系统设计不能匹配两个功率入口推力器的问题。

本发明解决的技术方案为：一种改进设计的无质损电磁推进系统，包括控制器、功率测量模块、信号源、放大器、环行器、功率分配器、移相器、相位测量模块、耦合器、推力器谐振腔；

信号源信号输出至放大器放大，放大后的功率信号从环行器1口进入，从环行器2口输出，环行器2口输出的功率信号经功率分配器分为两路，其中一路经第一耦合器进入推力器谐振腔的第一功率入口，另外一路经移相器和第二耦合器进入推力器谐振腔的第二功率入口；

功率测量模块通过推力器谐振腔的功率监测口测量推力器功率状态信号；

所述无质损电磁推进系统包括功率-频率闭环控制和相位差闭环控制；

功率-频率闭环控制如下：

功率测量模块通过环行器3口测量反射功率状态信号，功率测量模块检测将推力器功率状态信号和反射功率信号转换为相应的电压信号发送至控制器；控制器根据该推力器功率状态电压信号判断推力器功率是否正常；在推力器功率正常的状态下，控制器根据反射功率电压信号判断系统匹配状态，如果反射功率电压信号超过阈值，则控制器调节信号源开始扫频输出，通过扫频搜索反射功率最小值，找到推力器腔体中心频率；

相位差闭环控制如下：

相位测量模块在推力器腔体中心频率点测量推力器的第一功率入口和第二功率入口之间的相位差以相位差为相位-频率闭环的控制目标，当相位差超出控制目标范围后，控制器调节移相器，使相位差回到控制目标范围内。

一种改进设计的无质损电磁推进系统，系统启动前，首先使用功率-频率闭环控制，找到推力器腔体的中心频点，功率-频率闭环保障系统的工作频率始终跟踪推力器腔体的中心频点；然后使用相位差闭环监测，在该中心频率测量推力器的入射功率和反射功率的相位差当相位差超出90度±5度的范围后，控制器调节移相器使相位差回到90度±5度。