基于近距离无线激光传输的移动存储器

提出了一种基于近距离无线激光传输的移动存储器实现方法,介绍了该方法的具体设计方案。该方法可以在不借助第三方辅助设备(如手机或计算机)的情况下实现两个移动存储器之间的数据保密传输,同时该存储器还提供5V输出接口,可给大部分便携式设备充电。

长距离无线激光传输设备的信号捕获与自动跟踪

针对长距离无线激光传输设备开通使用过程中容易受到超出视距范围及各种天气状况的影响,提出了一种无线激光传输设备的信号捕获与自动跟踪相结合的技术,并介绍了该技术的具体设计方案。

用于激光无线能量传输的分布式最大功率点追踪系统研究(内封面文章)

在激光无线能量传输中,由于瞄准系统误差和物体遮挡的影响,光电池阵列接收到的激光辐照分布不均匀,导致光电池阵列组串内的电池间出现电流失配,输出功率下降。针对该问题,采用分布式最大功率点追踪(Distributed Maximum Power Point Tracking,DMPPT)技术,减少光电池阵列组串内的电池间电流失配,并用并联型Boost(PT-Boost)电路替代传统Boost电路,降低DC/DC转换器的输入电流纹波,使DMPPT系统获得高追踪效率。实验结果表明,相较于传统Boost电路,PT-Boost电路的追踪效率提高3.6%,达到93.5%。在上述研究的基础上,设置了遮光率分别为0%、25%和50%的激光无线能量传输场景,DMPPT系统整体效率分别达到了93%、92.6%和90.3%。该研究结果对激光辐照不均匀场景下激光无线能量传输的最大功率点追踪指导意义。

激光无线能量传输远场大光斑测试技术

无线能量传输系统作为空间太阳能电站的一个关键部分,其性能直接决定了空间太阳能电站技术的可行性。特别对于激光无线能量传输系统,准确测量激光远场光斑分布是分析和评价激光无线能量传输系统性能的有效手段。针对太阳能发电卫星轨道高、激光传输距离远、接收激光光斑面积大,并且受大气影响,光斑抖动严重,光斑能量分布以及光斑形状测量困难的问题,文章提出了基于光能探测器阵列的大面积激光光斑测试方法,采用光斑分布式测量及能量分布重构方法,完成激光无线能量传输系统远场光斑的测试,具有分布式测量,可灵活布局的特点,通过反演算法能够实现光斑能量密度分布重构,接收激光功率积分求解,光束发散角计算等,功能多样,适应能力强,为激光无线能量传输系统载荷的参数修订,以及在轨飞行任务的评价提供有效依据。

大功率高速激光无线能量信息同传技术

激光通信及激光能量传输技术都以激光为载体,进行空间传输,将能量和携带信息传递给远端设备,在系统构成上具有天然共同点,因此,在同一套系统内实现激光通信/传能两种功能,必将成为未来系统能源信息传输的有效手段,将优化系统构成,提高系统效率。文章研究了激光无线能量信息同传技术,对激光能量信息同传机制、同传机制下激光信号调制解调、高效率光电转换技术,提出高效能量信息同传系统设计方案,研制了火箭地面激光传能通信一体化样机,实现25 m传输距离,激光无线供电461W,激光无线通信速率500Mbps,为下一步高效激光无线能量信息同传系统发展提供解决思路。

激光无线能量传输效率的实验研究

为了提高激光无线能量传输系统的转换效率,基于单结GaAs光电池的工作原理,用调节照射光电池的激光参量的方法,从理论上对激光无线能量传输系统的有关部分进行了优化设计,并通过实验研究了激光波长、激光强度等因素对光电池能量转换效率的影响。结果表明,单结GaAs光电池对单色激光的光电转换效率远高于传统的单晶硅电池,最高转化效率可达61.2%。该结果对于激光无线能量传输技术的应用具有一定参考价值。

用于无线能量传输的高效率半导体激光器设计

激光无线能量传输在无人机、卫星空间站和探月机器人供电等方面具有潜在应用前景,其系统效率成为了其应用的关键瓶颈。为了提高激光无线能量传输系统发射端激光器的电光转换效率、接收端光斑均匀性和有效窗口收光比,提出了用于激光无线能量传输发射端的高效率半导体激光器设计方案。基于合束效率较高的空间合束设计了一套高功率高效率半导体激光系统,接收端光斑不均匀度可优化至0.207,有效窗口内收光比大于94%。搭建了千瓦级激光无线能量传输实验装置,发射端半导体激光系统直接输出矩形光斑,与矩形光电池匹配,提高了电池阵布片率。利用多光束指向性可调节特点,优化了接收端光斑均匀度,有利于提高接收端电池的转换效率及简化电源管理。该设计与研究为激光无线能量传输的实际应用提供了借鉴意义。

用于激光无线能量传输的MPPT集成仿真系统

在激光无线能量传输(LWPT)中,传能激光波长、光功率和光电池温度对光电池的输出特性有显著影响,最大功率跟踪(MPPT)技术可解决上述等因素造成的功率失配问题,提升系统的DCDC效率。构建了针对LWPT的MPPT集成仿真系统,耦合了波长、光功率和温度对GaAs光电池输出特性的综合影响,可以同时分析光电池在功率匹配、功率失配和MPPT调制等多种条件下的输出特性。基于该仿真系统,研究了光电池在不同波长、光功率和温度条件下的物理规律。波长增大时,在850 nm左右转换效率η_(max)达到最大值为50%,波长继续增大,光子能量小于GaAs禁带宽度导致η_(max)迅速下降。功率增大时,η_(max)基本不变,最大功率匹配电阻RL_(max)减小。温度升高时,η_(max)和RL_(max)均持续下降。此外,研究了光电池在功率失配时的输出特性,此时光电池的转换效率对比功率匹配时均有不同程度的下降。根据光电池的输出特性在仿真系统设计了MPPT电路,利用时间扰动算法进行最大功率跟踪。光电池在MPPT系统调制后均可工作在功率匹配时的最大功率点,且光电池能源利用率达到99.93%。研究结果对用于激光输能有重要指导意义。

激光无线能量传输接收端光束匀化装置设计

激光无线能量传输中,激光光强分布不均匀和激光光斑与光电池形状不匹配会导致系统光电转换效率降低,局部温度过高,极端条件下甚至对光电池造成损伤。基于分布式匀化思想设计了一种激光接收装置,首先用光学整形扩散片在光电池各子区域进行光束初次匀化,然后用光学漏斗进行二次匀化和整形。针对1 cm×1 cm光电池,分析了光学整形扩散片的扩散角度和光学漏斗的高度对光束匀化效果的影响,优化后的激光接收装置的耦合效率η;>95%,光强不均匀度Δ<0.05。此外,该激光接收装置对激光入射角不敏感,入射角为20°时,η;>80%。搭建了3×3光电池芯片阵列的激光无线输能系统,采用分布式匀化激光接收装置,光强不均匀度由0.34降到0.12,光电池转换效率提升了65%。与正入射时相比,入射角为18°时,系统转换效率变化小于20%。结果表明,该分布式匀化激光接收装置有效提高了接收端的光强均匀性和系统光电转换效率,且对激光入射角不敏感,在激光无线能量传输中有重要作用。

激光无线能量传输储能应用实验研究

设计、搭建了一套激光无线能量传输(LWPT)实验平台,它以808 nm的激光照射硅电池实现无线电能传输,以CN3791芯片进行后级储能电源管理,将LWPT应用于锂电池储能。对光电池激光照射下输出特性探究发现,随着入射激光功率密度增大,短路电流线性增大,开路电压缓慢趋近饱和,光伏转换效率增加到峰值10.98%后出现下降趋势,且温度对光电池电压有显著影响。以输出特性为依据进行后端储能环节设计,储能充电测试结果表明CN3791预设参数及内置CVT法MPPT控制成功作用。

高效率远距离激光无线能量传输方案设计

为了提高激光传能的电到电转化效率,文章设计了一种激光传能系统,采用相位阵列提高光束接收端光强分布的均匀度同时提高激光发射端与光束接收端之间的瞄准精度,优化了光电池排列设计,增大了光电池对激光束的接收效率及光电转换效率,从而提高了激光传能的电到电转换效率。

多波长激光无线能量传输系统背景光谱功率匹配问题研究

聚光三结砷化镓电池具有优良的温度特性与光照特性,温度系数小、光吸收系数大且抗辐射能力强,若能用于激光无线能量传输系统则可以提高系统光电效率和功率密度,此时发射端背景光需要使用三波长激光混合入射。提出"短路电流逼近法"用于解决多波长激光无线能量传输系统背景光谱功率匹配问题,并使用三个波长分别为525 nm、808 nm、980 nm的光纤耦合输出半导体激光器模块搭建三波长激光无线能量传输系统实验平台,对所提方法进行验证。实验结果表明,由于三结电池的叠层结构,上层子电池会对下层子电池产生影响,从而造成背景光功率比例的不固定性,同理论分析一致,也验证了所提短路电流逼近法的有效性。

激光无线能量传输在轨应用方法

根据分离模块航天器系统特点和任务需求,结合无线能量传输的技术能力和水平,开展激光无线能量传输在分离模块航天器系统中应用方法研究,设计了一种基于激光相控阵技术的多光束激光能量发射天线以及由其组成的激光无线能量系统方案,包括航天器编队、能量转换、激光发射等方式,对未来的激光能量传输的在轨应用具有参考价值。

无人机激光无线能量传输及跟踪瞄准方法研究

本文介绍了无人机的特点与发展趋势,针对小型无人机能量供给不足的问题,阐述了激光无线能量传输的现状,在此基础上总结了无人机激光无线能量传输的系统结构,分析了无人机激光无线能量传输系统的效率及影响因素,并提出了一种基于协作目标的捕获跟踪瞄准方法。

激光无线能量传输接收装置研究

通过对激光无线能量传输过程中影响接收装置效率的因素进行分析,结合光电池最优布局和最大功率跟踪技术,提出一种高转换效率的激光无线能量传输接收装置,实现接收装置转换效率不受负载阻抗的影响,研制出转换效率高达29.6%的激光无线能量接收装置。

小型无人机空地无线激光通信的应用研究

设计了一种适用于小型无人机的空地无线激光通信系统,提出了详细的系统设计方案。采用小型旋翼无人机平台,系统实现了6.7km通信距离、1.25Gb/s通信速率下稳定的信号传输,并通过外场试验对信号传输的质量进行了测试、分析。

高效率激光无线能量传输系统闭环控制研究

为了实现高效率激光无线能量传输系统的研究,基于Simulink建立了激光无线能量传输系统的闭环控制仿真模型,实现了激光光伏阵列的最大功率点追踪、降压电路搭建和锂电池智能充电控制,并结合激光光伏阵列的输出特性和锂电池多阶段恒流充电方法的特性,提出了一种基于激光功率密度闭环信号控制的新型锂电池多阶段恒流充电方法。结果表明,该方法不仅可以实现传统锂电池多阶段恒流充电效果,而且节省了62.9%的光能,系统转换效率提高了62.96%。该结果对研究高效率激光无线能量传输系统是有帮助的。

基于激光的无线能量传输技术

航天事业的发展以及新能源技术的开发,是我国科研事业的重要组成部分。随着激光技术飞速发展,空-空、空-地的激光无线能量传输技术也越来越受到重视。同时激光器技术以及高效光电转换材料的日趋成熟,也使得空间无线能量传输的可行性逐步提高,并成为各国空间科学研究的热点。文章讨论了激光无线能量传输技术的国内外进展及应用,分析了激光能量传输技术的优势及关键技术。

多波长激光无线能量传输功率匹配与后级储能问题研究

设计并构建了一套多波长的激光无线能量传输(LWPT)的实验平台,该平台的光电池采用三结砷化镓电池叠层结构,并以525 nm、808 nm、980 nm三种波长激光组合射入光电池,实现能量转换,采用CN3791芯片对后级锂电池进行储能管理。根据三种激光对光电池易影响程度的不同,采用改进的控制变量法对光电池激光照射下输出特性进行探究,三种波长的入射激光采用不同功率配比对光电转换效率有明显的影响,在配比为2.1∶0.9∶1时光电转换效率最高可达42.6%。之后以输出特性为依据进行后端储能环节设计以CN3791芯片为核心的外围电路,实现了光电池的最大功率点追踪,能够在入射激光不稳定的情况下进行在光电池最大效率输出点进行储能,验证了该方案的可行性。

月球探测激光传能系统仿真软件设计

根据月球探测对激光无线能量传输的应用需求,提出了月球轨道和月面科研站激光传能两种应用模式,进行了激光无线能量传输仿真软件的需求分析,搭建了激光传能仿真软件架构,进行了全链路激光传能系统建模和仿真软件设计。另外,以月球极区永久阴影区探测为应用背景,进行了1 km距离、300 W电功率的激光传能系统仿真,并依据仿真结果进行了月面激光传能系统设计。该仿真软件的设计开发,可以为激光传能系统的设计提供理论依据和设计参考。