一种电磁推进系统及方法技术方案

一种电磁推进系统及方法，包括由信号源、输入控制模块、滤波模块、微波放大模块、电磁推进模块和反馈功率控制模块组成的电磁推进系统和方法；信号源提供触发信号，送至输入控制模块；输入控制模块接收信号源送来的触发信号和反馈功率控制模块送来的反馈信号，送至滤波模块；滤波模块，将触发信号和反馈信号滤波，送至微波放大模块；微波放大模块，对信号进行放大并送至电磁推进模块；电磁推进模块将输入功率转化为推力；反馈信号的功率与微波放大模块的输入功率匹配。基于本发明专利技术的技术能够解决电磁推力器频率漂移造成的失效模式，极大地提高电磁推进系统的推进效率和工作稳定性，为电磁推进系统的地面测试和在轨应用提供了设计方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电磁推进系统及方法，涉及电磁推力器和电磁推进，适用于在航天器中采用电磁推力器时的电磁推进系统设计。
技术介绍
近年来，作为一种新概念推进技术，无质损电磁推进技术不断得到发展。为实现无质损电磁推进在轨应用，需要设计基于无质电磁推进使用策略的电磁推进系统。无质损电磁推进的工作原理为：通过设计特定形状的微波腔体(即电磁推力器)，使特定频率、特定模式的电磁场分布在腔体内成为主模式，且满足电磁场在某个方向的不均衡分布，从而在谐振腔内产生不均衡的电磁力，进而对外输出推力。在实际的测试和使用中，电磁推力器的谐振腔体会受到热、力等作用产生频率漂移，造成其谐振主模式频率远离输入微波的频率而无法维持推功比(即推力与输入功率比值)恒定的稳定工作要求。如何恒定保持输入微波的频率在电磁推力器谐振腔体主模式所对应频率的3dB带宽之内，是电磁推进系统实现稳定推力输出、完成在轨任务的关键技术。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种电磁推进系统及方法，基于本专利技术的技术能够解决电磁推力器频率漂移造成的失效模式，极大地提高电磁推进系统的推进效率和工作稳定性，为电磁推进系统的地面测试和在轨应用提供了设计方法。本专利技术解决的技术方案为：一种电磁推进系统，包括信号源、输入控制模块、滤波模块、微波放大模块、电磁推进模块、反馈功率控制模块；信号源，产生一个带有噪声的以电磁推进模块工作频率为中心、以电磁推进模块
漂移范围为边界的带宽信号，即触发信号，送至输入控制模块；输入控制模块，接收信号源送来的触发信号和反馈功率控制模块送来的反馈信号，送至滤波模块；滤波模块，将触发信号和反馈信号滤波为没有噪声的以电磁推进模块工作频率为中心、以电磁推进模块漂移范围为边界的带宽信号，送至微波放大模块；微波放大模块，对滤波后的触发信号和反馈信号进行放大，得到电磁推进模块的输入信号，电磁推进模块输入信号的功率和频率满足电磁推进模块正常工作需要的推力功率比和频率要求，将电磁推进模块的输入信号送至电磁推进模块；电磁推进模块将电磁推进模块输入信号的微波辐射压力转化为推力，送至电磁推进系统外部，供卫星完成在轨位置保持或变轨；同时，电磁推进模块包括反馈功率采集设备，提取电磁推进模块的谐振信号，送至反馈功率控制模块；反馈功率控制模块对提取的电磁推进模块的谐振信号进行功率控制，作为反馈信号送至输入控制模块，反馈信号的功率与微波放大模块的输入功率匹配。所述电磁推进模块内部包括非对称结构的谐振腔体，利用电磁推进模块内部谐振腔体的非对称结构，产生不均衡的微波辐射压力，进而在谐振腔内产生不均衡的电磁力，以对外输出推力。所述反馈信号的功率p0与微波放大模块的输入功率p1匹配关系为：p0的取值范围为0.5p1～2p1，使电磁推进模块满足推力波动小于50％的可控要求。所述电磁推进模块输入信号的功率小于等于电磁推进模块的最大功率容量，以获得电磁推进模块正常工作需要的推力功率比；所述电磁推进模块输入信号的频率在电磁推进模块的以谐振频率为中心的3dB带宽之内，使电磁推进模块正常工作。所述的一种电磁推进系统及方法，步骤如下：(1)确定常温常压下电磁推进模块的工作频率f0及工作频率f0的最大频率漂移量df0；(2)根据步骤(1)电磁推进模块的工作频率和最大频率漂移量，将信号源的工作频带设置为f0-df0～f0+df0；(3)信号源产生一个带有噪声的以电磁推进模块工作频率f0为中心、以电磁推进模块漂移范围df0为边界的带宽信号，即触发信号，送至输入控制模块；(4)输入控制模块，接收信号源送来的触发信号，送至滤波模块；(5)滤波模块，将该触发信号滤波为没有噪声的以电磁推进模块工作频率f0为中心、以电磁推进模块漂移范围df0为边界的带宽信号，送至微波放大模块；(6)微波放大模块，对滤波后的触发信号进行放大，得到电磁推进模块的输入信号，电磁推进模块输入信号的功率和频率满足电磁推进模块正常工作需要的推力功率比和频率要求，将电磁推进模块的输入信号送至电磁推进模块；(7)电磁推进模块，将电磁推进模块输入信号的微波辐射压力转化为推力，(8)对步骤(7)的推力进行测量，当推力大于等于卫星在轨位置保持或变轨需要的推力时，将该推力送至电磁推进系统外部，供卫星完成在轨位置保持或变轨；当推力小于卫星在轨位置保持或变轨需要的推力时，反馈功率采集设备，提取电磁推进模块的谐振信号，送至反馈功率控制模块；(9)反馈功率控制模块对提取的电磁推进模块的谐振信号进行功率控制，作为反馈信号送至输入控制模块，反馈信号的功率与微波放大模块的输
入功率匹配；(10)输入控制模块，接收反馈功率控制模块送来的反馈信号，送至滤波模块；(11)滤波模块，将反馈信号滤波为没有噪声的以电磁推进模块工作频率为中心、以电磁推进模块漂移范围为边界的带宽信号，送至微波放大模块；(12)微波放大模块，对滤波后的反馈信号进行放大，得到电磁推进模块的输入信号，电磁推进模块输入信号的功率和频率满足电磁推进模块正常工作需要的推力功率比和频率要求，将电磁推进模块的输入信号送至电磁推进模块；(13)所述电磁推进模块，将电磁推进模块输入信号的微波辐射压力转化为推力，输出该推力至电磁推进系统外部，供卫星完成在轨位置保持或变轨。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术采用了反馈控制的原理，使得电磁推进模块内部谐振腔体的谐振频率与微波放大模块的输出频率匹配，这样实现电磁推进系统的自适应。(2)本专利技术采用了输入控制模块和滤波模块结合的原理，使得输入到微波放大模块的电磁波带宽必然包含电磁推进模块内部谐振腔体的谐振频率，为电磁推进系统的稳定工作提供保障。(3)本专利技术采用了从电磁推进模块内部谐振腔体提取电磁场的方式为反馈控制模块提供输入的方法，为电磁推进系统构建了反馈通道，确保了反馈通道以谐振腔振荡频率为中心，提高电磁推进系统对频率控制的精度。(4)根据电磁推进工作原理参考附图1，即通过设计特定形状的微波谐
振腔体，使特定频率、特定模式的电磁场分布在腔体内成为主模式，且满足电磁场在某个方向的不均衡分布，从而在谐振腔内产生不均衡的电磁力，进而对外输出推力。本专利技术通过反馈原理确保输入到微波谐振腔体内的功率范围满足0.5p1～2.0p1的稳定要求、频率满足处于3dB带宽内的稳定要求，进而保证推力稳定。(5)本专利技术结构简单，集成度好，可靠性高，不需要额外提供频率跟踪设备就能实现电磁推进系统的稳定工作。附图说明图1一种典型的电磁推进谐振腔体图；图2的(a)为一种典型的电磁推进谐振腔体的XY平面视图，(b)为一种典型的电磁推进谐振腔体的XZ平面视图，(c)为一种典型的电磁推进谐振腔体的YZ平面视图,(d)为一种典型的电磁推进谐振腔体的立体视图；图3电磁波在谐振腔内的不均衡分布示意图；图4一种电磁推进方案的组成框图。具体实施方式本专利技术的基本思路为：一种电磁推进系统及方法，包括由信号源、输入控制模块、滤波模块、微波放大模块、电磁推进模块和反馈功率控制模块组成的电磁推进系统和方法；信号源提供触发信号，送至输入控制模块；输入控制模块接收信号源送来的触发信号和反馈功率控制模块送来的反馈信号，送至滤波模块；滤波模块，将触发信号和反馈信号滤波，送本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁推进系统，其特征在于：包括信号源、输入控制模块、滤波模块、微波放大模块、电磁推进模块、反馈功率控制模块；信号源，产生一个带有噪声的以电磁推进模块工作频率为中心、以电磁推进模块漂移范围为边界的带宽信号，即触发信号，送至输入控制模块；输入控制模块，接收信号源送来的触发信号和反馈功率控制模块送来的反馈信号，送至滤波模块；滤波模块，将触发信号和反馈信号滤波为没有噪声的以电磁推进模块工作频率为中心、以电磁推进模块漂移范围为边界的带宽信号，送至微波放大模块；微波放大模块，对滤波后的触发信号和反馈信号进行放大，得到电磁推进模块的输入信号，电磁推进模块输入信号的功率和频率满足电磁推进模块正常工作需要的推力功率比和频率要求，将电磁推进模块的输入信号送至电磁推进模块；所述电磁推进模块，将电磁推进模块输入信号的微波辐射压力转化为推力，送至电磁推进系统外部，供卫星完成在轨位置保持或变轨；同时，电磁推进模块包括反馈功率采集设备，提取电磁推进模块的谐振信号，送至反馈功率控制模块；反馈功率控制模块对提取的电磁推进模块的谐振信号进行功率控制，作为反馈信号送至输入控制模块，反馈信号的功率与微波放大模块的输入功率匹配。...

【技术特征摘要】
1.一种电磁推进系统，其特征在于：包括信号源、输入控制模块、滤波模块、微波放大模块、电磁推进模块、反馈功率控制模块；信号源，产生一个带有噪声的以电磁推进模块工作频率为中心、以电磁推进模块漂移范围为边界的带宽信号，即触发信号，送至输入控制模块；输入控制模块，接收信号源送来的触发信号和反馈功率控制模块送来的反馈信号，送至滤波模块；滤波模块，将触发信号和反馈信号滤波为没有噪声的以电磁推进模块工作频率为中心、以电磁推进模块漂移范围为边界的带宽信号，送至微波放大模块；微波放大模块，对滤波后的触发信号和反馈信号进行放大，得到电磁推进模块的输入信号，电磁推进模块输入信号的功率和频率满足电磁推进模块正常工作需要的推力功率比和频率要求，将电磁推进模块的输入信号送至电磁推进模块；所述电磁推进模块，将电磁推进模块输入信号的微波辐射压力转化为推力，送至电磁推进系统外部，供卫星完成在轨位置保持或变轨；同时，电磁推进模块包括反馈功率采集设备，提取电磁推进模块的谐振信号，送至反馈功率控制模块；反馈功率控制模块对提取的电磁推进模块的谐振信号进行功率控制，作为反馈信号送至输入控制模块，反馈信号的功率与微波放大模块的输入功率匹配。2.根据权利要求1所述的一种电磁推进系统，其特征在于：所述电磁
\t推进模块内部包括非对称结构的谐振腔体，利用电磁推进模块内部谐振腔体的非对称结构，产生不均衡的微波辐射压力，进而在谐振腔内产生不均衡的电磁力，以对外输出推力。3.根据权利要求1所述的一种电磁推进系统，其特征在于：所述反馈信号的功率p0与微波放大模块的输入功率p1匹配关系为：p0的取值范围为0.5p1～2p1。4.根据权利要求1所述的一种电磁推进系统，其特征在于：所述电磁推进模块输入信号的功率小于等于电磁推进模块的最大功率容量，以获得电磁推进模块正常工作需要的推力功率比。5.根据权利要求1所述的一种电磁推进系统，其特征在于：所述电磁推进模块输入信号的频率在电磁推进模块的以谐振频率为中心的3dB带宽之内，使电磁推进模块正常工作。6.一种电磁推进方法，其特征在于步骤如下：(...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭维峰，陈粤，白光明，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11