6. Nội dung luận văn tập trung giải quyết
2.2.3. Ma trận ăng ten phát chùm năng lượng viba công suất cao
Giải pháp khoa học công nghệ cho hệ ăng ten phát là dùng ma trận ăng ten giống nhau sắp xếp theo thứ tự xác định để phát chùm tia năng lượng viba công suất cao đặt trên vệ tinh có thể chế tạo ở một số dạng như: Ma trận ăng ten dẫn sóng sẻ rãnh (slotted waveguide antennas), ma trận ăng ten lưỡng cực với gương phản xạ (dipole antennas with reflectors), ma trận ăng ten vi mạch (microchip antennas), ăng ten parabol, ma trận ăng ten có liên kết pha (phased array antenna). Việc lựa chọn ma trận ăng ten phù hợp nhất cho một hệ thống rất phụ thuộc vào việc lựa chọn máy phát bức xạ viba, bộ khuếch đại, cũng như là trọng lượng, khả năng định hướng, tuy nhiên ma trận ăng ten liên kết pha thường được sử dụng trong các thí nghiệm. Đường kính một ma trận ăng tên phát của một hệ thống SPS có công suất 1GW cỡ khoảng 1 km ở tần số viba 2,45 GHz hoặc 5,8GHz, hướng của chùm tia viba phải được điều chỉnh với độ chính xác cao hơn 300m, tương ứng với 0,0005o. Mật độ dòng công suất viba trung bình trên bề mặt của ăng ten phát là khoảng 1000 W/m2
[11,29,38]. Ma trận ăng ten liên kết pha đã được sử dụng nhằm mục đích đạt được hiệu suất tập trung chùm sóng viba cao tại miền trung tâm của rectenna đặt trên mặt đất.
(a) (b)
(c)
Hình 27: Một ma trận ang ten lưỡng cực dùng trion thực nghiệm (a), Mô hình ma trận ăng ten liên kết pha (b) và mô hình ăng ten phát cùng robot bảo trì
Mô hình Old JAXA JAXA1 JAXA2 NASA/ DOE
Tần số (GHz) 5.8 5.8 5.8 2.45
Đường kính ăng ten phát (km)
2.6 1 1.93 1
Sụt biên độ (dB Gaussian)
10 10 10 10
Công suất lối ra (phần bao chùm lên Trái đất) (GW)
1.3 1.3 1.3 6.72
Mật độ công suất cực đại tại trung tâm
63 420 114 2.2
Mật độ công suất cực tiểu tại cạnh
6.3 42 11.4 0.22
Khoảng cách ăng ten (λ)
0.75 0.75 0.75 0.75
Công suất cực đại trên một ăng ten (W) (Số lượng phần tử) 0.95 (3.54 tỷ) 6.1 (540 triệu) 1.7 (1950 triệu) 185 (97 triệu) Đường kính rectanna (km) 2 3.4 2.45 1 Mật độ công suất cực đại 180 26 100 23
Hiệu suất thu năng lượng (%)
96.5 86 87 89
Bảng 4: Các tham số điển hình của ăng ten phát trên SPS trong một số dự án
(Nguồn Hiệp hội quốc tế khoa học vô tuyến URSI) Với việc sử dụng tần số của hệ thống truyền dẫn năng lượng sóng viba là 2,45 GHz hay 5,8GHz, số lượng các phần tử ăng ten đơn lẻ trong ma trận trên một m2
được tính toán vào khoảng 100 đến 400 phần tử. Mỗi phần tử ăng ten đơn tạo ra 10 hoặc 2.5W. Và tổng số lượng các phần tử ăng ten đơn trong toàn bộ ma trận có thể lên tới vài trăm triệu và như vậy có thể phát ra công suất tới độ lớn GW [38].
(a)
(b) (c)
Hình 28: Sự tương tác qua lại giữa các thành phần anten trong ma trận tạo nên sự giao thoa (các khoảng tối, sáng a), và phần lớn năng lượng tập trung bên
trong trung tâm của ăng ten b,c [10]
Trong bất kỳ trường hợp nào, hàng nghìn linh kiện ống chân không viba, hàng triệu phần tử ăng ten phát phải được phân đoạn và điều khiển, đây là những thử thách công nghệ rất lớn cho các nhà khoa học công nghệ.