CN109488547B - 一种基于圆极化分布的电磁推力器及其腔体 - Google Patents

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Abstract

一种基于圆极化分布的电磁推力器及其腔体，腔体为微波谐振腔，谐振腔的电磁场分布呈现圆极化特性，定义笛卡尔直角坐标系下，微波谐振腔截面为圆形；X轴和Y轴在截面所在平面内，X轴和Y轴正交，右手定则确定Z轴；原点O在圆形截面的中心，电磁场分布在X轴、Y轴和Z轴中至少一个方向上呈现不均衡分布。腔体上设有至少两个耦合口；第一次将圆极化特性的谐振腔应用在电磁推力器领域，解决了目前该类推力器工作稳定的问题，通过引入圆极化电磁场设计，可以有效控制电磁场谐振模式，提高推力的稳定性。

Description

一种基于圆极化分布的电磁推力器及其腔体
技术领域
本发明涉及一种基于圆极化分布的电磁推力器及其腔体，属于电磁推力器技术领域。
背景技术
电磁推力器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。
谐振腔是电磁推力器的关键部件。在外加微波源激励的条件下，特定形状、特定内部结构的谐振腔内，可以产生空间分布不均匀的电磁场，产生推力。因此，谐振腔的腔型、结构设计，是电磁推力器的关键技术。目前该领域使用的腔体，存在的推力不稳定工作的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种基于圆极化分布的电磁推力器及其腔体，第一次将圆极化特性的谐振腔应用在电磁推力器领域，解决了目前该类推力器工作不稳定,推力大小波动,甚至方向性变化的问题。
本发明解决的技术方案为：一种基于圆极化分布的电磁推力器的腔体，腔体为微波谐振腔，谐振腔的电磁场分布呈现圆极化特性，定义笛卡尔直角坐标系下，微波谐振腔截面为圆形(即谐振腔截面至少有一个方向上截面为圆形)；X轴和Y轴在截面所在平面内，X轴和Y轴正交，右手定则确定Z轴；原点O在圆形截面的中心，电磁场分布在X轴、Y轴和Z轴中至少一个方向上呈现不均衡分布。(如果圆形截面在XOY平面内，那么电磁场不均衡出现在Z轴上)，腔体上设有至少两个耦合口；
谐振腔的电磁场分布呈现圆极化特性具体为：在腔体的截面上，在圆形截面的X方向生成的电场与Y方向生成的电场的合成场的电场矢量的端点的运动轨迹在该圆形截面上的投影是一个圆。
圆形截面XOY沿Z轴移动后，与该圆形截面平行的平面的电磁场均呈现圆极化特性。
圆形截面上的X方向生成的电场与Y方向生成的电场相互垂直，振幅相等。
圆形截面的X方向生成的电场与Y方向生成的电场的合成场为具有90度时间相位差的两个电场之和。
圆形截面的X方向生成的电场在时间相位上超前于Y方向生成的电场，则定义为左旋圆极化场。
圆形截面的X方向生成的电场在时间相位上滞后于Y方向生成的电场，则定义为右旋圆极化场。
谐振腔的电磁场分布在Z轴方向呈现不均衡分布，即电磁场能量集中在腔体的XOY平面区域的中心，在+Z轴方向产生能量梯度电磁场变弱(即谐振腔的边缘电磁场最弱，沿径向向腔体的截面中心逐渐增强)。
保持XOY所在的平面不变，在Z轴方向上拉长，谐振腔可以为椭球形。
谐振腔的形状优选为棱台，棱台的大端面为XOY平面，Z方向由右手定则确定，电磁场能量集中在腔体的XOY平面区域的中心，在+Z轴方向产生能量梯度电磁场变弱。
谐振腔的形状为角锥，角锥的断面为XOY平面，Z方向由右手定则确定，电磁场能量集中在腔体的XOY平面区域的中心，在+Z轴方向产生能量梯度电磁场变弱。
腔体上优选设有至少两个耦合口，两个耦合口在XOY平面上时，两个耦合口的空间位置差90°(两个耦合口分别与XOY截面中心的连线的夹角为90°)，相位差为90°。
腔体上优选设有至少两个耦合口，两个耦合口在XOY平面上时，两个耦合口的空间位置差α(空间位置差α是指两个耦合口分别与XOY截面中心的连线的夹角，相位差为α°(优选为90°)。
腔体上优选设有至少两个耦合口，两个耦合口在腔体弧面或台面上时，两个耦合口要求在同一个圆截面上，该圆截面要求与XOY截面平行，两个耦合口的空间位置差α(两个耦合口分别与XOY截面中心的连线的夹角为90°)，相位差为α°
一种基于圆极化分布的腔体的电磁推力器，包括：信号源发生器、微波功率放大器、功分器、移相器、推力器谐振腔；
信号源发生器产生一个微波信号，送至放大器进行功率放大，放大后的信号通过功分器根据耦合口的数量进行功分，功分后的信号一路作为相位基准，该路信号直接通过对应的耦合口送至谐振腔，其余功分后的信号按照相位基准进行相应的移相，使该路信号与相位基准的相位差和该路信号送入的耦合口的空间位置角度相一致，经过移相后通过对应的耦合口送至谐振腔；
从耦合口进入的信号产生微波能量，根据推力器谐振腔的形状(包括圆台、半球形谐振腔)，产生所需的电磁场能量梯度(在腔体局域空间，电磁场能量沿特定方向逐渐减弱)，通过能量梯度产生推力。(推力方向位于Z向)。
推力器谐振腔，具有以下优选方案：
腔体为微波谐振腔，谐振腔的电磁场分布呈现圆极化特性，定义笛卡尔直角坐标系下，微波谐振腔截面为圆形(即谐振腔截面至少有一个方向上截面为圆形)；X轴和Y轴在截面所在平面内，X轴和Y轴正交，右手定则确定Z轴；原点O在圆形截面的中心，电磁场分布在X轴、Y轴和Z轴中至少一个方向上呈现不均衡分布。(如果圆形截面在XOY平面内，那么电磁场不均衡出现在Z轴上)，腔体上设有至少两个耦合口；
谐振腔的电磁场分布呈现圆极化特性具体为：在腔体的截面上，在圆形截面的X方向生成的电场与Y方向生成的电场的合成场的电场矢量的端点的运动轨迹在该圆形截面上的投影是一个圆。
圆形截面XOY沿Z轴移动后，与该圆形截面平行的平面的电磁场均呈现圆极化特性。
圆形截面上的X方向生成的电场与Y方向生成的电场相互垂直，振幅相等。
圆形截面的X方向生成的电场与Y方向生成的电场的合成场为具有90度时间相位差的两个电场之和。
圆形截面的X方向生成的电场在时间相位上超前于Y方向生成的电场，则定义为左旋圆极化场。
圆形截面的X方向生成的电场在时间相位上滞后于Y方向生成的电场，则定义为右旋圆极化场。
谐振腔的电磁场分布在Z轴方向呈现不均衡分布，即电磁场能量集中在腔体的XOY平面区域的中心，在+Z轴方向产生能量梯度电磁场变弱(即谐振腔的边缘电磁场最弱，沿径向向腔体的截面中心逐渐增强)。
保持XOY所在的平面不变，在Z轴方向上拉长，谐振腔可以为椭球形。
谐振腔的形状优选为棱台，棱台的大端面为XOY平面，Z方向由右手定则确定，电磁场能量集中在腔体的XOY平面区域的中心，在+Z轴方向产生能量梯度电磁场变弱。
谐振腔的形状为角锥，角锥的断面为XOY平面，Z方向由右手定则确定，电磁场能量集中在腔体的XOY平面区域的中心，在+Z轴方向产生能量梯度电磁场变弱。
腔体上优选设有至少两个耦合口，两个耦合口在XOY平面上时，两个耦合口的空间位置差90°(两个耦合口分别与XOY截面中心的连线的夹角为90°)，相位差为90°。
腔体上优选设有至少两个耦合口，两个耦合口在XOY平面上时，两个耦合口的空间位置差α(空间位置差α是指两个耦合口分别与XOY截面中心的连线的夹角，相位差为α°(优选为90°)。
腔体上优选设有至少两个耦合口，两个耦合口在腔体弧面或台面上时，两个耦合口要求在同一个圆截面上，该圆截面要求与XOY截面平行，两个耦合口的空间位置差α(两个耦合口分别与XOY截面中心的连线的夹角为90°)，相位差为α°
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的电磁推力器无须携带燃料，可极大提高搭载有效载荷能力，电磁推力器仅使用电能产生推力，无须携带燃料，可极大减轻航天器重量用于有效载荷。该推力器技术需要使用微波谐振腔,利用电磁场在微波谐振腔的能量梯度产生推力。
(2)本发明的电磁推力器不需要喷出工质气体，无化学燃料的污染和安全问题，电磁推力器的推力来自微波的动量，不需要喷出工质气体，不使用、贮存化学燃料，因此具有较好的环保性能和安全性能；
(3)本发明的电磁推力器寿命不再受燃料的约束，电磁推力器只使用电能，且只需电能即可产生推力，使推力器的使用不再受燃料的制约，从而延长了推力器的使用寿命。
(4)本发明的电磁推力器体积小，重量轻，成为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。
(5)本发明电磁推力器腔体采用圆截面微波谐振腔体(包括半球、圆台、椭球状腔体)，在腔体圆截面设计圆极化场分布，在腔体局域空间设计不均衡电磁场能量分布。相比现有的设计，该方案可以实现电磁推力器的推力稳定产生。
(6)本发明电磁推力器腔体，其主要优点为腔体使推力器的推力作用稳定，从而能够使该技术满足工程应用上的推力稳定可控要求。
附图说明
图1为一种基于圆极化场分布的电磁推力器腔体侧视图；
图2为一种基于圆极化场分布的电磁推力器腔体耦合口示意图；
图3为一种基于圆极化场分布的电磁推力器腔体电场分布模式示意图；
图4为一种基于圆极化场分布的电磁推力器腔体电场分布示意图(0度相位)；
图5为一种基于圆极化场分布的电磁推力器腔体电场分布示意图(90度相位)；
图6为采用多个耦合装置实现圆极化场分布的实现结构图
图7为一种基于圆极化场分布的电磁推力器腔体能量分布示意图(侧视图)；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
本发明的电磁推力器仅使用电能产生推力，无须携带燃料，推力器的使用寿命长，可极大减轻航天器重量用于有效载荷，具有较好的环保性能和安全性能，且体积小，重量轻，是一种革命性的新技术，可以大幅度提高航天器的性能。本发明电磁推力器腔体方案为：采用圆截面微波谐振腔体(包括半球、圆台、椭球状腔体)，在腔体圆截面设计圆极化场分布，在腔体局域空间设计不均衡电磁场能量分布。相比现有的设计，该方案可以实现电磁推力器的推力稳定产生，从而能够使电磁推力器技术满足工程应用上的推力稳定可控要求。
本发明的一种基于圆极化分布的电磁推力器的腔体，腔体为微波谐振腔，谐振腔的电磁场分布呈现圆极化特性，定义笛卡尔直角坐标系下，微波谐振腔截面(根据坐标系，至少有一个方向上的截面)为圆形；X轴和Y轴在截面所在平面内，X轴和Y轴正交，右手定则确定Z轴；原点O在圆形截面的中心，电磁场分布在X轴、Y轴和Z轴中至少一个方向上呈现不均衡分布。(如果圆形截面在XOY平面内，那么电磁场不均衡出现在Z轴上；如果圆形截面在XOZ平面内，那么电磁场不均衡出现在Y轴上；如果圆形截面在ZOY平面内，那么电磁场不均衡出现在X轴上)，腔体上设有至少两个耦合口；
谐振腔的电磁场分布呈现圆极化特性，具体为：在腔体的截面上，在圆形截面的X方向生成的电场与Y方向生成的电场的合成场的电场矢量的端点的运动轨迹在该圆形截面上的投影是一个圆。圆形截面XOY沿Z轴移动后，与该圆形截面平行的平面的电磁场均呈现圆极化特性。圆形截面上的X方向生成的电场与Y方向生成的电场相互垂直，振幅相等。圆形截面的X方向生成的电场与Y方向生成的电场的合成场为具有90度时间相位差的两个电场之和。圆形截面的X方向生成的电场在时间相位上超前于Y方向生成的电场，则定义为左旋圆极化场。圆形截面的X方向生成的电场在时间相位上滞后于Y方向生成的电场，则定义为右旋圆极化场。谐振腔的电磁场分布在Z轴方向呈现不均衡分布，即电磁场能量集中在腔体的XOY平面区域的中心，在+Z轴方向产生电磁场能量梯度(即在腔体的XOY平面区域的中心空间区域，沿+Z轴方向，沿径向向腔体的截面中心逐渐增强，谐振腔的边缘电磁场最弱；或者相反，沿+Z轴方向，沿径向向腔体的截面中心最弱，谐振腔的边缘电磁场逐渐增强)。保持XOY所在的平面不变，在Z轴方向上拉长，谐振腔可以为椭球形。
谐振腔的形状优选为半球，半球的平面为XOY平面，Z方向由右手定则确定，电磁场能量集中在腔体的XOY平面区域的中心，在+Z轴方向产生能量梯度电磁场变弱。谐振腔的形状优选为棱台，棱台的大端面为XOY平面，Z方向由右手定则确定，电磁场能量集中在腔体的XOY平面区域的中心，在+Z轴方向产生能量梯度电磁场变弱。谐振腔的形状优选为角锥，角锥的断面为XOY平面，Z方向由右手定则确定，电磁场能量集中在腔体的XOY平面区域的中心，在+Z轴方向产生能量梯度电磁场变弱。
腔体上优选设有至少两个耦合口，两个耦合口在XOY平面上时，两个耦合口的空间位置差90°(两个耦合口分别与XOY截面中心的连线的夹角为90°)，相位差为90°。腔体上优选设有至少两个耦合口，两个耦合口在XOY平面上时，两个耦合口的空间位置差α(空间位置差α为两个耦合口分别与XOY截面中心的连线的夹角，优选为90°)，相位差为α°。腔体上优选设有至少两个耦合口，两个耦合口在腔体弧面或台面上时，两个耦合口要求在同一个圆截面上，该圆截面要求与XOY截面平行，两个耦合口的空间位置差α(两个耦合口分别与XOY截面中心的连线的夹角为90°)，相位差为α°
腔体形状优选为圆台腔体和半球腔体；
对于圆台腔体，优选采用如下方案：
Figure BDA0001843490620000082
其中ωc为腔体内R为半径的截面处的截止频率，θ为张角(张角为圆台顶部延伸形成的锥体的锥角除以2)，R为圆台横截面的半径(圆台横截面为圆形，与圆台的大端面和小端面平行，半径R大于圆台的小端面半径且小于圆台的大端面半径)，z为轴向距离(轴向距离定义为以R为半径的圆截面处与小端面之间的距离)，umn为贝塞尔函数(根据微波谐振腔设计手册查表得到)在Jmn＝0(或J'mn＝0取决于TE模还是TM模)下的第n个非零根。
对于半球腔体，优选采用如下方案：
Figure BDA0001843490620000081
其中We为任意点M处的电磁场能量，ω为腔体的谐振频率，A为M点处的场强，R1为M点到腔体球心的距离，k为M点波矢量。ε为M点空间的介电常数，μ为M点空间的磁导率
对于推力器，采用如下的优选的方案：
F＝Kp*Q*P0*Ap*|sin(β)|
其中，Kp为推力标定系数，Q为腔体品质因数，P0为信号源发生器的输出功率，Ap为功放的放大倍数，β为移相器产生的相移。F为推力器产生的力。
半球设计的圆极化分布电磁推力器腔体，如图1所示；半球设计的圆极化分布电磁推力器腔体耦合口设计，如图2所示；半球设计的圆极化分布电磁推力器腔体电场分布设计，如图3所示；半球设计的圆极化分布电磁推力器腔体，电场分布的相位差示意图，如图4和图5所示，图4为0度相位电场，图5为90度相位电场)，圆极化分布电磁推力器腔体，与相关微波设备组合为电磁推力器系统，如图6所示；
基于圆极化场分布的电磁推力器腔体的能量分布，如图7所示。
一种基于圆极化分布的腔体的电磁推力器，包括：信号源发生器、微波功率放大器、功分器、移相器、推力器谐振腔；
信号源发生器产生一个微波信号，送至放大器进行功率放大，放大后的信号通过功分器根据耦合口的数量进行功分，功分后的信号一路作为相位基准，该路信号直接通过对应的耦合口送至谐振腔，其余功分后的信号按照相位基准进行相应的移相，使该路信号与相位基准的相位差和该路信号送入的耦合口的空间位置角度相一致，经过移相后通过对应的耦合口送至谐振腔；
从耦合口进入的信号产生微波能量，根据推力器谐振腔的形状(包括圆台、半球形谐振腔)，产生所需的电磁场能量梯度(在腔体局域空间，电磁场能量沿特定方向逐渐减弱)，通过能量梯度产生推力。(推力方向位于Z向)。
推力器谐振腔，具有以下优选方案：
腔体为微波谐振腔，谐振腔的电磁场分布呈现圆极化特性，定义笛卡尔直角坐标系下，微波谐振腔截面为圆形(即谐振腔截面至少有一个方向上截面为圆形)；X轴和Y轴在截面所在平面内，X轴和Y轴正交，右手定则确定Z轴；原点O在圆形截面的中心，电磁场分布在X轴、Y轴和Z轴中至少一个方向上呈现不均衡分布。(如果圆形截面在XOY平面内，那么电磁场不均衡出现在Z轴上)，腔体上设有至少两个耦合口；
谐振腔的电磁场分布呈现圆极化特性具体为：在腔体的截面上，在圆形截面的X方向生成的电场与Y方向生成的电场的合成场的电场矢量的端点的运动轨迹在该圆形截面上的投影是一个圆。
圆形截面XOY沿Z轴移动后，与该圆形截面平行的平面的电磁场均呈现圆极化特性。
圆形截面上的X方向生成的电场与Y方向生成的电场相互垂直，振幅相等。
圆形截面的X方向生成的电场与Y方向生成的电场的合成场为具有90度时间相位差的两个电场之和。
圆形截面的X方向生成的电场在时间相位上超前于Y方向生成的电场，则定义为左旋圆极化场。
圆形截面的X方向生成的电场在时间相位上滞后于Y方向生成的电场，则定义为右旋圆极化场。
谐振腔的电磁场分布在Z轴方向呈现不均衡分布，即电磁场能量集中在腔体的XOY平面区域的中心，在+Z轴方向产生能量梯度电磁场变弱(即谐振腔的边缘电磁场最弱，沿径向向腔体的截面中心逐渐增强)。
保持XOY所在的平面不变，在Z轴方向上拉长，谐振腔可以为椭球形。
谐振腔的形状优选为棱台，棱台的大端面为XOY平面，Z方向由右手定则确定，电磁场能量集中在腔体的XOY平面区域的中心，在+Z轴方向产生能量梯度电磁场变弱。
谐振腔的形状为角锥，角锥的断面为XOY平面，Z方向由右手定则确定，电磁场能量集中在腔体的XOY平面区域的中心，在+Z轴方向产生能量梯度电磁场变弱。
腔体上优选设有至少两个耦合口，两个耦合口在XOY平面上时，两个耦合口的空间位置差90°(两个耦合口分别与XOY截面中心的连线的夹角为90°)，相位差为90°。
腔体上优选设有至少两个耦合口，两个耦合口在XOY平面上时，两个耦合口的空间位置差α(空间位置差α是指两个耦合口分别与XOY截面中心的连线的夹角，相位差为α°(优选为90°)。
腔体上优选设有至少两个耦合口，两个耦合口在腔体弧面或台面上时，两个耦合口要求在同一个圆截面上，该圆截面要求与XOY截面平行，两个耦合口的空间位置差α(两个耦合口分别与XOY截面中心的连线的夹角为90°)，相位差为α°
本发明的电磁推力器腔体，包括非对称谐振腔、安装在谐振腔外部的耦合口(至少2个)，谐振腔内的圆极化器，使谐振腔内的电磁场集中分布在腔体局部空间，形成不均衡的电磁场分布，且产生圆极化电磁波。
所述谐振腔可以为半球形、椭球形、圆柱、角锥形、圆台等形状。
所述谐振腔耦合口可以为探针耦合、耦合环或耦合孔。
所述谐振腔内的圆极化器可以为金属结构、介质结构、或其它通过腔体形状、零部件设计的圆极化装置。
本发明的场分布优选方案为：设计的腔体截面为圆形，因此设计电磁场，满足电场强度矢量E的端点在一个周期内在截面投影的轨迹是一个圆。
因腔体结构种类繁多，其电磁场设计理论复杂，为简化问题，在工程设计上，使用电磁场有限元软件，输入腔体设计模型，通过调整腔体尺寸，以及调整腔体形状参数，得到需要的电磁场分布模式，调整参数包括：
——半球腔体的腔体半径；
——圆柱腔体的半径和高度；
——角锥\圆台腔体的半径、高度；
本发明的电磁场圆极化优选方案为：
确定圆极化实现方式，采用多个耦合装置或圆极化器实现。
——如采用多端口馈源实现圆极化，在腔体设计空间位置相差一定角度的两个或多个耦合装置(探针、耦合环或者耦合口)，各耦合口的输入信号之间保持一定的相位差。
——如采用圆极化器的方式，在腔体设计圆极化器，可以用销钉、膜片或者其它金属结构实现。
在得到的满足场分布要求的模型基础上，使用电磁仿真软件计算出腔体的谐振频率和腔体品质因数，如谐振频率不符合要求，在电磁仿真软件内修改谐振腔结构以及尺寸，重新计算谐振频率，直至频率符合需求。
基于圆极化场分布的半球形电磁推力器谐振腔设计实例：
1)场分布优选方案：如图1，半球形谐振腔设计，谐振腔半径为145mm，谐振腔由半球壳结构和圆板结构两部分组成，圆板结构设计两个耦合口(如图2)，耦合口中心位于距圆板中心72.5mm位置，耦合口设计激励探针。
2)电磁场圆极化优选方案：采用多个耦合装置实现。根据电磁场设计理论，设计电磁场分布模式如图3。从0度相位到90度相位，电场投影在腔体截面的空间位置角度旋转了90度，如图4、图5。因此，在腔体上Z轴方向空间位置相差90度安装两个耦合口，采用探针激励，如图1。
信号源输出的信号，经过功放放大后，通过功分，分为两路微波功率，其中一路使用移相器，使相位滞后90度，最后两路相差90度的微波功率送入推力器谐振腔的耦合口1和耦合口2，如图6，从而满足圆极化电磁场设计。
3)根据电磁场设计理论，电磁场分布模式如图3，其电磁场能量分布集中在球心位置附近区域，产生不均衡的电磁场分布，如图7。
如表1所示，本发明进行了两种优选状态的测试，在不同相位状态下实现圆极化场的测量结果，如下：
表1不同相位状态下实现圆极化场的测量结果
Figure BDA0001843490620000131
本发明使用扭摆式微推力测试设备，完成了重复性推力测量试验，试验结果表明，在功放功率100W的状态，实现圆极化和不实现圆极化，推力测量结果有显著差异。
本发明的电磁推力器无须携带燃料，可极大提高搭载有效载荷能力，电磁推力器仅使用电能产生推力，无须携带燃料，可极大减轻航天器重量用于有效载荷。该推力器技术需要使用微波谐振腔,利用电磁场在微波谐振腔的能量梯度产生推力，本发明的电磁推力器不需要喷出工质气体，无化学燃料的污染和安全问题，电磁推力器的推力来自微波的动量，不需要喷出工质气体，不使用、贮存化学燃料，因此具有较好的环保性能和安全性能；
本发明的电磁推力器寿命不再受燃料的约束，电磁推力器只使用电能，且只需电能即可产生推力，使推力器的使用不再受燃料的制约，从而延长了推力器的使用寿命，且本发明的电磁推力器体积小，重量轻，成为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。
本发明电磁推力器腔体采用圆截面微波谐振腔体(包括半球、圆台、椭球状腔体)，在腔体圆截面设计圆极化场分布，在腔体局域空间设计不均衡电磁场能量分布。相比现有的设计，该方案可以实现电磁推力器的推力稳定产生，且本发明电磁推力器腔体，其主要优点为腔体使推力器的推力作用稳定，从而能够使该技术满足工程应用上的推力稳定可控要求。

Claims (10)

1.一种基于圆极化分布的腔体的电磁推力器，特征正在于包括：信号源发生器、微波功率放大器、功分器、移相器、推力器谐振腔；
信号源发生器产生一个微波信号，送至放大器进行功率放大，放大后的信号通过功分器根据耦合口的数量进行功分，功分后的信号一路作为相位基准，该路信号直接通过对应的耦合口送至谐振腔，其余功分后的信号按照相位基准进行相应的移相，使该路信号与相位基准的相位差和该路信号送入的耦合口的空间位置角度相一致，经过移相后通过对应的耦合口送至谐振腔；
从耦合口进入的信号产生微波能量，根据推力器谐振腔的形状，产生所需的电磁场能量梯度即在腔体局域空间，电磁场能量沿要求方向逐渐减弱，通过能量梯度产生推力。
2.根据权利要求1所述的一种基于圆极化分布的腔体的电磁推力器，其特征在于：推力器谐振腔为微波谐振腔，谐振腔的电磁场分布呈现圆极化特性，定义笛卡尔直角坐标系下，微波谐振腔截面为圆形；X轴和Y轴在截面所在平面内，X轴和Y轴正交，右手定则确定Z轴；原点O在圆形截面的中心，电磁场分布在X轴、Y轴和Z轴中至少一个方向上呈现不均衡分布，腔体上设有至少两个耦合口。
3.根据权利要求2所述的一种基于圆极化分布的腔体的电磁推力器，其特征在于：谐振腔的电磁场分布呈现圆极化特性具体为：在腔体的截面上，在圆形截面的X方向生成的电场与Y方向生成的电场的合成场的电场矢量的端点的运动轨迹在该圆形截面上的投影是一个圆。
4.根据权利要求2所述的一种基于圆极化分布的腔体的电磁推力器，其特征在于：圆形截面XOY沿Z轴移动后，与该圆形截面平行的平面的电磁场均呈现圆极化特性。
5.根据权利要求2所述的一种基于圆极化分布的腔体的电磁推力器，其特征在于：圆形截面上的X方向生成的电场与Y方向生成的电场相互垂直，振幅相等。
6.根据权利要求2所述的一种基于圆极化分布的腔体的电磁推力器，其特征在于：圆形截面的X方向生成的电场与Y方向生成的电场的合成场为具有90度时间相位差的两个电场之和。
7.根据权利要求2所述的一种基于圆极化分布的腔体的电磁推力器，其特征在于：圆形截面的X方向生成的电场在时间相位上超前于Y方向生成的电场，则定义为左旋圆极化场。
8.根据权利要求2所述的一种基于圆极化分布的腔体的电磁推力器，其特征在于：圆形截面的X方向生成的电场在时间相位上滞后于Y方向生成的电场，则定义为右旋圆极化场。
9.根据权利要求2所述的一种基于圆极化分布的腔体的电磁推力器，其特征在于：谐振腔的电磁场分布在Z轴方向呈现不均衡分布，即电磁场能量集中在腔体的XOY平面区域的中心，在+Z轴方向产生能量梯度电磁场变弱。
10.根据权利要求2所述的一种基于圆极化分布的腔体的电磁推力器，其特征在于：保持XOY所在的平面不变，在Z轴方向上拉长，谐振腔可以为椭球形。
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