便携式太阳模拟器设计

针对太阳模拟器小型化、便携性的实际需求,设计了一种便携式的太阳模拟器。要求在辐照面积1.2 m1.2 m的矩形区域内的照度不小于0.02个太阳常数,且被照面的不均匀度小于5%。模拟器系统主要由短弧氙灯、椭球面反射镜、光纤传光束、积分棒和准直镜组组成。通过软件仿真及实验验证,结果均符合要求。实验结果表明,利用短弧氙灯、椭球面反射镜、光纤传光束、积分棒和投影准直透镜组设计便携式太阳模拟器的方法是有效、可行的。     

高精度准直式太阳模拟器光机结构设计

为了实现对卫星控制系统中太阳敏感器的高精度地面标定和测试,提出一种真实模拟太阳光辐射特性的高精度准直式太阳模拟器设计方案,根据模拟器热功率高的特点,对氙灯与组合聚光镜、转向平面反射镜、光学积分器等主要组成部分进行了详细的光机结构与热控结构的设计.运用Ansys软件进行热学仿真分析,保证热控结构设计的合理性与最优性.通过实际检测,设计的太阳模拟器可以真实地模拟太阳光辐射特性,准直角小于32',辐照面小于100 mm时,不均匀度优于1.6 %;辐照面在(100~300) mm时,不均匀度优于4.2 %,满足对高精度太阳敏感器的地面标定和精度测试.     

大光斑高均匀度发散式太阳模拟器设计

为了实现大光斑直径高均匀度太阳辐照模拟,设计了大光斑发散式太阳模拟器。根据太阳光谱分布特性选取短弧氙灯作为光源,建立光源功率计算模型;基于成像倍率和氙弧峰值点离焦量之间的关系,优化设计聚光系统和光学积分器,提高太阳模拟器的辐照均匀度;同时,结合短弧氙灯的光谱特性,建立光谱匹配模型,设计光学滤光片在不同波长的透过率。实验结果表明:设计的发散式太阳模拟器辐照面积为2 m,当工作距离为6、8、10 m时,辐照不均匀度分别优于3.33%、3.51%和4.3%,且光谱与AM1.5太阳光谱A级标准相匹配。     

薄膜光伏组件在不同光谱分布下的测试差异

本文测试了非晶硅、碲化镉、铜铟镓硒和钙钛矿四种薄膜光伏组件的光谱响应曲线,选择单晶硅电池作为参考电池的光谱响应,利用两种太阳模拟器的光谱分布计算它们在不同光谱分布下的光谱失配情况,对比了不同光谱分布对这四种薄膜光伏组件测试结果的影响,从光谱失配角度给出了减小薄膜光伏组件测试误差的建议。     

大型太阳模拟器准直镜装调及辐照特性测试

由于太阳模拟器可以精确模拟太阳光,近年来,越来越多空间环境模拟试验采用太阳模拟器来模拟在轨高温环境。介绍了一个有效光束直径2 m的大型太阳模拟器,其准直镜由19块正六边形的球面单元镜拼接而成;分析了球面反射镜光学装调常用方法,以球心自校准法为基础,提出一种拼接式反射镜的装调方案;详述了该拼接式准直镜的装调过程,拼接后有效口径2 710 mm,半径13 280 mm;此外,还介绍了大气环境下、真空低温环境下和真空热试验过程中大型太阳模拟器主要辐照特性检测方法及装置,为太阳模拟器在工程中的更好应用提供参考。     

基于轨道参数算法的全天候室内太阳模拟器的研究

针对太阳能利用技术中,动态和准确模拟太阳光照的问题,研制了一种基于轨道参数的全天候室内太阳模拟装置。根据静态的太阳轨迹数据,实时进行装置灯光的模拟运行,并在运行中,实时检测灯照与太阳光的近似度。实验结果表明,此模拟装置的氙灯光源光谱分布在经过失配误差处理后波长能够满足GBPT12637-90中A级要求,模拟器的辐照度范围为0~1 600W/m2,平均辐照度为1 000W/m2,照度范围为0~65 000lux,有效辐照面积为400cm2,动态模拟偏差为4.3%。此装置基本实现了太阳光照的全天候模拟,对太阳模拟技术的发展有一定的借鉴意义。     

气象辐射标定系统中太阳模拟器的设计

为了解决对太阳辐射测量仪器的检测问题,提出一种高精度的气象辐射标定系统。重点阐述了系统中太阳模拟器聚光系统、光学积分器的优化技术;详细论述了影响太阳模拟器均匀度的积分器像差以及积分器投影镜组的离焦效果,并提出最佳离焦量的经验公式,设计了准直光学系统,并用LightTools软件对系统进行仿真;最后,对系统中的太阳模拟器进行测试。测试数据表明:该太阳模拟器可模拟一个太阳常数,辐照面范围为200 mm,辐照不均匀度在60 mm范围内小于1%,在（60-200）mm范围内小于2%,不稳定度优于1%/h,满足气象辐射标定系统的要求。     

太阳电池在不同光谱分布太阳模拟器下的性能差异分析

测试了单晶和多晶硅太阳电池的光谱响应曲线,将单晶硅光谱响应作为标准电池的光谱响应,利用BBA太阳模拟器和AAA太阳模拟器的光谱计算了多晶硅太阳电池在两种模拟器下的光谱失配因子,对在两种模拟器下测试结果的可靠性进行了分析。     

用于太阳模拟器光束调制的复合抛物面反射器设计

积分球出射光在远距离处的大辐照面上辐照均匀性及辐照度受出射光角度影响较大。针对这一问题，提出将复合抛物面聚光器逆用为复合抛物面反射器的积分球出射光角度调制方法。首先，研究复合抛物面反射器光束调制原理并推导抛物线方程；其次，分析复合抛物面反射器的参数对辐照面辐照均匀性及辐照度的影响，确定复合抛物面反射器的发散角与截取比等尺寸参数；最后，建立发散式太阳模拟器光学系统模型并仿真。仿真结果表明：复合抛物面反射器将积分球出射光半角由82°调制为25°；在太阳模拟器有效辐照面Φ1000 mm内，与未使用复合抛物面反射器相比，当复合抛物面反射器的截取比为20%时，辐照均匀性提高了0.24倍，为97.30%，辐照度提高了5.1倍，为553.54 W/m2，实现了远距离处高辐照均匀性的大辐照面模拟。     

反射式单星模拟器光纤耦合光源设计（英文）

为了满足星敏感器地面标定及配合多个单星模拟器使用要求,针对传统星模拟器光源的特点,设计了一种积分球与多光纤耦合的模拟器光源,每一单星模拟器星点亮度由每一路耦合光束控制。根据指标要求,在光度学角度上对能量进行分析,并确定光源、积分球以及光纤的选取。利用Light tools建立仿真模型,分析仿真结果,最终结果表明该光纤耦合光源满足设计要求,每个星点用Light tools模拟照度误差与实际模拟照度误差相近且两者均不大于±10%。     

A high aperture efficiency, wide-angle scanning offset reflectorantenna

A unique single offset reflector antenna has been designed which provides as much as ±30° of scanning in azimuth while maintaining a much higher aperture efficiency than a torus antenna. Like a torus antenna, different portions of the reflector are illuminated for each scanned beam. The reflector profile curve in the plane of scan is found by least squares to minimize the error for the beams with the greatest scan angle, and then polynomial terms of up to sixth order which minimize nonplanar phase errors are added to produce a three-dimensional reflector surface. Numerical simulation indicates very good results for all 0.5° beams in the ±30° azimuth field of view, with peak gain no more than 0.3 dB below ideal and highest side-lobe levels no worse than 13.3 dB below the peak gain. Additionally, comparable performance can be extended to the elevation plane out to 15°/-30°, although full azimuth performance becomes compromised at extreme elevation scan angles. By using an offset design, there is no blockage of the outgoing beam by the feed array assembly for azimuth scanning. With better feed performance than comparably sized paraboloids, and being more compact than similar torus reflectors, this novel antenna should find numerous uses in spacecraft and terrestrial applications     

地面姿态模拟光源技术研究

太阳敏感器和红外地球敏感器是卫星姿态控制的重要部件, 在卫星升空前必须对其进行地面实验。设计了一套由4条光缝组成的太阳模拟光源和针对地球同步轨道高度15.6张角的南北红外地球模拟光源。详细介绍了地星姿态模拟光源系统的组成及总体结构, 采用红外光学技术, 设计了地球模拟光源的锗准直透镜, 同时为了保证各模拟光源对真实卫星的安全对接试验, 确认各光源对星上产品的激励作用满足要求, 设计了地星姿态模拟光源安装支架。地球模拟光源能够模拟地球弦宽15.6及卫星10~120 rpm的自旋转速, 通过实验对地球模拟光源弦宽及转速进行了测试, 结果表明模拟地球弦宽误差不大于0.04, 转速锁相误差不大于1 ms。     

Calibration of solar cells for space applications

The calibration of space solar cells can be performed under extraterrestrial conditions (in space) or Earth-bound (either in the laboratory or outdoors). The corresponding calibration procedures and correction methods to obtain the calibration value are described for measurements on a balloon or in a jet as well as in a solar simulator or under direct or global outdoor illumination. Special emphasis is given to bias and random errors that may influence the measurement uncertainty. For terrestrial calibration methods utilizing a spectral mismatch correction, an ambiguity in the calibration value arises due to differences between two well-known sources for the extraterrestrial spectral irradiance, as given by Thekaekara or the World Radiation Centre and to different estimates of the solar constant. Some calibration methods use light sources with spectra that are very different from the extraterrestrial spectrum. The impact of this on the size and error of the mismatch correction is quantized for all relevant cell technologies. As the mismatch correction depends both on calibration spectrum and cell spectral response, there is not a single terrestrial calibration method with best uncertainty for ‘all’ cell technologies. Rather, good control of measurement errors in spectral response and simulator spectrum measurement determine the applicability of the various calibration methods.©1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

双半圆柱透镜准直半导体激光光束

柱透镜被广泛运用于准直半导体激光光束,而普通圆柱透镜准直能力并不高,为了克服这一不足,提出一种新的柱透镜结构:双半圆柱透镜(DHCL);基于光线传输理论导出该结构柱透镜准直激光光束的基本公式并给出数值模拟的结果。理论分析和数值模拟均表明:在用于准直半导体激光器输出光束方面,双半圆柱透镜突破了普通圆柱透镜在最佳准直时对透镜材料折射率的限制,提高了结构设计和材料选择的灵活性;特别是在高折射率条件下,双半圆柱透镜对光束的准直能力远远超过了普通圆柱透镜。理论上可以将半导体激光光束快轴方向发散角压缩到0.1 mrad的量级。     

光纤激光频谱组束的仿真研究

基于利用透射体布拉格光栅 准直透镜所设计的非相干组束方案,建立了光纤激光组束的理论模型.依据所建模型,对光栅的组束效果进行了分析.结果表明:最佳组束时,不同的光栅厚度须选择不同的光栅参数;随着光栅厚度的减小,满足最佳组束条件的空间频率和折射率调制将逐渐增大;在折射率调制和空间频率不变的情况下,随着光栅厚度的减小,角或谱的选择性逐渐增大;随着光束发散角和光谱宽度的增大,衍射效率逐渐减小.