米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）物理测量标准研究部[研究部主任藤间一郎]电磁测量研究组首席研究员岸川亮子、研究组组长堀部雅宏以及国家研究开发机构日本宇宙航空研究开发机构[社长山川浩]（以下简称“JAXA”）宇宙宇宙航空科学研究所川崎茂夫教授氮化镓 (GaN)二极管和硅 (Si)具有混合匹配电路的 HySIC (嘿布里德S半导体I集成C电路) 结构整流电路微波炉来自直流的电源转换操作世界上还是第一次。
为了安全可靠地执行航天器的任务，使用安装在不同位置的传感器持续监控飞机和设备状态的技术至关重要。从减轻重量和提高耐用性的角度来看，无线供电技术是一种很有前途的向传感器提供驱动电源的方法，但它需要将在空间中传播的微波转换为直流电的整流电路。对于整流电路二极管但由于宇宙射线到达太空的频率比到达地面的频率高约 100 至 1000 倍，因此常用的二极管（例如 Si）预计会频繁发生故障或损坏。因此，为了提高对宇宙射线的抵抗力，二极管采用了具有宽带隙的GaN。另一方面，为了有效地将微波输入到GaN二极管匹配电路部分是布线，由于宇宙射线造成故障的影响很小，因此我们利用易于量产的Si电路开发了更小、更轻、成本更低的HySIC整流电路。未来，预计所开发的HySIC整流电路将通过提高其性能并将无线供电在航天器内部实际使用来为未来的航天发展做出贡献。
该技术的详细信息将于 2018 年 11 月 6 日至 9 日在京都国际会议中心（京都府京都市）举行的 2018 年活动中公布亚太微波会议(APMC 2018) 宣布。
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| 所开发的HySIC整流电路的照片（左）和原理图（右） |
为了安全可靠地执行任务，航天器内部安装了大量的气体传感器、振动传感器等各种传感器，不断监测飞行器和设备的状态。目前，使用电源线为这些传感器提供驱动电源，但电源线的重量和耐用性是问题。另一个问题是电源线固定在航天器上，这限制了改变航天器形状的能力。
不使用电力线传输驱动电力的无线电力传输技术可以减轻航天器的重量，提高发射时的抗振能力，提高形状变化的灵活性，是支持未来航天发展的重要基础技术之一。此外，为了让日本继续引领世界太空发展，有必要开发一种在航天器内部发挥作用的无线电力传输系统。
HySIC 有多种类型半导体的混合电路，有望实现单一半导体无法实现的功能。因此，AIST和JAXA进行了联合研究，开发了一种HySIC整流电路，用于为航天器内部的传感器无线供电。在该电路中，我们决定使用对宇宙射线具有高抵抗力的GaN作为将空间中传播的微波的功率转换为直流电以驱动传感器的二极管，并使用可以做得更小、更轻的Si匹配电路作为有效地将微波输入到GaN二极管的匹配电路。在开发过程中，AIST 正在研究微波区域的高精度 GaN 二极管。阻抗通过将测量技术的发展与 JAXA 的电路设计技术相结合，我们创建并演示了 HySIC 整流器电路的操作。
这项开发基于经济产业省的“高效太阳能发电无线电力传输和接收的研究开发”（2014-2016 财年）的成果，该研究由日本宇宙系统开发和利用促进组织委托给 JAXA 宇宙和宇宙航行科学研究所。
在航天器内部，传感器收集的信息由控制单元通过使用微波的无线通信进行收集和利用。无线通信技术已经发展到了很高的程度，利用微波进行无线供电是一种很有前途的技术，由于部分无线通信电路可以共享，因此与传感器高度兼容（图1）。微波从控制单元的天线发射到太空，由连接到每个传感器的天线接收，并用作驱动传感器的动力。由于需要向传感器提供直流电，因此需要整流电路将微波转换为直流电。由于整流电路极大地影响电力传输效率，因此需要一种适合安装在航天器上的整流电路。为了开发低功率损耗的高性能HySIC整流电路，需要测量GaN二极管在微波区域的阻抗特性，并设计Si匹配电路来匹配阻抗特性。
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| 图1传感器无线供电系统和HySIC整流电路概述 |
微波区域GaN二极管阻抗的测量方法和技术有多种传输线特性校正技术，且最佳组合未知。这次，我们发现了GaN二极管器件结构、适合微波区域的测量方法和传输线特性校正技术的新组合，并且能够高精度地测量单个GaN二极管的阻抗特性。图2显示了我们独立设计和创建的用于测量GaN二极管的电路。执行测量的连接器和 GaN 二极管之间有一条传输线，但当微波通过传输线传播时，会发生损耗和相位变化。通过使用图2右侧所示的传输线特性校正装置校正由传输线引起的损耗和相位变化，可以精确测量单个GaN二极管的阻抗特性。
通过获得单个GaN二极管的精确阻抗特性，可以设计Si匹配电路以实现高性能HySIC整流电路。 GaN 二极管的阻抗特性根据输入微波功率而变化。另一方面，Si匹配电路的阻抗特性是恒定的，与输入微波的功率无关。因此，有必要在输入微波时匹配两个器件的阻抗特性，这在设计Si匹配电路以最大化功率转换效率时提出了问题。新开发的HySIC整流电路的目标是获得100 mW级的直流功率，并设计了Si匹配电路的基本模式，以便在输出功率为100 mW级时GaN二极管和Si匹配电路的阻抗匹配，从而最大限度地提高功率转换效率。此外，我们在基本模式的基础上，通过仿真分析了输入功率波动时对功率转换效率的影响，改进了Si匹配电路的模式，实现了稳定的高转换效率的整流操作。
12619_12819蓝牙®)，它可以提供足够的电力来与一到三个设备进行通信。
GaN/Si HySIC整流电路不仅具有高抗宇宙射线能力，而且能够实现高功率和高电压的电力传输，有望实现高效率的高速充电。另外，与以往的在基板上制造的整流电路相比，能够实现小型化，因此在节省空间方面也优异。这项技术的进一步发展不仅有可能实现太空无线电力传输，未来还有望用于为地面传感器网络供电以及为电动汽车充电。
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| 图2 GaN二极管和传输线校正器件 |
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| 图3 输出直流功率与输入微波功率的测量结果 |
未来，我们的目标是进一步提高HySIC整流电路的性能。此外，我们还将继续研究和开发使用HySIC整流电路的航天器无线供电系统的实际应用。