TM65m射电望远镜副面随动模型及性能评估

天马65 m射电望远镜副面系统的安装可以用来补偿副面支撑和主面的重力变形,在不同的俯仰角度上,副面位姿的调整可以提高天线的效率和指向性能,本文建立了副面位姿随俯仰角变化的模型,测试结果表明副面随动模型可以有效改善65 m望远镜在高低仰角上的效率,分别达到20%和15%,使得在整个俯仰角范围内,X波段的接收效率均到达60%以上;副面随动模型导致的指向偏差与grasp仿真结论符合良好.     

基于干涉全息法测量射电望远镜主面重力变形和副面位姿

本文围绕天马65 m (TM65 m)射电望远镜主面重力变形和副面位姿展开实测研究.论文先概述了主面测量的方法,主要讨论了基于微波全息法的测量方法和天线扫描方法,然后论述了采用Very Long Baseline Interferometer (VLBI)测量65 m主面各俯仰角的重力变形,对测量误差进行了评估,进而构建了重力模型,并与仿真结果进行了比较,两者变化趋势一致.同时,推导并仿真了主焦馈源、副面位姿偏移和口径面相位的解析关系,然后基于该解析关系和VLBI测量得到的口径面相位数据,并采用最小二乘法解算得了实际TM65 m副面位姿随俯仰的变化情况,该测量结果在三维方向上与传统基于主动副面的幅度扫描法结果一致性强,该方法为测量副面位姿提供了不同于传统法的可行途径.     

用于微波天线的三维面形测量技术

在三维立体视觉测量原理的基础上，建立了用于微波天线面形测量的三维视觉测量系统，分析了该测量系统优于其他测量系统的主要优点，给出了测量原理，介绍了系统组成及其功能，通过对微波天线的面形测量，验证其可行性，对空间点位进行多次重复测量表明：x,y方向的测量标准差优于0．1mm,z方向的测量标准差优于0．18mm，满足微波天线的面形测量要求。     

一款小型化2.45 GHz整流天线的设计

为解决整流天线设计复杂、整流效率较低的问题,提出一种新型S波段微波整流天线,利用空气层拓展贴片天线的带宽,将整流电路集成到天线的空气层内,减小了整流天线的尺寸,并研究了天线和整流二极管阻抗匹配的关系。基于该结构,设计了2.45 GHz微波贴片整流天线,采用F4B介质板进行加工,整流天线的横截面为70 mm×70 mm。经实验测量,该新型微波整流天线在天线接收功率为20 dBm时,整流效率达到72.4%。该新型整流天线相比传统整流天线具有尺寸小、高射频-直流转换效率的特点,证明了设计的有效性。     

大型射电望远镜天线主动面补偿研究进展

随着射电望远镜全可动天线的口径扩大与频段提升,天线在观测时的高电性能难以保障,必须采用机械补偿与电子补偿等手段.为确保天线的指向精度与作用距离,有必要对天线赋形反射面的空间位置与几何形状进行调整,即主动面调整,这是补偿天线电性能最有效的手段.为此,本文阐述了国内外有关主动面补偿的应用情况,总结了大型天线主动面补偿的基本原理及适用范围,详细分析了面形调整量计算、主面分块设计、促动器设计、主动面控制系统及面形检测五项关键技术,并对世界上已采用主动主反射面调整的四部大天线进行了对比讨论,最后给出了主动面补偿技术在未来大型射电望远镜天线上的研究方向.     

3 mm波段面目标辐射特性测量研究

论述了3mm波段(94GHz)同步检波Dicke辐射计基于自然变温源的定标方法与特性指标.在水平和垂直两种极化下利用矩形口面的喇叭天线对天空及5种典型的地物目标进行了测量,水泥、沥青、黄土、草地的测量范围为20°～85°,水面为20°～75°,天空为0°～90°;利用带有卡赛格伦天线的3mm和8mm辐射计对沥青背景下的金属板进行了对比测量,3mm和8mm辐射计天线的3dB波束宽度分别为0.5°和1.5°.辐射特性测量证明了两种极化间的差别随着表面粗糙度的增加而减小;卡赛格伦天线对金属板测量中,3mm辐射计比8mm辐射计可测得更高的天线温度对比度.     

MSC Patran/Nastran在12m天线结构分析中的应用

应用MSC Patran和MSC Nastran软件对12m抛物面天线结构进行了有限元建模及仿真分析,得出了天线在不同俯仰角时最佳拟合抛物面的面板法向均方根误差,并运用数字近景摄影测量系统获得了对应俯仰角时反射面实际法向均方根误差,通过对仿真分析结果和测量结果的进行比较和分析,肯定了有限元仿真对天线结构设计的指导作用。     

65m射电望远镜副反射器调整系统的标校

65m射电望远镜是目前亚洲口径最大、精度最高的天线,重约2740t,最高工作频率为43GHz.为保证天线在不同工作姿态下都能获得最佳的观测效率,该望远镜在国内首次采用了副反射器调整系统,用以实时调整不同仰角下主、副面之间的位置关系.文章阐述了副反射器调整系统标校的内容、数学模型、测量方法以及最终结果,并对标校精度进行了分析.通过对副反射器调整系统的标校,为65m射电望远镜高精度工作打下了坚实的基础.     

数字摄影测量技术在抛物面天线型面精度、重力变形测试中的应用

对大口径抛物面天线而言,自重较大,型面精度会随天线俯仰角度的变化而变化,数字摄影测量技术可以量出天线任意姿态下型面精度,计算天线反射体重力变形数值,根据测量数据进行精度及重力预变形调整。66米口径天线实际应用中,型面调整精度0.25mm。测试结果表明数字摄影测量技术可用于天线重力变形测试和形面精度在位测量、调整。     

X波段圆极化整流天线的设计与实验

用电路仿真软件分析了影响微波整流二极管转换效率的因素,用电磁场全波分析软件研究整流天线的接收天线和LPF（低通滤波器）,在此基础上,提出整流天线优化设计的一体化分析模型.设计制作了工作于10 GHz的整流天线,并在微波暗室中完成实验测量.实测结果与仿真值较为吻合,测得最大输出电压为2.45 V,最高转换效率为58%.最后总结了影响整流天线效率的诸因素,提出进一步提高整流天线效率的途径.     

海洋船舶的微波辐射遥感研究

根据微波辐射理论 ,船舶与海洋背景或陆地、岛屿表面的发射率相差很大 ,故使用毫米波辐射计可以探测海面上的船舶。讨论了海洋、天空及陆地等背景微波辐射特性 ,给出了计算船舶目标与海洋背景的天线温度对比度的公式 ,并给出 8mm及 3mm波段下几种背景的辐射温度曲线和不同高度下的海上目标的天线温度对比度的计算和测量数据 ,另外 ,介绍了毫米波辐射计探测海上船舶的实用的试验方法以及其应用前景。     

视觉测量中基于距离相对约束的优化算法

提出了一种新的基于距离相对约束的优化算法,该算法通过附加视场边缘距离约束条件较好地实现了对透镜畸变的纠正,提高了空间面形测量的精度.利用视场边缘相对控制点间空间距离固定以及像点坐标值残余误差平方和最小构建新的目标函数,并计算相应的法方程,经过数次迭代后可获得测量系统的方位参数和测量点的空间坐标,完成空间物体3D面形测量.对距离控制场的测量实验证明,该算法特别适用于大尺寸面形的测量,在3 m×4 m×1 m的测量视场内,根据该算法建立的视觉测量系统其最大测量偏差小于0.5mm,可满足大尺寸面形的测量要求.     

中继法解决再入航天器通信黑障问题优化研究

中继法是目前解决航天器再入通信黑障问题的一种可行方案,建立了背风面等离子鞘套模型,分析航天器再入俯仰角对信号在鞘套中的传输影响,并在航天器再入初始俯仰角下对比了S频段和Ka频段信号在背风面等离子鞘套的传输情况。结果表明:俯仰角越大,信号电磁波在等离子鞘套中的衰减越小;相同俯仰角下Ka频段传输性能明显优越于S频段信号,Ka频段信号相比于S频段信号,在背风面的透射率至少提高55%、衰减值至少降低33.69 dB,建议选用Ka频段信号作为中继卫星与再入航天器之间的通信频段并提出中继优化方案,为进一步解决航天器再入过程中的通信黑障问题提供思路。     

收看国内外卫星数字压缩节目的技巧

利用卫星数字压缩传输技术进行卫星、电视直播到家庭(DTH)的时代正迅速到来.目前我国的卫星数字压缩节目,主要集中在亚卫2号卫星上,但在亚太地区卫星能收看的就有24个之多,节目达400多套.那么我们如何收看,需哪些接收器材才能收着呢?一、接收器材1.首先是接收天线.分正馈式和偏馈式两种.正馈是一个完整的圆形锅面天线,偏馈天线是新近发展起来的,特别适宜于Ku波段家庭个体接收使用.从理论上讲它是正馈天线的一半,其优点为不存在高频头对信号的遮挡;在相同面积下其增益要高得多;由于其结构特殊,因此好使用、易固定,户外使用锅面不积水.目前亚卫二号上的节目主要采用C波段传播,天线用正馈1.8m～2.4m即可.大于3m的天线太笨重,对数字信号质量的改善不明显.特别调试Ku波段时,由于其波瓣很尖锐,大天线要精确到位非常困难.本人用2m正馈天线在华东地区接收C、Ku的数字压缩节目或用0.6m的偏馈天线专收Ku波段信号都能达到满意的效果,接收机的信号强度指示接近80%.在介绍数字压缩信号的同时,顺便介绍模拟信号,它的正馈天线直径只要在1.8～2m就可以了.2.高频头.很多工程原已安装了3m天线接收模拟信号,现要同时收视亚卫二号卫星的C、Ku节目,可首选C/Ku双波段双极性四输出馈源一体化高频头,它自带馈源,各种技术参数     

基于基片集成波导的正反渐变槽整流天线阵列的研究

本文提出和设计Ka波段基片集成波导馈电的正反渐变槽整流天线阵列。基于基片集成波导技术的整流器通过全波仿真软件和谐波平衡法联合仿真实现。基片集成波导馈电的正反渐变槽整流天线单元和1×4阵列在低成本的标准PCB工艺上设计和制作。当频率为30GHz时,所测得的基片集成波导馈电正反渐变槽天线单元的增益为12dBi,同时测得整流电路的射频-直流转换效率为27.4%。在1×4的整流天线阵列中,总直流输出功率约为四个单元整流天线直流输出功率之和。     

65m射电望远镜副反射器调整系统的标校

65m射电望远镜是目前亚洲口径最大、精度最高的天线,重约2740t,最高工作频率为43GHz。为保证天线在不同工作姿态下都能获得最佳的观测效率,该望远镜在国内首次采用了副反射器调整系统,用以实时调整不同仰角下主、副面之间的位置关系。文章阐述了副反射器调整系统标校的内容、数学模型、测量方法以及最终结果,并对标校精度进行了分析。通过对副反射器调整系统的标校,为65m射电望远镜高精度工作打下了坚实的基础。     

微波无线输能技术研究进展与系统设计

微波无线输能(microwave wireless power transmission, MPT)技术应用于不易获取直流电能的场合, 是研制太阳能卫星、近空间飞行器的关键技术, 也可应用于无线传感器网络节点供能及环境低微微波能量的回收. 比较了微带线型和共面带状线型2种典型整流天线的单元和阵列性能, 提出了对接收天线和整流电路的要求; 以获得最大微波波束捕获效率为目标, 分析了发射天线拓扑结构及高斯削尖口径电平分布. 在研究以上关键技术的基础上设计了一套C波段微波输能系统, 该系统从发射端到接收端的直流-直流效率为35%. 最后指出了微波无线输能技术存在的问题和未来发展方向.     

全息天线的理论与应用研究

在全息天线构建原理的基础上,分析了源天线与理想平面波的干涉,以此确定全息结构的位置及全息天线的构成.同时对干涉极小值点的计算进行一定的简化,得到了具有普遍意义的计算全息结构位置的表达式.作为实例,利用金属全息结构与偶极子天线分别构建了一维、二维及准三维全息天线,并利用仿真软件HFSS对它们的辐射场进行了计算.计算结果表明,利用全息结构在一定程度上可以改善天线的辐射性能.最后,本文对全息天线的可能应用进行了探讨.     

基于微扰法的低驻波比反射面天线设计

介绍并分析了用于反射面天线低驻波比的微扰设计方法,并基于该方法设计了一Ka波段低驻波比的反射面天线.通过对天线反射面外形的微扰设计,该反射面天线在保持辐射性能基本不变的条件下,天线驻波比得到了显著降低.     

基于双波束的天马望远镜主反射面面形快速测量

天马望远镜的主反射面受重力、热等因素的影响会发生大尺度形变.主动反射面是补偿大尺度形变,保证望远镜电性能最有效的手段.对主反射面形变的快速测量是主动反射面高效率工作的核心问题.目前的测量耗时约为20 min,耗时较多.本文提出了一种基于双波束的相位恢复法,此方法基于双波束的天线方向图具有相似性和重叠性的特点,在保证测量信噪比的同时,通过减少扫描区域来缩短测量时间.与单波束测量相比,可将测量时间缩短1/2以上,提高了观测时间利用率.通过测量两个波束的一组部分聚焦和两组部分离焦天线方向图,再经过最小二乘数据处理得到大尺度形变.在天马望远镜对重力和热形变的实测表明,本方法可在8 min内测量得到不同情况下的主反射面面形,测量精度可达55μm.此方法有效地改善了望远镜波束,提高了望远镜效率,可应用于其他具有多波束接收系统的大型射电望远镜.