反射面变形对天线辐射特性的影响

研究在冲击波作用下,赋形双弯曲反射面变形对天线辐射特性的影响.利用物理光学法对双弯曲反射面雷达天线的辐射方向性进行了建模和分析,将反射面完好时的计算结果与测试结果进行比较,其结果较为一致.在此基础上,重点研究了天线反射面变形后天线辐射特性随变形量、变形位置和变形面积的变化.计算结果表明,反射面的变形对水平面方向图影响较大,对垂直面方向图的影响很小.     

大型天线主反射面位姿调整机构设计

本文提出一种大型天线主反射面的位姿调整机构,它将天线主反射面作为位姿调整机构的负载,按照一种特定的安装方式实现主天线面的固定支撑并通过伸缩运动实现单自由度平动的主动调整机构,主要包括滚珠丝杠、箱体组合、套筒组合、滑块组合和涡轮蜗杆等部分.其优点是结构刚度大、承载能力强、响应速度快、具有很高的传动精度和可靠性,通过借助蜗轮蜗杆的自锁特性来避免滚珠丝杠副的逆转,用以保证主反射面调整工作的稳定,能够实现天线主反射面的位姿调整和精度控制,补偿因重力变形和安装误差等因素导致的天线性能和指向的变化.     

K波段平顶波束赋形反射面天线设计

为了获得照射均匀的平顶波束,使用反射面赋形的方法,设计了一款工作在19～22 GHz的单偏置反射面天线.结合Zernike多项式展开法与遗传算法优化反射面形面,采用天线远场照射面特定区域照射电平差值作为目标函数以实现平顶波束.仿真结果表明,赋形后天线方位面方向图在±8°范围内,照射电平波动小于0.6 dB,电平幅度大于20 dBi.     

变形反射面天线馈源最佳相位中心的研究

针对变形反射面天线馈源相位中心选取的问题,提出了寻找天线馈源最佳相位中心的优化模型. 该模型基于变形反射面天线馈源相位中心与远场方向图的函数关系式,可得到天线反射面存在任意表面误差时的馈源最佳相位中心,使得天线的增益损失最小. 将该模型应用于某8m反射面天线的工程计算中. 在仅考虑天线自身重力荷载的情况下,确定了天线不同仰角时的馈源最佳相位中心. 数值模拟结果表明,该优化模型所确定的增益损失小于最佳吻合抛物面时的增益损失.     

变形双反射面天线的机电耦合分析方法

双反射面天线广泛应用于雷达、卫星通信和射电天文等领域,针对变形双反射面天线的电性能求解问题,本文提出了基于物理光学法的机电耦合分析方法.深入分析了双反射面天线主副反射面变形对天线电性能的影响,通过将主副反射面轴向变形转换为天线远场积分公式中的相位误差影响项,建立了反射面表面结构位移场与天线远场之间的机电耦合关系.进一步将相位误差影响项作一阶泰勒级数展开,使得结构误差从天线远场积分运算中独立出来,通过构建包含主副反射面变形信息的误差矩阵可实现变形反射面天线远场的快速计算.对一个2.2 m天线进行案例分析,结果验证了所提方法的正确性.     

分布式星载SAR波束同步误差对合成双程天线方向图的影响分析

天线方向图不确定性是影响SAR图像辐射特性的主要误差源之一,在SAR辐射定标处理中必须对其进行校正。由于分布式星载SAR系统的收发分置,其双程天线方向图是主星发射天线和辅星接收天线方向图的合成。因此,分布式星载SAR波束同步误差不可避免地会影响合成天线方向图。以分布式星载SAR波束同步原理出发,分析了其影响机理,并定量分析了辅星波束扫描和主辅星波束指向误差对合成天线方向图的影响程度。通过分析表明前者对合成天线方向图的影响较小,而后者的影响较大;并由此指出分布式SAR辐射定标需要对波束指向进行定标来提高合成天线方向图精度。     

大型射电望远镜主动反射面控制(英文)

针对13.7m毫米波望远镜的特点提出一种新型主动反射面的控制方法,消除重力、温度、湿度和风力等对主反射面的影响,从而提高大型射电望远镜的分辨率、灵敏度和观测效率,设计了一种CAN/ethernet协议转换器,实现CAN中大量位移促动器与其在工业以太网中的主机的通信,通过光电编码器的反馈闭环控制位移促动器的驱动电机,大大提高了反射面的控制精度.     

轴对称双反射面卫星通信地面站天线旁瓣的控制(英文)

在对轴对称双反射面天线方向图理论分析的基础上,讨论了影响天线方向图旁瓣的7种因素。根据最近国际无线电咨询委员会建议的地面站天线最大允许的旁瓣电平,研究了控制天线方向图的方法。已编出一套有效的控制天线方向图并使之达到低旁瓣要求的计算机程序。     

深空探测天线快速扫描方法

针对深空探测中地面站的窄波束天线对深空探测器的捕获问题,提出了在粗轨道预报情况下集馈源阵列电波束扫描和反射面机械扫描于一体的多波束-螺旋快速扫描方法。该方法将馈源阵列布置在反射面的焦平面进行馈电,利用物理光学法对每个馈源激励反射面产生的次级远场方向图进行计算、分析,应用共轭场匹配技术在一定空域同时形成多个正交电扫波束,结合天线反射面的螺旋机械扫描对指定空域进行搜索。最后,对提出的多波束-螺旋扫描捕获方法与传统螺旋扫描方法的性能进行比较分析,结果表明:利用阵列馈电的多波束反射面天线具有更广的可视范围,在更短时间内完成对指定空域的搜索,实现对深空探测器的捕获的同时获得了阵列增益,使更远的深空探测成为可能。     

FAST主反射面自动控制系统

500m口径球反射面射电望远镜FAST将是国际上最大、最灵敏的射电天文望远镜.利用贵州喀斯特洼坑作为台址,在洼坑内铺设500m球冠状反射面,通过主动控制形成抛物面以汇聚电磁波.针对FAST主动反射面自身的特点,提出了主动反射面节点运动控制的总体策略并推演了控制算法,完成模型控制实验.实验结果表明该套控制系统实现了FAST主动反射面形变要求,达到了要求的精度,可作为将来FAST原型主反射面控制的可选方案之一.     

数字摄影测量在FAST射电望远镜反射面单元测量中的应用

FAST(Five-hundred-meter Aperture Sphencal radio Telescope)射电望远镜是当前世界上最大,性能最优越的射电望远镜。由反射面单元组成的射电望远镜反射面的性能直接决定了射电望远镜的性能,因此反射面单元是射电望远镜的核心部件。反射面单元性能主要取决于反射面单元的面型精度,反射面单元面型精度的保证,必须有可靠的精度测量保证。数字摄影测量方法具有精度高、非接触测量和便携等特点。     

Error analysis and distribution of the driving mechanism for large spherical radio telescope active reflector

In order to reduce the cost, 3-PRS mechanism is introduced into the application of supporting the active reflector unit of large radio telescope. The kinematic model of 3-PRS mechanism with rotational joint errors is derived to solve the error problem in actual engineering application. Then based on the error model, inverse and forward kinematics are analyzed. Because the solutions can not be analytically expressed, a numerical method is applied. Afterwards, the parasitic motion errors are analyzed using search method and empirical formulas of the maximum parasitic motion error are put forward. Finally, the tolerance is distributed using empirical formulas to avoid interference between adjacent reflector units. The analyses provide a theoretical basis for the design and installation of large radio telescope active reflector.     

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.     

FAST的进展——科学、技术与设备

随着射电天文学的发展,高灵敏度的大口径射电望远镜成为射电观测的重要设备.我国正在建设中的500 m口径球面射电望远镜(FAST)将成为世界上最大、最灵敏的单口径射电望远镜,它有望在中性氢巡视、脉冲星搜索、国际VLBI网联测及地外生命搜寻等重要前沿领域取得突破.本文介绍了FAST工程概念的提出及望远镜概况,列出了FAST的主要科学目标及早期科学准备,重点叙述了FAST工程在科学、技术与设备方面的最新进展,并对FAST工程的发展做出了展望.     

Evaluation of cable tension sensors of FAST reflector from the perspective of EMI

The active reflector of FAST(five-hundred-meter aperture spherical radio telescope) is supported by a ring beam and a cable-net structure,in which nodes are actively controlled to form series of real-time paraboloids.To ensure the security and stability of the supporting structure,tension must be monitored for some typical cables.Considering the stringent requirements in accuracy and longterm stability,magnetic flux sensor,vibrating wire strain gauge and fiber bragg grating strain gauge are screened for the cable tension monitoring of the supporting cable-net.Specifically,receivers of radio telescopes have strict restriction on electro magnetic interference(EMI) or radio frequency interference(RFI).These three types of sensors are evaluated from the view of EMI/RFI.Firstly,these fundamentals are theoretically analyzed.Secondly,typical sensor signals are collected in the time and analyzed in the frequency domain,which shows the characteristic in the frequency domain.Finally,typical sensors are tested in an anechoic chamber to get the EMI levels.Theoretical analysis shows that Fiber Bragg Grating strain gauge itself will not lead to EMI/RFI.According to GJB151 A,frequency domain analysis and test results show that for the vibrating wire strain gauge and magnetic flux sensor themselves,testable EMI/RFI levels are typically below the background noise of the anechoic chamber.FAST finally choses these three sensors as the monitoring sensors of its cable tension.The proposed study is also a reference to the monitoring equipment selection of other radio telescopes and large structures.     

大射电望远镜反射面板非线性分析

大射电望远镜反射面板为三角形薄板,且布置大量网孔.反射面板在正常工作状态下发生非线性变形,故先采用能量变分法给出简支正三角形薄板非线性变形的近似解,并以有限元分析加以修正,然后依据理论分析和参数分析考虑板中网孔的影响,最终得到反射面板非线性变形最大挠度.试验表明,上述近似方法是可靠方便的.     

TPS based on trilateration for the feed measurement of FAST

Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope( FAST) is the largest sensitive single dish radio telescope in the world,in which the control and measurement of the feed is one crucial section of the FAST control system. Trilateration is presented to obtain three-dimensional coordinate for tracking feed focus cabin. Every three total stations chase prism movement to be attached on feed focus cabin and the prism position is determined from the measured distances based on the principle of trilateration. Therefore,feed position is determined from three prisms on the focus cabin. This study is to assess the accuracy and reliability of trilateration calculation on tracking focus cabin of FAST. Different arrangement of total stations on trilateration is theoretically studied. Through experiment,the proposed method shows that the accuracy is better than that of the polar coordinate measurement. The average root mean square error is lower than 0. 6 mm,which is found to have high accuracy and reliability.     

新疆奇台110米射电望远镜

计划在新疆奇台建设的110米射电望远镜(简称QTT)将位居国际一流大科学装置之列,成为世界最大的全向可转动射电望远镜.QTT在引力波探测、黑洞发现、恒星形成、星系起源等基础科学研究领域将发挥重要作用,并可发展应用于深空探测,如探月工程和火星、金星探测.QTT设计方案考虑多种科学目标的需求,其关键技术包括:大口径天线结构设计技术、天线主动面技术、大惯量机架精密伺服控制技术、超宽带馈源技术、低噪声放大器技术、多波束接收技术等.QTT关键技术的突破与应用,将促进我国信息、精密机械加工和自动控制等工程技术领域的发展.QTT各系统建设将以自主创新为主,通过国际合作引进和采用相关尖端技术完成.     

FAST背架样机刚度实验分析

五百米口径球面射电望远镜(Five hundred meter Aperture Spherical radio Telescope, FAST)将会成为世界上最大的单口径射电望远镜.FAST有三个创新性的工程概念,其中之一就是提出了主动反射面的概念.背架结构是反射面单元中连接主索网和面板的支撑结构.三种方案的背架结构样机已经设计和制造出来:单层弦支结构、单层网架结构和空间三角锥网架结构.三种样机的刚度实验,分别进行了不同背架结构在相同外力荷载下的实验位移变形比较,背架结构在外力荷载下位移变形的实验值和仿真值比较,以及在不同温度荷载下位移变形的比较.实验得到了背架样机的刚度特性,验证了仿真的设计和优化,也对FAST 背架原型设计提供了参考.