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.     

基于NURBS的反射面天线结构和辐射性能分析

大型反射面天线在各类结构载荷作用下会发生变形，从而影响其电磁性能，一般通过机电耦合分析来评估力学载荷对电磁性能的影响.针对传统机电耦合分析存在的模型异构、网格转换过程繁琐、几何精度损失，进而导致的分析效率低和效果差的问题，本文提出了一种采用非均匀有理B样条（NURBS）进行几何建模、结构计算及电磁分析的机电耦合分析框架，通过案例证明了本方法的便捷性和高效性，为计算结构载荷作用下的反射面天线辐射方向图和天线机械误差研究提供了有力的工具.     

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.     

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.     

抛物面天线反射面参数化建模与热变形优化分析

为更好地分析卫星在轨运行期间天线主反射面热变形对天线性能的影响,应用PCL,对MSC.PATRAN/NASTRAN进行二次开发,将参数化建模、抛物面拟合、型面精度分析引入有限元计算,并对某大口径复合材料天线主反射面在均匀温度场下的热变形进行了数值模拟,优选出合理的铺层方式,获得了变形后的天线性能指标.研究结果表明:数值模拟探索出适合于在轨卫星天线减少热变形的铺层设计方法,所获变形值、抛物面拟合参数、型面精度误差等结果符合设计要求,为复合材料天线主反射面的设计应用提供了依据,同时解决了通用CAE软件无法预估热变形对天线性能影响的问题.      

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.     

相位恢复全息——基于远场幅值的天线表面精度检测

射电望远镜的表面精度除了受到面板加工及装配精度影响以外,在实际使用中还要受到重力变形,温度变形以及风载的影响.对于高频观测,微小的表面变形将对望远镜的观测性能带来较大影响.相位恢复全息方法是一种利用远场幅值进行表面检测的方法.因其不需额外的设备,同时具有测量方便及运行速度快的优点,在天线反射面测量领域获得了广泛的研究和应用.本文将对其中运用最广泛的Misell算法和OOF(Out of Focus)算法进行探讨,并通过仿真标准卡塞格伦天线对两种算法进行对比分析.     

110m大射电望远镜的两自由度复合控制器设计

针对110m大射电望远镜结构柔性大、固有频率低的特点,本文在传统伺服控制的基础上进一步考虑副反射面支撑结构对指向精度的影响,提出了一种两自由度复合控制器.该控制器由内外两环构成,外环是基于广义比例积分(Generalized Proportional Integral,GPI)的鲁棒控制器,其以副反射面支撑结构的振动量为输入,确定伺服的参考指令;内环利用线性二次型高斯(Linear Quadratic Gaussian,LQG)控制器以外环输出为参考,对天线伺服驱动部分进行控制.与目前已有的大口径天线控制方法相比,该控制器既可以有效抑制驱动部分的柔性振动,又能抑制副反射面的振动,进而提高大口径天线的指向精度.本文以等效天线模型为控制对象.通过数值仿真验证了该方法的可行性.     

改进型双镜天线的旁瓣——GTD解

应用几何绕射理论(GTD)分析反射面天线的大角度辐射,是从七十年代初开始的,是一种计算天线旁瓣的新方法。本文应用GTD计算了改进型双镜天线的旁瓣。构成这种天线旁瓣的主要因素是:初级馈源漏失,主、副面边缘绕射,副面支杆散射,和主面轮廓误差。文中将这些因素表达为10条射线,导出了各射线辐射场的计算式。在基于GO和GTD的射线法中,镜面和反射波面的曲率半径是重要的几何参数。改进型双镜天线镜面修整受馈源场型制约,不能用一般卡塞格伦天线镜面曲率半径的计算式计算改进型双镜天线。本文得出了改进型主、副镜面和反射波面曲率半径的准确计算式。     

高精度碳纤维环焦天线副反射面的研制

针对环焦天线副反射面的特点,提出了一种新的碳纤维复合材料环焦副反射面的设计方法和制造技术,通过对夹芯材料的优化和蒙皮零膨胀铺层的设计,实现了副反射面的一体化结构设计,在成型过程中,重点考虑了环焦副反射面凸尖的铺覆方法和芯材精度控制,并对成型工艺参数进行了优化,实现了高精度碳纤维复合材料环焦副反射面的研制,所研制的副反射面型面精度优于0.06mm(r.m.s),满足设计要求,电性能测试效果良好。     

单孔毁伤对赋形反射面天线辐射特性的影响

研究赋形反射面天线的反射面在单孔毁伤条件下的辐射特性，利用基于表面电流积分的物理光学法，对赋形反射面天线的远场辐射特性进行了建模和分析，比较了反射面完好时辐射特性的计算结果和测试值，具有很好的一致性．重点探讨了天线反射面单孔毁伤后远区辐射特性随孔径及孔位置的变化规律，得出毁伤孔径越大或孔越靠近反射面中心位置时，天线的增益下降越多，副瓣电平提高越多的结论。     

平面波谱-表面积分法的快速算法

针对平面波谱-表面积分法计算效率严重依赖于天线口径的问题,提出谱域积分预设方案,提取出谱域积分插值点,建立天线口径平面波角谱密度函数数据库,避免了大量重复计算,并将平面波谱理论的近场计算由四重积分弱化为二重积分.然后,根据平面波谱-表面积分法关于带罩天线远场电性能计算的思想,提出了基于等效源区域分解的并行平面波谱-表面积分算法.开发并在集群系统中实测了基于MPI环境的并行程序,作为应用计算了弹载天线-罩系统远场方向图,结果表明该程序高效准确.     

不同工况对甚低频发射天线电性能影响的分析方法

为了研究甚低频发射天线在不同工况下的结构变形对其电性能的影响,提出了一种基于有限元法和矩量法的天线结构与电性能协同分析方法。首先在保证天线安全性系数满足要求的条件下,通过零阶优化算法对天线幕进行优化找形,生成一个理论上电性能较优的天线幕结构形态;然后在提取天线节点信息的基础上,通过一种文件格式转换的新方法将优化后的天线幕结构模型转换为可用于矩量法分析的电气模型;最后对该电气模型进行后处理,分析不同覆冰量和不同风速对天线电性能的影响。采用该方法分析了一个甚低频T形发射天线在不同工况下的电性能,分析结果表明,在各工况下天线的辐射电阻和损耗电阻均会发生变化,且天线辐射效率会发生不同程度的降低。所提出的方法对其他类型复杂结构线网形天线的结构与电性能协同分析具有一定的指导意义。     

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.     

一种抛物面天线形状误差的合理评价方法

针对有限元软件ANSYS在分析计算天线变形表面误差时存在的问题,提出了一种基于拟合抛物面的表面形状误差改进算法.推导了精确计算变形反射面轴向、法向与径向误差的公式.分别采用改进算法与ANSYS软件对某7.3 m圆抛物面天线多种工况下的表面误差进行了分析,结果证明该方法是正确的,可作为天线超差的二次判据.     

一种双频段卡塞格伦天线的设计

介绍了一种兼容X波段和Ku波段的卡塞格伦天线系统的设计方法,其中天线相对带宽分别达到8﹪和5.5﹪。该天线系统由一个主反射面、一个副反射面和一个双频段馈源组成,微波信号经过主副反射面的反射后进入它们的共焦点处的馈源内,从馈源内输出和差信号,经Ansoft HFSS 11及CST软件仿真各项参数符合设计指标要求,带内隔离度性能优异,满足工程使用需求。     

S/X波段频率选择副反射面的设计与测试

频率选择表面在多频段反射面天线设计中获得广泛应用。简述了频率选择副反射面的工作原理。介绍了用模式匹配法分析设计频率选择副反射面的方法。给出了某工程应用的S/X波段4.2m天线频率选择副反射面设计例子。简述了频率选择副反射面的测量方法程序,并给出了S/X波段4.2m天线频率选择副反射面的测试结果。结果表明:频率选择副反射面的传输系数和反射系数满足工程设计要求。     

随机指向误差对星载共形阵列天线极化参数的影响

为分析天线单元的随机指向误差对阵列天线的影响,该文研究平面阵列天线和星载共形阵列天线中随机指向误差产生的极化参数误差.推导了阵列天线的远场极化参数定义及计算公式.给出随机指向误差条件下交叉极化场强的概率分布.通过平面阵列天线和星载共形阵列天线的算例对比,分析不同随机指向误差对极化参数的影响.结果表明:随着随机指向误差的增大,平面阵列天线的极化方向性系数显著减小,交叉极化损失增大,而星载共形阵列天线阵的极化参数变化都小于0.1.     

基于菲涅尔原理的新型反射面天线

该文提出了一种将一维菲涅尔区相位修正概念应用于传统抛物柱面反射面的新型反射面天线，采用物理光学方法分析了该天线反射面对入射平面波的聚焦特性。该天线具有加工简便，效率高且偏轴扫描特性好等优点，因而在卫星通信及雷达系统的有着广泛的应用前景。     

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.