一个高性能单反射面紧缩场

介绍了一个单反射面紧缩场,其反射面实体由多块面板拼装而成.单块面板成形基于"点阵钉模、真空负压、金属蜂窝"精密成形工艺,平均精度达到25μm(rms),拼装后总体形面精度达到40μm(rms).通过优化电气布局、边缘设计和馈源设计,该紧缩场具有优良电性能.给出了该紧缩场在39GHz时电性能实测曲线.      

大型紧缩场边缘干涉误差检测及拼缝修正

为了避免由单块反射面边缘误差导致拼缝产生物理干涉并引起反射面受力变形,保证大型紧缩场最终的型面精度及电气性能,针对典型的紧缩场反射面形式,在评价单块反射面边缘轮廓度的基础上,建立统一的正交距离回归模型,用于计算单块反射面的标称尺寸、干涉误差以及边缘的修正量,并对整体拼缝干涉高风险区进行预估及修正.利用激光跟踪仪对某大型紧缩场单块反射面边缘进行了测量,应用上述方法分析并修正了干涉高风险区,保证该紧缩场的拼缝宽度满足（0.4±0.2）mm的设计指标.      

紧缩平面场扫描架系统研制

紧缩平面场(CATR)是在较小的微波暗室里模拟远场的电磁环境,以行进各种天线的测量和研究.其最终性能指标要由紧缩平面场扫描架评定.根据紧缩平面场扫描测量原理,及其对扫描架平面度、直线度、定位精度及自动化程度的要求,研制了极坐标型紧缩场扫描架系统,通过采用高精度直线导轨、平面度微调方式和基于工业控制计算机的数字控制技术,达到了所要求的检测精度,满足了紧缩平面场扫描测量的要求.     

基于半光程差的天线反射面型面精度检测

型面拟合最小量的选取是天线面板型面检测中的关键技术之一.天线表面各点半光程差的均方根是衡量天线型面精度的指标.根据圆锥曲面的几何定义及其光学性质,提出了圆锥曲面天线面板半光程差的直接计算方法,给出了基于半光程差的非线性最小二乘曲面拟合算法.以旋转抛物面天线面板为例,通过模拟和实际测量,对比分析了分别选取轴向误差和半光程差作为最小量拟合计算结果.试验验证了选取半光程差作为最小量拟合的算法具有更高的数值计算精度及稳定性.      

反射器夹层面板精密成形原理

对高精度、大面积不可展双曲反射面的制造问题,提出了基于"离散钉模、真空负压、蜂窝夹层、应力释放、回弹补偿"的高精度反射面板成形原理;建立了四边自由面内多点约束的薄板大挠度弯曲解法及夹层板成形过程仿真模型,用于确定成形工艺参数;利用动力显式和静力隐式算法相结合的方法实现成形过程仿真;通过开缝和开槽方法释放面内压应力,确定了面板开缝和开槽方案;通过逆向修正离散模包络面,使其与成形模拟得到的夹层板型面误差最小,得到模具修正因子,补偿回弹误差.在此基础上开发了夹层板精密成形CAE系统.该方法制造的面板型面精度RMS达到25 μm以下,已成功地应用于多项大型紧缩场和毫米波天线的制造.      

高精度反射面板的形面调节新技术

提出了一种基于形面多点调节的紧缩场反射器面板精密柔性成形新技术,对面板形面调节机理进行了分析,提出了确定调节点位置、数量、调节量的形面调节核心技术,借助数值模拟方法确定了矩形面板调节点位置、数量,在实验基础上建立了调节量计算方法.设计、开发了面板形面调节实验平台;针对具有不同初始形面误差的面板进行了形面调节可行性数值模拟分析及实验验证.结果表明,利用所提出的调节技术和开发的形面调节实验平台能够实现双夹层金属蜂窝面板形面的有效调节,获得很高的形面精度.该项技术可以在现行成形技术的基础上进一步提高形面精度,可明显提高面板制造成品率,解决大尺寸高精度面板和较大曲率面板的制造难题,并能改善面板的使用及维护性能,延长紧缩场的使用寿命.     

充气可展天线精度分析和形面调整

充气可展天线结构是以柔性薄膜材料制造的一种新型可展天线.对一类充气可展开天线系统进行结构设计,并相应地建立了充气结构的有限元分析模型.对充气反射面进行了精度分析,研究各参数对形面精度的影响,包括内压、膜材厚度、材料属性、天线焦距等;比较了3种实验姿态下重力对形面的影响,选择其中一种能够很好地模拟失重环境;针对特定的天线结构系统,提出了可行的形面调整新方法.分析和实验表明,调整方法能够有效提高形面精度.      

一种大型紧缩场极坐标测试扫描架系统的设计与实现

扫描架系统是现有紧缩场现场校准方法的核心测试设备,扫描架系统的各项技术指标对于紧缩场校准至关重要,其中具有代表性的关键指标是扫描范围和扫描平面度。为提高紧缩场现场计量校准的适应性,本文设计了一种大型模块化扫描架系统,具有自调整机构和多种安装方式,在最大模式下扫描半径可达到3000mm、中心高可达12m、扫描平面度可达0.05mm(RMS);在最紧凑模式下扫描直径为3000mm、中心高可降至4m;可适用于国内多数紧缩场。目前,该系统完成技术指标的检测,可应用于多型紧缩场现场校准测试。     

大型双反射紧缩场幅相特性校准技术研究

紧缩场是天线、目标RCS测试的关键设备,它能在近距离内把馈源发出的球面波校准为准平面波。为评定紧缩场静区产生的电磁波分布是否符合准平面波特性,需要现场搭建高性能微波幅相收发系统和大型多自由度高精度扫描系统。本文以大型双反射面紧缩场静区性能校准需求为例,从现场计量幅相系统构建、大型复杂扫描系统设计、现场计量实施等方面详细分析了紧缩场静区性能现场校准相关技术。实测结果表明现场搭建的校准系统满足远距离大型双反射面紧缩场静区性能计量需求,各项检测参数量值均满足该紧缩场设计指标要求。     

大型双反射紧缩场幅相特性校准技术研究

紧缩场是天线、目标RCS测试的关键设备,它能在近距离内把馈源发出的球面波校准为准平面波。为评定紧缩场静区产生的电磁波分布是否符合准平面波特性,需要现场搭建高性能微波幅相收发系统和大型多自由度高精度扫描系统。本文以大型双反射面紧缩场静区性能校准需求为例,从现场计量幅相系统构建、大型复杂扫描系统设计、现场计量实施等方面详细分析了紧缩场静区性能现场校准相关技术。实测结果表明现场搭建的校准系统满足远距离大型双反射面紧缩场静区性能计量需求,各项检测参数量值均满足该紧缩场设计指标要求。     

构架式可展开抛物柱面网状天线结构设计

针对具有大尺度抛物柱状反射面需求的空间可展开天线,提出一种基于四棱柱折展模块的构架式可展开抛物柱面网状天线,依靠模块驱动组件实现天线联动展开。把抛物面天线工作表面的拟合方法拓展到抛物柱面天线,采用工作面拟合圆均等网格划分径向投影获取天线支撑桁架设计的关键节点。柔性网状反射面采用双层索网结构形式,提出与前索具有较好对称性的背索网悬链线设计,前、后索网节点由支撑立柱间拟合圆弧均等分径向分别投影到抛物线段和悬链线圆弧上获取,根据前后索网节点建立索网拓扑构型,基于非线性有限元法对索网预张力进行设计迭代,获得抛物线维索网预张力与其均值的最大误差率为12.3%及柱面维索网预张力与其均值的最大误差率为7.6%的优化结果。研制了机械口径12 m×12 m样机,多次展开获得2 mm RMS以内的形面精度,验证了构架式可展开抛物柱面网状天线较优的展开性能和形面精度保持性能。     

基于光学测量的大型天线测试方法研究

提出了一种基于光学照相的电磁场数值计算测试电大尺寸天线辐射特性的新方法. 根据光学照相实测大型天线的形面三维坐标计算出天线表面电流分布, 利用物理光学计算得到天线远场方向图和增益. 采用该方法得到的海洋二号校正辐射计观测天线和充气天线的辐射特性与平面近场测试结果的对比验证了其具有足够的准确性. 该方法具有快速、灵活的特点, 可以推广到电大尺寸天线测试.      

“祝融号”火星车反射面天线设计

针对“天问一号”火星探测器“祝融号”火星车的探测通信任务需求，提出了一种X频段轻小型宽频圆极化反射面天线。该反射面天线采用了新型一体化紧凑馈源技术，实现馈源长度和口径减小20%的同时提高了反射面天线的口径效率，抵挡了火星的尘埃影响。经过对馈源进行的仿真优化，最终实测结果表明，该天线在7.1～8.4GHz内口径效率可达62.3%,在深空探测的工作频带范围内具有较好的增益、驻波和圆极化特性，该天线已成功应用于“天问一号”火星探测器“祝融号”火星车。     

非对称偏馈环形网状天线索网预张力设计方法

提出一种考虑桁架柔性变形对索网平衡态影响的非对称偏馈环形网状天线索网预张力设计方法。该方法将天线整体结构分为内部索网与外部桁架两部分，通过内部索网预张力与外部桁架变形间的不断迭代，寻找满足索网形状及张力要求的天线平衡态，以实现网状天线索网预张力优化配置的目的。相比于常规基于刚性桁架假设的预张力设计，该方法可充分计及环形桁架与柔性索网协调变形，获得高精度反射面，且该方法适用于非对称偏馈天线，可有效避免后期张力调试，节约人力物力。算例分析验证了在进行预张力设计时计及桁架柔性的必要性及方法的正确性和有效性。     

星载大型反射面天线的刚-柔-姿控一体化在轨振动分析方法

随着大型可展开环形天线在航天器上的应用,口径越来越大,指标更加严格,卫星姿控、轨控、太阳翼驱动等导致的机械运动必然会引起大型反射面天线的振动,从而造成电性能降低,影响任务完成质量。提供了一种获取大型环形天线在轨振动影响的刚–柔–姿控一体化分析方法,建立了集扰动源、整星刚柔耦合动力学模型、姿态控制系统、天线振动影响分析的一体化仿真分析模型,实现了在典型扰动模式下的环形天线的振动响应计算、环形天线整体指向和变形计算。分析结果为天线在轨振动影响分析、性能指标预示、振动传递机理及抑制措施提供支持。     

星载大型柔性索网天线重力环境下的型面调试

大口径柔性索网天线在地面环境下重力变形较大,且变形与天线反射面的制造误差始终交织在一起从而影响天线型面精度调试。针对这一问题,文章给出了反射面各类误差的定义,提出了制造误差与天线口面向上和口面向下不同放置状态型面误差的相互关系并予以证明;通过对这些关系式的运用降低了反射面重力变形与反射面制造误差的耦合程度,为反射器在重力环境下的型面调试指明了方向;此外结合工程需求给出了索网天线型面调试的流程,在实际工作中利用该流程可以有效地减少天线翻转调整次数,提高索网天线的型面调整效率。     

构架式可展开天线反射器模块化构型设计优化

针对构架式可展开天线反射器模块化构型要求, 基于螺旋理论分析了模块及多模块组网的自由度,采用模块组合思想降低了构架式可展开天线反射器结构设计复杂性。首先,在由四面体单元组成的构架式天线反射器结构基础上,利用3个相同构型的3RR 3RRR四面体单元构建平面模块,再采用模块间花盘与花盘连接方式组网形成构架天线反射器;其次,基于构架式天线反射器的可收展的期望运动,运用螺旋理论验证模块化构架式天线的可展性;最后,针对花盘姿态变化型综合,优化模块间连接运动副,使构架式可展开天线反射器收拢后达到最大收纳比。研究表明模块化构架式可展开天线反射器具有可展性,当模块间采用万向副连接时,组装的二圈模块化天线反射器为8自由度机构且能完全收拢。模块组网后的构架天线反射器具有收纳比高、自由度少的优点,在较少驱动下可使天线展开完全和展开可控,在航天机构领域具有良好的应用性。