航天器缠绕肋天线缠绕过程动力学建模与仿真

航天器缠绕肋天线缠绕过程,涉及柔性大变形与大范围运动的耦合、阻尼因素影响,以及缠绕肋条与中心毂接触碰撞等动力学问题,是获取缠绕肋天线展开特性的重要输入。文章应用空间绝对节点坐标法对缠绕肋天线建模,基于比例阻尼模型推导了阻尼力对绝对坐标列阵的雅克比矩阵,建立了缠绕肋条与中心毂的刚柔耦合系统接触碰撞检测模型。通过对缠绕肋条缠绕过程进行仿真,获得了缠绕肋条缠绕过程的动力学响应,分析了阻尼系数选取对缠绕速度、中心毂接触力的影响,结果可为缠绕肋天线展开过程的动力学分析提供输入,并为缠绕肋天线研制过程中缠绕、展开试验提供参考。     

大型星载天线桁架式可折展机构的模态分析

大型空间抛物柱面星载天线具有口径大、约束弱、刚度低、质量小等特点,其机构的空间稳定性直接决定天线的使用寿命和信息传输的可靠性。为准确获得大型空间星载天线在轨稳定性能参数,依据星载天线的高精度和长寿命的设计需求,提出一种新型抛物柱面星载天线结构形式,利用有限元仿真对该新型星载天线作模态分析,并分析相关参数。结果表明:采用Al7075材料的新型抛物柱面星载天线基频满足设计要求。同时,增加上下支杆和上下斜撑杆的截面尺寸可有效提高天线结构的固有频率。该研究为我国大型抛物柱面星载天线设计提供了理论支撑和技术参考。     

星载微带阵天线板的研制

微带天线阵广泛应用于星载合成孔径雷达天线,一般为非对称蜂窝夹层结构。文章对微带阵天线板的材料、制造技术及试验过程进行了讨论。计算和试验结果表明,微带阵天线板采用蜂窝夹层结构,能够满足设计要求。     

立方星伞状天线展开过程运动误差分析

立方星伞状天线由金属丝网、双折辐射肋、中心轮毂等结构组成，其辐射肋的间隙误差影响展开过程与展开后的位置精度。针对0.5m口径Ka频段立方星伞状天线辐射肋间隙误差对展开过程的影响，基于有效杆长理论，建立了铰链间隙误差对辐射肋运动过程影响的数学模型，分析了双折辐射肋在展开过程中运动性能的数字特征，得到在4种常见的轴孔配合铰链约束情况下，根肋顶点的位置误差小于0.08mm，天线尖肋顶点的位置误差小于0.14mm，可以为天线根肋、尖肋铰链间隙误差的选择提供理论依据。     

航天器可展SAR天线结构综述

论述了航天器径向肋式、缠绕肋式、构架式和环形桁架式四种抛物面可展SAR天线结构的研究现状,分析了四种抛物面可展SAR天线结构的特点,分别对航天器翼式、桁架式和薄膜式三种平面可展SAR天线结构进行了综述,指出了航天器可展SAR天线结构轻质、大收纳比和高精度的发展趋势,提出了航天器可展SAR天线实现展开高精度需攻克的关键技术,旨在为航天器可展SAR天线结构的创新发展提供参考。     

星载微带阵天线板的研制

微带天线阵广泛应用于星载合成孔径雷达天线，一般为非对称蜂窝夹层结构。文章对微带阵天线板的材料、制造技术及试验过程进行了讨论。计算和试验结果表明，微带阵天线板采用蜂窝夹层结构，能够满足设计要求。     

近地卫星星历的高精度星载算法研究

随着星载计算机系统结构和性能的改善,利用星载计算机实现高精度的星历计算成为可能。本文针对近地轨道卫星提出了一种适合星上轨道预报的数值算法。通过采用简化的动力学模型和一种嵌套插值算法的积分器,有效提高了计算效率,降低了对星载计算系统的性能要求,从而实现高精度的卫星星历星载计算。该算法在星载计算机系统平台上进行仿真验证的结果表明,对于某飞行器可实现轨道预报1天优于1km的星历计算。     

星载大型反射面天线主动振动抑制建模分析方法

为研究抑制星载大型反射面天线的在轨振动,文章给出一种基于压电材料的天线臂主动振动抑制建模分析方法。该方法基于整星刚柔耦合动力学模型,通过将压电材料的应力等价为内力矩,应变等价为位移差分,获得卫星动力学、振动抑制与姿态控制的解析式耦合计算模型,进而预测振动抑制后的天线振动传递特性和响应。以某带大型反射面天线的卫星为例,分别从压电材料布局和计算边界条件角度给出主动振动抑制的时域、频域分析结果,并进行对比。分析结果表明:文章所提出的方法能够实现压电材料在天线臂上的布局优化以及获知天线臂主动振动抑制效果。     

面阵天线阵面变形后天线方向图的计算

1 概述 星载合成孔径雷达(SAR)天线多采用大型可折迭展开的平面阵天线,以实现波束赋形、波束扫描、多频段和多极化等特殊要求。和反射面天线等其他形式的天线一样,由于受加工精度误差和环境条件的影响,天线的机械与电气结构并非理想情况,即存在误差。对于星载SAR面阵天线,由于星载天线特殊的结构以及高空特殊环境的影响,天线阵面存在较大的变形误差。计算变形误差对天线电气性能影响是天线系统理论估算必须考虑的问题,本文主要进行变形天线方向图的计算。     

关节铰间隙对漂浮基星载天线扰动研究

为了研究关节铰间隙对星载天线扰动,建立了铰间隙矢量矩模型,采用非线性弹簧阻尼及修正库仑摩擦建立了铰间隙碰撞力和摩擦力模型;进一步推导了理想铰和含间隙铰变拓扑结构的漂浮基星载天线多体系统动力学模型。通过接触碰撞判别准则,将系统的几何约束转化为力约束,使得系统无拓扑结构变化,便于系统的全局仿真。最后对理想铰与含间隙铰的漂浮基星载天线系统仿真分析,结果表明,较小间隙对星载天线位姿和指向影响很小,但极大增加关节的碰撞力,随着时间流逝,其位姿和指向精度偏差变大,但由于非线性阻尼的存在,碰撞力逐渐变小,最终保持接触状态。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。
     

Inflatable antenna for cubesats: Motivation for development and antenna design

CubeSats and small satellites have potential to provide means to explore space and to perform science in a more affordable way. As the goals for these spacecraft become more ambitious in space exploration, moving from Low Earth Orbit (LEO) to Geostationary Earth Orbit (GEO) or further, the communication systems currently implemented will not be able to support those missions. One of the bottlenecks in small spacecraft communication systems is represented by antennas' size, due to the close relation between antenna gain and dimensions. Current antennas for CubeSats are mostly dipole or patch antennas with limited gain. Deployable (not inflatable) antennas for CubeSats are currently being investigated, but these solutions are affected by the challenge of packaging the whole deployable structure in a small spacecraft.The work that we propose represents the first attempt to develop an inflatable antenna for CubeSats. Inflatable structures and antennas can be packaged efficiently occupying a small amount of space, and they can provide, once deployed, large dish dimension and correspondent gain. Inflatable antennas have been previously tested in space (Inflatable Antenna Experiment, STS-77). However they have never been developed for small spacecraft such as CubeSats, where the packaging efficiency, the deployment, and the inflation represent a challenge.Our study explores for the first time the possibility of developing such antenna in a way compatible with CubeSat dimensions and constraints. The research provides answers on the possible dimensions for an inflatable antenna for small satellites, on the gain and resolution that can be achieved, and on the deployment and inflation mechanism compatible with CubeSat. Future work in the development of the antenna will include the test of the antenna in flight during a specific technical demonstration mission.The article is structured as follows: context and motivation for Cubesat inflatable antenna are described; then a study to design the antenna which achieves the required performance metrics, while respecting the constraints imposed by CubeSat structure, is presented.     

双频圆极化微带天线

介绍一种叠层双频圆极化微带天线 ,它有低剖面 ,重量轻 ,体积小等优点。这种双频微带天线利用圆形微带天线辐射贴片中心的谐振电阻为 0的特性 ,将两个频带的圆极化微带天线层叠放置 ,形成一个双频工作的圆极化微带天线     

一种卫星天线的力限振动半经验系数研究

半经验公式法是制定卫星及卫星部组件力限振动试验条件的重要方法。文章首先对半经验公式法进行了简要介绍,然后应用有限元分析的办法,利用3颗已经成功发射的东方红四号平台通信卫星的整星有限元模型及其地面正弦振动试验条件,进行了整星正弦振动响应分析来模拟整星正弦振动试验,提取了这3颗卫星上6副同种类型天线,在整星正弦振动响应分析中安装点的加速度响应情况和受力响应情况,并据此计算了6副天线的正弦振动力限半经验系数。计算结果揭示了该种天线的正弦振动力限半经验系数取值范围,可为以后类似天线制定力限试验条件提供一定参考。     

基于子阵阵元位置微扰的快速零陷形成技术

将大型阵列分解为关于阵列中心对称的两个子阵,对内子阵进行位置微扰形成指定零陷。线性化微扰后方向图的泰勒展开式,以微扰后方向图形变最小化为目标,将约束条件分实部、虚部分别约束微扰值,用Lagrange乘数法求解微扰值,实现了在指定方位快速形成深零陷,并引入小值控制零陷深度。该法不改变阵列孔径,基本不改变原方向图形状。仿真结果表明方法有效。     

超宽带螺旋天线的小型化设计

介绍一种新型的螺旋结构天线,将平面等角螺旋天线与锥面螺旋天线结合起来,采用渐变式的巴伦平衡馈电。相比传统的平面螺旋天线,针对同样频带宽度的天线设计,这种混合型螺旋天线体积更小。利用Ansoft HFSS电磁场仿真软件对天线进行建模和仿真计算,并结合仿真结果实际制作了该螺旋天线,给出了实测结果,表明天线可以在工程实际中应用。     

航天器大型网状天线透光性遮挡的精确计算方法

针对航天器太阳电池阵的设计和仿真中需要考虑大型网状天线造成的透光性遮挡的问题，提出一种精确计算透光性遮挡的方法。该方法以最小重复单元对金属网布进行三维建模，求取不同光照下金属网布透光率并存为表格；计算含金属网布构件造成的透光性遮挡图形时，用三角面片对构件进行三维建模，先计算出三角面片与入射光线的位置关系，查表得到该三角面片的透光率后将其投影区域的光照强度相应减少。径向肋天线算例表明，该方法快速准确，能正确生成透光性遮挡图形，为太阳电池阵仿真分析奠定了基础。     

天线指向微调机构寿命分析及试验验证

考虑到各种环境因素可能对天线波束指向产生影响以及星载天线在轨服务区重置的需求,越来越多的星载天线要求具有在轨指向微调功能。文章针对一种天线微调机构,利用磨损程度评估技术开展了其寿命预估,同时使用加速寿命试验完成了其寿命试验考核工作。     

基于太阳模拟器的网状天线热变形仿真与试验研究

准确预示天线在轨温度并分析天线热稳定性的影响因素是改善天线性能的重要方面.文章通过构建网状天线热分析和热变形有限元模型,仿真得到碳纤维主反射面、支撑肋组件等结构在两种工况太阳侧照下的温度场以及热变形场;在真空低温环境下,利用太阳模拟器对网状天线进行热真空原位环境热变形摄影测量试验.对比表明,仿真模型计算结果与试验测量结...     

超宽带Vivaldi天线的设计及分析

针对机载、弹载等平台的空间有限,设计了一种双指数渐变结构的超宽带Vivaldi天线。天线由微带渐变线馈电,通过矩形共面带线阻抗变换器将小型的超宽带巴伦与天线集成,从而获得2~18GHz的带宽。仿真结果表明:在2~18GHz的工作频段内,天线的回波损耗小于-10dB,天线增益最高可达到10.5dB以上,实测结果与仿真结果基本吻合。将所设计的Vivaldi天线放置于一金属腔体内,对金属腔体对天线性能的影响进行了研究与分析。仿真结果表明:将天线单元放置于金属腔体后,辐射方向相对于原来的辐射方向发生了一定程度的偏转,但随着频率增高,偏转角度逐渐减小。