星载天线结构的发展趋势

本文介绍对大型可展开天线的需求和分类方法，对近期世界各国星载天线特别是大型可展开式天线的研制情况进行了总结，分析了天线结构的发展特点及趋势，同时，对我国星载天线研制的状态进行了总结，并指出了存在的问题和解决的途径。     

星载双反射抛物面天线热变形分析

星载天线在轨运行时受到空间外热流的影响，会经历周期性的高低温交变，导致其反射面产生热变形。为了保证星载天线稳定运行，选取某型号星载双反射抛物面天线作为研究对象，采用有限元法对天线高温工况下的在轨温度场进行分析，进而将天线上分布的温度载荷作为边界条件映射到结构场中进行热变形分析；同时详细分析了材料属性、铝蜂窝芯厚度、碳纤维贴层厚度、反射面支撑约束位置等因素对双反射抛物面天线热变形的影响，以期为星载天线结构优化设计提供理论参考。     

大型抛物柱面天线展开动力学分析与展开过程控制

为揭示大型抛物柱面天线在轨展开过程中各部件的动力学特性，保障可展天线在轨展开过程稳定性，提出了一种基于模块组装的大型抛物柱面可展天线支撑机构动力学快速建模方法与非线性展开过程反馈控制策略。首先，基于绝对节点坐标法建立了天线可展支撑机构基本模块的动力学方程集与约束方程集。然后，通过子模块组装的方式实现对超大型支撑机构的动力学快速建模，并进一步提出逐块缩聚与递归的动力学微分方程高效求解算法。最后，基于非线性展开过程反馈控制策略实现了抛物柱面可展支撑机构该类强非线性系统的展开稳定控制。结果表明，该控制方法能显著降低可展支撑机构展开过程中的速度峰值，有效提高了大型抛物柱面天线展开过程中的展开同步性。     

基于ATI技术和象素匹配的星载SAR/GMTI实现方法

与机载合成孔径雷达相比,星载合成孔径雷达由于其复杂的空间几何关系、地球自转及地球曲率等因素的影响,使得星载SAR／GMTI的实现更为复杂。提出了当不满足相位偏置中心天线(DPCA)中脉冲重复频率和天线水平基线间的严格约束条件时,通过象素匹配法和星载SAR沿航迹向干涉(ATI)技术实现星载合成孔径雷达(SAR)动目标检测、测速及定位的一种方法。该方法采用沿航迹向线性排列的双孔径天线星载SAR结构,首先建立了星载SAR双孔径天线空间几何模型并详细分析了星载SAR双孔径天线机理及信号特性,然后利用常规方法成像的双天线SAR图像,分析并推导了基于ATI技术和象素匹配实现对地面背景杂波淹没的运动目标检测、径向速度分量估计以及目标定位的方法。最后,通过计算机仿真验证了其有效性。     

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。     

一种新型平板高增益天线

设计了一种新型低剖面、高增益天线,即褶皱地平面天线。这种新型天线的剖面只有喇叭天线的1/10,采用周期性结构的金属制作而成,可以广泛应用于弹载、机载和星载侦察系统以及敌我识别系统。     

星载赋形反面天线的热变形对电性能的影响分析

本文结合实际工程应用介绍了一种星载赋形反射面天线的热变形分析方法，能够准确地预估空间环境温度对天线电性能的影响。这也是国内首次自主对星载赋形反射面天线进行热变形分析，并取得了非常好的效果。     

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。
     

ZigBee无线网络星载应用可行性研究

针对当前卫星上存在电缆多、电气连接复杂等问题,文章提出用ZigBee无线网络代替传统星载总线的设计构想。结合空间应用的特点,对ZigBee星载应用的优势进行了分析,并提出了相应的可行性设计建议,包括ZigBee星载应用的系统组成、网络拓扑、帧结构以及网络节点的实现方案,研究结果可以为未来卫星和空间站电子系统的设计提供参考。     

基于频域DPCA的星载SAR动目标检测、测速与定位

给出基于频域DPCA的星载合成孔径雷达 (SAR)动目标检测、测速及定位的实现方法。首先建立星载SAR沿航迹向三孔径天线空间几何模型 ,并详细分析星载SAR三孔径天线机理及信号特性 ,然后分析并推导基于频域DPCA实现对地面背景杂波淹没的运动目标检测、径向速度分量估计以及目标定位的方法。最后 ,计算机仿真结果验证其有效性     

一种悬架式双频微带天线的设计

为满足某一特定卫星通讯系统的应用需求,提出一种带抛物面基座的悬架式双频层叠微带天线结构模型。层叠微带结构确保天线的紧凑性,外加的抛物面基座改善双频天线的低仰角性能。利用商用软件HFSS,分析双频天线的主要参数并给出结论。仿真与实测结果表明,所提出的天线结构不仅具有良好的双频圆极化性能,而且有较高的低仰角增益。     

星载大型空间天线的一种解耦控制方法

针对星载大型空间可展开天线与卫星平台之间的动力学耦合问题提出一种三自由度驱动与测量机构用于连接天线臂与卫星平台。该机构以驱动电机来控制天线臂转动,通过角度传感器对天线臂转角的测量来实现反馈控制,同时在卫星姿态控制系统中引入前馈控制进行反作用力矩补偿,实现卫星平台与天线之间的解耦控制、抑制天线的振动、提高卫星姿态控制系统的性能。通过姿态稳定状态下卫星-天线系统解耦动力学模型的建立、控制系统的设计、姿态控制的仿真分析,表明解耦机构能大幅增加天线振动的阻尼,有效提高卫星稳定性和天线指向精度。     

基于频率选择表面(FSS)技术的微小卫星隐身天线罩设计

天线是卫星的强散射源,降低天线的RCS是卫星隐身设计的重要研究课题之一,本文提出了一种基于频率选择表面技术的微小卫星天线罩设计方案,可有效降低卫星天线的RCS。首先针对隐身天线罩设计要求,设计天线罩壁,包括各层介质的介电常数、厚度等。然后设计附着在罩壁上的FSS屏。进一步制作天线罩实物,通过在微波暗室进行天线罩扫频测试,实际测量该天线罩的频率响应特性,并测试星上天线方向图。结果表明,本文提出的天线罩设计可满足微小卫星天线在给定频段的阻带特性,并保持在给定正常工作频段的通带特性,说明该微小卫星隐身天线罩设计是有效的。     

深空探测天线技术发展现状及趋势

为了满足我国新世纪深空探测任务的需求,文章结合国内外部分典型深空探测项目,介绍了有关探测器上天线系统的设计思路,从而了解深空探测天线技术的发展现状,并根据目前星载天线技术发展和深空探测领域测控通信系统的需求,归纳和总结了未来深空探测领域中探测器上天线技术的发展趋势,为我国深空探测天线技术的发展提供参考。     

星载天线反射面型面热变形影响因素分析

星载天线在轨运行时受到周期性的温度变化影响,天线反射面会发生热变形,影响天线增益。热膨胀系数是描述结构热变形的重要参数,并且会随温度变化;在进行结构热变形分析时若将热膨胀系数视为常数会给仿真分析带来误差。文章以抛物面天线反射面为研究对象,考虑热膨胀系数随温度的变化,针对ULE玻璃和M55层合板材料的反射面,仿真分析反射面厚度、支撑位置、选用材料等因素对星载天线反射面型面热变形的影响。结果表明,对于抛物面天线,支撑约束在中间位置时反射面型面误差最大;采用ULE玻璃的优化方案可将型面误差减小约1个数量级。实际设计中还要综合考虑质量、刚度及模态特性。     

新型大尺度空间微波功率发射阵列的考虑

以空间太阳能电站为应用代表的微波功率传输系统中,微波功率发射阵列是其中的核心组成部分。为保证特定传输距离限制下的波束收集效率,目前国际上多种空间太阳能电站方案中收发天线口径都达到了km级以上。在空间构建大尺度的微波功率发射有源相控阵,面临的主要问题有：发射阵列电性能的高要求、发射阵列折叠状态的总体积限制、大功率发射阵列的热控问题。针对这些问题,文章提出了新型大尺度空间微波功率发射阵列的一些研究及设计考虑,主要包括大尺度阵列同源分发倍频的频率分配方案;高效率高集成功率发射组件技术;大尺度阵列相位同步与误差自校正技术;低剖面天线结构及型面误差补偿技术;大型天线3D打印在轨建造方案设想以及空间微波功率发射阵列热控新思路等。文章提出了新型大尺度空间微波功率发射阵列3个方面的6个主要问题,可为空间太阳能电站系统提供可优化、开放性的设计与发展思路。     

Reconfigurable dual feed antenna for direct broadcast satellites

Direct Broadcast Satellites covering large countries such as Canada, require more than one spacecraft, located at different orbital positions, as well as the use of multiple shaped beams. This would minimize eclipse requirements over several time zones, provide increased capacity by frequency reuse and permit the use of cost effective ground receivers.Two such satellites are envisaged, one covering Eastern Canada, the other Western Canada, using two different sets of three highly shaped beams. This paper is the result of a feasibility study of a satellite antenna designed such that while at either orbital location it can be reconfigured in orbit, by ground command and hence can save the cost of one additional spare spacecraft.An offset parabolic reflector is proposed for the 12 GHz downlink, with a switched “dual feed” structure, consisting of two separate but contiguous sets of pyramidal horns and their associated beam forming networks (BFN). Only one BFN set is used at any one orbital location. Detailed radiation patterns demonstrate good beamshaping capabilities, with coverage efficiencies of the order of 94%. Other considerations such as the effect of orbital locations, gain equalization and TWTA standardization are discussed.It is concluded that a satellite, reconfigurable in orbit with a “dual feed” antenna, is feasible and cost effective, for a DBS spare as well as for the main spacecraft.     

Ka频段液晶相控阵天线设计与分析

随着5G通信、卫星通信、物联网的迅速发展，对于相控阵天线提出了更高的技术要求，要求其具有带宽更宽、成本更低、指标更优、尺寸更小等特点。为了满足移动卫星通信的需求，针对相控阵天线的技术指标要求，设计了一款工作于Ka频段的液晶相控阵天线。通过研究液晶相控阵天线系统的整体架构，对其各个主要功能模块进行了设计和选型，包括天线阵列规模大小评估，移相器、辐射器、馈电网络、偏置网络、波控电路等功能部件的选型，研究基于液晶移相技术的小型化相控阵天线及波束控制电路，最终完成天线设计与仿真，并完成原理样机的研制和测试。对关键技术指标进行论证，天线各项指标可满足Ka频段移动卫星通信的相关技术需求。相较于传统卫星终端，该液晶相控阵天线具备批量生产、体积小、通信位置灵活等特点，适用于各种安装平台，更符合现代化通信的需求，为军/民用移动卫星通信提供了一种有效可行的天线解决方案。     

星载抛物面天线视在相位中心确定方法及应用

星载抛物面天线成像过程中对波束的指向精度有较高要求,而波束指向精度在很大程度上取决于天线相位中心的位置精度。基于抛物面天线工作原理及视在相位中心的定义,提出一种抛物面天线视在相位中心的确定方法。在此基础上,通过卫星在轨多体系统仿真分析,给出了卫星机动过程中的视在相位中心坐标范围,并利用最小二乘法分析了视在相位中心坐标偏移量。进一步对比分析了有阻尼器和无阻尼器连接方式对天线视在相位中心偏移量的影响关系,为后续抛物面天线指向精度研究提供了理论基础。     

空间多载荷高精度拼接支撑结构的优化设计

针对遥感卫星在多载荷高精度拼接扩大幅宽时需保证成像质量的要求,考虑多载荷之间的耦合,对支撑结构进行空间布局优化以及结构/热控一体化设计.应用改进的Heaviside密度滤波拓扑优化方法获取最优结构/热控的材料分布形式,结合多目标遗传算法进行详细优化设计,获取支撑结构质量、一阶固有频率和载荷安装面面形精度的Pareto前...