柔性天线面对漂浮基星载天线扰动分析及抑制

 为了研究柔性天线面弹性变形对漂浮基星载天线的扰动,采用固定界面模态综合法和Lagrange方法,通过轴末端与天线面交界面的协调关系,推导了大范围运动的星载天线刚柔耦合动力学模型,其所建立的动力学模型计算效率高并具有足够的精度。分析了柔性天线面弹性变形对星载天线的扰动,利用PD+振动力反馈控制抑制系统振动,并基于Lyapunov方法证明了控制系统的渐近稳定性。仿真结果表明：天线工作过程激起了柔性天线面弹性振动,进而引起星载天线的抖动,严重影响了星载天线的指向精度;利用其控制策略能快速抑制系统振动。结论对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。     

肋网式可展开抛物面天线的网面整体成形方法

为使天线反射网面安装操作步骤更加简洁高效,研究一种适用于中小口径肋网式可展开抛物面天线的反射网面整体成形方法。通过强制拉伸实现对柔性网面的张力赋予,以直观的位移量替代张力值。平面裁剪得到一片平面网面,将整片网面张拉至天线支承肋,并与肋缝制连接,实现反射面成形;根据设计抛物面天线的口径和焦径比,分为平面和圆台面网面进行张拉成形;对采用平面整体成形的0.5 m口径天线和采用圆台面整体成形的3 m口径天线进行成形过程的有限元仿真,其反射面型面误差RMS≤1.0 mm;研制了一台口径为3 m、焦径比为0.56、具有36根碳纤维复合材料豆荚形截面肋的可展开缠绕肋天线样机,测量型面误差RMS≈0.8 mm。结果证实,所研究的网面整体成形方法高效可行。     

箭载共形相控阵天线设计仿真与测试

研究了基于阵因子函数的阵列天线设计方法,并成功应用于箭载中继卫星测控天线的设计与实现。本文分析设计了天线单元,推导了柱面共形相控阵阵因子函数,给出了天线阵的阵方向图函数,利用Ansoft HFSS软件进行了仿真优化和验证。样机的微波暗室测试结果表明天线满足工程需求。     

灵活的全空域同时多波束测控技术

针对日益发展的多星同时测控需求,给出了一种灵活的全空域多波束同时测控阵列天线实现技术。在分析国外GDPAA(网格球顶相控阵天线)相控阵技术的基础上,提出了子阵有源相控阵+多面数字波束合成的综合实现架构,比较了多面拼阵和球面拼阵工程实现的优缺点;并在单元天线建模的基础上对多面拼阵和球面拼阵进行了系统仿真,验证了其半球覆盖的波束性能和全空域覆盖的可行性。考虑工程实现,给出了多面拼阵的实现建议,并对其发展构思、预期性能和主要关键技术进行了探讨,最后进行了归纳总结。     

星载网状天线反射面面型精度测试与分析

星载网状天线反射面作为大口径天线的重要结构部件,其面型精度直接影响天线的电性能。针对主要由抛物肋板、充气环、张力系统、中心鼓结构构成的网状天线反射面,采用数字摄影测试技术建立了反射面面型精度测试方案,获得了抛物肋板上普通标志点的空间坐标以及与最优抛物面之间的偏差,并开展了反射面面型精度的分析。为了提高网状天线反射面面型精度,提出了分阶段地依据各普通标志点偏差方向和大小调节肋板上节点至地面垂直距离的反射面面型调整方法。在阶段1至4中经过调整之后反射面面型精度分别提高了75.0%、54.3%、36.6%和37.4%,表明该天线面型调整方法的有效性。阶段4中网面的安装大大降低了抛物肋板的面型精度,同时抛物肋板的偏差趋势与阶段2偏差相近,所以前期阶段肋板的调整尤为重要,而反射面抛物肋板上的偏差主要分布于副肋。     

机载气象雷达的使用与维护

现代机载气象雷达的很大改进之一就是雷达天线。早期的气象雷达多使用抛物面天线,而现代机载气象雷达普遍采用平板缝隙式天线。平板缝隙式天线与抛物面天线最重要的性能差别就是其方向性图。通过选择合适的天线面积,平板缝隙式天线可以具备很尖锐的方向性波束,能量高度集中在主波瓣上,旁瓣能量很少。这     

法国开展新一代光子雷达天线研究

近年来,法国国防部对未来有很大应用前景的光子禁带宽度(PBG:photonicbandgap)的平面和抛物状的天线结构表现出极大的关注,特别在厘米波和毫米波频段内的雷达成像和检测,以及相同频段内的电子战和信号干扰方面。据预计,以PBG为基础的第一批天线将于2005年～2010年之内研制出来。这种天线将具有以下特点:(1)其收发的信号比今天同类型天线更保密和更具有灵活性。(2)由于主波瓣完全受控,故该天线的工作是最佳的,此外,由于信号作用距离与辐射功率相等的副波瓣(实际上电子战袭击的主要是副波瓣)非常窄,因此,安装有PBG天线的系统更能抗信号干…     

星载蜂窝夹层结构天线复合材料力学性能检测

针对卫星的发射力学环境、在轨温度环境和辐照环境要求,对常用的蜂窝夹层结构反射器天线,提出了天线复合材料的力学参数要求和检测内容,包括：胶黏剂、原材料和蜂窝夹层结构高、低性能要求和随炉试件的检测内容,同时针对蜂窝夹层板的结构特点,提出了拉拔力、刚度测试、模态测试的方法,总结了振动试验和热真空试验中常见的失效模式。由于复合材料测试与测试方法有很大的关系,因此文章也介绍了这些参数测试的标准,同时根据仿真分析结果给出了星载蜂窝夹层结构天线板-芯胶黏剂在高温、低温下要达到的剪切强度和剥离强度指标。     

复合材料薄壁加筋抛物面天线仿真与优化

采用Patran/Nastran有限元软件对复合材料薄壁加筋抛物面天线进行了建模和仿真分析。重点分析了反射面铺层方式、加筋结构形式以及加强筋铺层对抛物面天线基频的影响。分析结果表明:采用[0/45/-45/90]s铺层形式的反射面基频最高;增加径向和环向筋可大幅提高天线基频,其中加筋结构采用[0/30/90/-30]s铺层可进一步提高天线基频。通过有限元分析确定了基频最佳的复合材料抛物面天线结构,为制备薄壁加筋抛物面天线提供了指导。     

同步轨道通信卫星天线覆盖图在轨测试方法

同步轨道通信卫星天线覆盖图在轨测试的目的是检验卫星入轨后上下行覆盖图与设计覆盖区域的一致性,以及太阳照射产生的天线热变形等因素对覆盖特性的影响。针对卫星上常用的固定赋形波束天线、区域波束天线和可移动点波束天线等类型的星载天线在轨测试问题,分析了几种在轨测试方法的原理,包括偏置卫星姿态法、转动天线平台法以及使用移动测量站的方法,提出了偏置卫星姿态法中融合转发器遥测参数判决和多站联合在轨测试的解决方案,有效解决了既要节省宝贵的燃料又要尽可能测量多条切线方向图的工程难题。对真星的固定赋形波束天线和可移动点波束天线进行了在轨测试,测试结果与实际特性吻合很好,验证了方法的可行性。最后,针对融合遥测参数判决的多站联合偏置卫星姿态法的测量不确定度进行了分析。     

机载天线电磁兼容及布局分析

讨论机载天线电磁兼容及布局优化分析的数学模型。介绍了低频区、谐振区及光学区机载天线辐射场、电磁干扰余量的求解法。利用电磁干扰余量对机载天线电磁兼容（ＥＭＣ）问题进行了分析和求解,从而确定无线布局问题,给出了天线布局设计的流程图,并以机载微带共形天线为例,求解了其增益分布图和两微带天线元之间的电磁干扰余量。     

On-orbit calibration of satellite antenna-pointing errors

A pragmatic approach is presented to the on-orbit calibration of the spaceborne gimbaled parabolic reflector antennas to enhance their pointing and tracking accuracies in the presence of unknown structural deformations and other errors. The technique described is based on the second-order extended Kalman filter. Except for some knowledge of Kalman filtering, the work is self-contained and tutorial in character, developing necessary error models and deriving most pertinent equations from first principles. Preliminary simulations, from which covariance analysis results have been obtained, indicate a 66% improvement in the accuracy of the antenna pointing angles     

Optimizing accuracy of a parabolic cylindrical deployable antenna mechanism based on stiffness analysis

Accuracy of the fitted surface is of great importance to the performance of deployable antennas utilized in space. This paper proposes a stiffness analysis based fitting accuracy optimization method for achieving the optimal parameters of the parabolic cylindrical deployable antenna mechanism. The stiffness matrix of the proposed cylindrical antenna mechanism is established by assembling the stiffness of beams and tension cables. Structural deformations of the mechanism are calculated where the tensioned cable is substituted by a 2-node truss element and an equivalent force acting on the joint. Consideration of the tensity of tension cables, namely tensioned or slack, is transformed into a typical linear complementarity problem. Comparison between structural deformations of the mechanism fixed at different points is performed. Sensitivities of the geometric and structural parameters on fitting accuracy are investigated. Influence of force of the driven cable on structural deformations of antenna operated in different orbits is conducted. A fitting optimization method is proposed to minimize the structural deformations subject to constraints on volume and mass. Simulation result shows that the fitting accuracy of the antenna mechanism is improved significantly through the optimization. The proposed method can be utilized for the optimal design of other deployable mechanisms constructed by joining rigid links.     

Design and analysis of truss deployable antenna mechanism based on a novel symmetric hexagonal profile division method

As the deployment, supporting, and stability mechanisms of satellite antennas, space-deployable mechanisms play a key role in the field of aerospace. In order to design truss deployable antenna supporting mechanisms with large folding rate, high accuracy, easy deployment and strong stability, aiming at the geometric division of the parabolic reflector, a novel method based on symmetric hexagonal division and its corresponding modular truss deployable antenna mechanism is proposed, and the original method based on asymmetric triangular division and its corresponding mechanisms are presented for comparative analysis. Then, the screw theory is employed to analyze the mobility of different mechanisms. Furthermore, the improved three-dimensional mesh method is used to divide the reflector surface of a large parabolic antenna designed by the two different methods, and the profile accuracy and the type of links are taken as the evaluation indexes to quantitatively analyze the division results. Finally, a three-dimensional model of the modular deployable mechanism based on the symmetric hexagonal design is developed, and the deployable mechanisms with different configurations based on the two design methods are compared and analyzed from the mechanical perspective. The research results provide a good theoretical reference for the design of deployable truss antenna mechanisms and their application in the aerospace field.     

飞行器热天线热电联合计算方法

为了研究高温环境对热天线电性能的影响,提出了一种热电联合计算方法,通过三维热、电信息传递程序实现不同温度区域介电性能的空间加载,以此关联温度场与电磁场网格节点信息,实现温度场-电磁场耦合问题的联合计算。介绍了热电联合计算方法的原理与思路,并以某型热天线为研究对象,考查天线温度分布对电性能的影响程度,为飞行器热天线的精细化设计提供了途径。该方法可应用于热透波结构的高温电性能分析,尤其对于恶劣热环境下的热天线/天线罩设计具有较高的应用价值。     

Digital Simulations of Effects of Two-Antenna Interference on Space Vehicle Guidance

This study determines through digital simulations the effects of two-antenna interference, defined as interference occurring at the ground guidance system antenna between the signals from two antennas located on, opposite sides of a space vehicle. It is demonstrated that errors due to interference during early booster flight are recovered from at booster cutoff; interference produced errors occurring shortly before cutoff are not recovered; and modulating the gain of one spaceborne antenna is beneficial to guidance in the interference region.     

偏焦偏置抛物面多波束天线的分析与设计

以口径场法为基础对偏置抛物面天线进行建模分析,可方便有效地计算馈源数目任意、馈源放置位置任意的偏置抛物面天线的方向图。通过优化对馈源位置进行调整,使得各波束的性能达到设计的要求,最终实现多波束天线。绕特定的轴旋转馈源阵列,可以实现更大空间的扫描。     

基于分布式地面站天线的空间功率合成

卫星导航系统(GNSS)地面站天线对卫星进行上行注入时,信号到达卫星时较弱,容易受到干扰,故地面站注入天线需同时具备平时多目标注入和干扰时单目标功率增强的能力。利用卫星导航系统中地面站之间能够实现精密时间同步的特点,提出了一种基于分布式卫星导航地面站抛物面天线的空间功率合成方法,使用相位预补偿实现分布式天线阵到达目标卫星信号的相位粗同步;分析了相位误差、辐射功率误差对空间功率合成效率的影响,得到了阵元初始相位标定精度与相对定位精度的约束关系;并对合成信号的抗干扰能力和信号质量进行了研究。理论和仿真结果表明,当相位精度因子小于0.2时,4个等辐射功率天线在10°仰角以上波束扫描范围内的功率合成效率均在75%以上,且可以通过控制初始相位标定精度与相对定位精度实现更高的合成效率;而在合成效率要求75%以上时,天线辐射功率误差对合成效率的影响基本可以忽略。采用分布式波束扫描天线能够对地面站上行注入进行功率增强,可实现注入波束和功率的灵活配置,有效解决制约机动式和小型化地面站功率提升的瓶颈问题。     

构架式可展天线机构自由度分析——拆杆等效法

针对四面体构架式可展天线机构的多环耦合特性,提出了一种空间多环耦合机构的自由度分析方法——拆杆等效法。首先拆除四面体基本可展单元机构的耦合约束链,将剩余部分视为一个并联机构,然后应用螺旋理论分析各输出节点的自由度数目及性质,进而构造各输出节点与定节点之间的等效串联运动链,最后复原拆除的耦合约束链得到四面体基本可展单元的等效机构,应用修正的G-K公式计算等效机构的自由度数目,并基于反螺旋理论分析等效机构的自由度性质,从而获得四面体基本可展单元的运动特性。根据四面体基本可展单元的等效机构及其组合方式对最小组合单元及大尺寸构架式可展天线机构的结构进行了化简,并根据其几何特征约束方程推导了最小组合单元及大尺寸构架式可展天线机构的自由度。建立了由27个四面体基本可展单元组成的构架式可展天线机构的仿真模型,对该机构的自由度进行了验证,结果表明提出的拆杆等效法求得的自由度正确,为进一步分析此类天线机构的运动学和动力学奠定了基础,同时为其他类型的空间多环耦合机构的自由度分析提供了一种新的思路。     

一种可齐平安装的机载复合结构宽带天线的设计

设计了一种可齐平安装的宽带超高频(UHF)天线.该天线由含有背腔结构的盘锥天线、盘锥顶盘与地板之间的短路结构、以及多板天线3个部分复合而成.这3个部分分别在频率的中端、低端和高端产生3个邻近的独立谐振点,从而有效地展宽了天线的工作带宽.分析了天线各主要结构参数对谐振频点和阻抗带宽的影响,给出了这些参数的最优值,并据此制...