我国Ku波段广播通信卫星赋形波束天线设计

讨论了我国Ku 波段广播通信卫星全国覆盖的赋形波束天线的设计问题。就我国目前的技术和工艺水平,提出了三种可行的方案;通过这三种方案,介绍了偏馈反射面天线的几何尺寸的选择,多波束天线的馈源位置排列及缋源幅相激励系数的优化步骤;最后绘制了三种方案的等值线覆盖图,分析和比较了它们各自的优缺点。     

卫星成形反射面天线波束赋形的研究

采用单馈成形反射面天线,将天线口面分为多个栅格,通过优化栅格的场的相位分布对中国版图进行波束赋形。在优化过程中附加了相位限制条件,以保证反射面的表面连续,并与阵馈抛物反射面天线的赋形效果作了分析比较,说明单馈成形反射在天线在波束赋形中是可取的,该单馈成形反射面天线有其实用价值。     

通信卫星技术展望(下)

由于宽带通信卫星面向的用户需要较小的地面终端,所以需要卫星提供比一般通信卫星高得多的辐射功率。满足这种要求仅从增大转发器末级功放输出功率是比较困难的,有效途径是采用更高增益的天线。早期的通信天线是全球波束天线,区域覆盖是通过多馈源赋形或反射面赋形来实现,     

通信卫星技术的重大进展

从1963年美国发射第一颗同步卫星以来,通信卫星的发展已经历了近二十年的历吏了。在这二十年内,随着通信卫星的广泛应用,卫星通信技术出现了长足的进展,特别是从七十年代以来,为了提高卫星的通信容量或工作能力,世界上许多国家都对多波束天线、固体器件、卫星开关/时分多址等许多先进的卫星通信技术开展了广泛的预研和试验。     

下一代通信卫星技术的发展方向

光纤通信的出现,向卫星通信提出了新的挑战。为保持卫星通信的竞争能力,下一代通信卫星将采用许多新技术,包括多波束天线、星上处理和星上切换等。主要业务的发展趋势是稀路由的点到多点通信以及多点到多点的电话、电视和数据通信。实现这些业务,卫星网络就要使用超小型孔径终端(VSAT),它应提供从每秒几千比特到1～2兆比特的各种信息速率,应具有可接受的传播延迟和终端费用,但目前的VSAT网络,由于卫星功率受限和网络中枢在地面,无法满足技术需要,必须发展新的技术。     

每束多馈源天线的设计特点研究

每束多馈源是一种能够在多色复用情况下有效减少反射面使用数量的多波束天线配置方案,鉴于国内外对这一方案的研究尚处于初级阶段,对这类配置天线的设计特点研究需求更为迫切。文章对这类天线相对于每束单馈源天线存在的一些设计差异和设计要求开展了研究。重点提出了相邻同色波束最大干扰的概念,并首次将馈电网络结构与波束优化相结合,在理论上确保了网络的可实现性。最后,结合这类天线的特点,对进一步改善波束性能给出了两点设计构想,并分析了构想的可行性。     

军用通信卫星的多波束天线

多波束天线(MBA)是由波束成形网络驱动的馈源面阵所组成。每一个馈源面对应于一个特殊的天线波束。馈源阵位于或靠近准直透镜或反射器的焦面上。辐射图形的电控制由波束成形网络中采用的微波控制器件(开关或可变功率分配器)提供。在有些应用中,只在指定的时间激励唯一的一个波束。例如,时分多址(TDMA)系统就属于此例,该系统的波束能从一个用户跳传给另一个用户。而在像动波束成形应用中,要同时激励几个波束。多波束天线的应用军用通信卫星中第一个采用自适应天线的是国防通信卫星-Ⅲ(DSCS-Ⅲ)。DSCS-Ⅲ主要的通信有效载荷就是几个工作SHF(8/7吉赫)波段的多波束天线。1个在61波束的上行链路MBA和2个19波束下     

卫星多波束天线赋形波束的最优化计算

主要介绍了卫星多波束天线的基本原理和数学模型 ;说明了卫星多波束天线赋形问题的本质是一个优化问题 ;用两种可行有效的优化方法——最小 p乘法和最小最大法分别对矩形区域和中国本土进行了赋形 ,并在最后分析了两种算法的优缺点     

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.      

射电天文望远镜的焦面阵设计

为使射电天文望远镜的视场得到扩大,分析望远镜的视场时对天线的反射面提出共形网格剖分法,对物理光学法的常规计算方法进行了改进,使计算精度得到提高,且剖分网格少.采用改进的算法计算了WSRT望远镜的焦面场,并根据计算结果设计了WSRT望远镜的致密焦面阵结构;用共轭匹配法对阵列单元加权、计算相应的远场方向图,并与采用单个馈源时的远场方向图作比较.结果表明采用致密焦面阵能扩大视场并保证视场连续,增益也得到提高.      

地基北斗GEO卫星直反信号功率测量偏差分析

针对接收天线方向性造成的北斗地球同步轨道（GEO）卫星直反信号功率测量偏差进行研究。给出地基场景下实际天线接收的直反信号及其功率表达式，讨论天线方向性造成的北斗GEO卫星直反信号功率测量相对偏差，设置具体观测场景进行仿真分析。理论与仿真结果表明：具体场景和时刻下的北斗GEO卫星直反信号功率测量偏差为固定偏差，由天线对干扰信号的抑制性能、天线架设高度和反射面介电常数共同决定；相对偏差的大小随着天线对干扰信号抑制性能的增强而减小，随着天线架设高度的变化在某一范围内波动，也会随着反射面介电常数的变化而变化。     

复杂动力学模型下星载天线跟瞄控制技术研究

针对星载天线动力学复杂这一问题,从天线系统刚柔耦合动力学建模、指向跟踪控制以及振动抑制等方面研究了柔性星载运动部件的指向控制方法。首先,通过描述系统几何拓扑关系建立系统运动学方程,从而简化动力学建模过程;之后,利用假设模态法,对天线反射面挠性进行建模;最后,将拉格朗日方程与挠性关节模型相结合,从而建立了星载天线非线性刚柔耦合动力学模型。在以上复杂动力学建模的基础上,采用分层设计的思路进行了控制策略设计：先运用基于计算力矩法的滑模控制器得到不考虑挠性关节的耦合控制律,从而保证卫星基体的稳定性以及天线挠性反射面的振动抑制;再使用反步法对挠性关节进行控制,实现对天线反射面的指向精度控制。最后,讨论了动力学参数不确定性对系统跟踪指向控制的影响并采用数学仿真的方式验证了相关动力学模型与控制算法。仿真结果表明该方法能较好地实现对星载天线的指向跟踪控制以及振动抑制,提高星载天线的动态指向精度。     

碳纤维抛物面反射器的热变形测量技术和位移分析

为了解决卫星碳纤维复合材料抛物面天线的热变形问题,本文提出了利用应变片测量应变分布、然后计算位移的方法。文中介绍了将应变片应用于—180～120℃温度范围的碳纤维复合材料结构的热变形测量技术。最后进行了碳纤维抛物面天线反射器的真空冷热交变试验。     

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。     

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.      

环境C卫星热系统设计与在轨验证

根据环境C卫星的自身特性, 采用以被动式热控制为主和主动热控制为辅的控制方式, 对环境C卫星进行热系统设计. 通过研究环境C卫星的热控设计原则、热设计状态及已解决的关键问题, 对其在轨飞行温度数据进行了分析. 在轨飞行遥测结果表明, 环境C卫星热控系统方案合理, 工作稳定, 性能良好. 星上设备温度环境很好地满足了设计要求.      

基于RVE模型的空间天线结构热稳定性优化设计与热变形分析

空间环境温度变化会使空间天线支撑结构产生热变形,影响其使用性能,因此进行天线热稳定性设计及热变形分析具有重要的意义.基于代表性体积单元(Representative Volume Element,RVE)方法对空间天线结构进行热稳定性设计与热变形分析.通过建立纤维随机分布并含有材料孔隙的RVE,得到纤维热膨胀系数.对M40/TDE85单向复合材料的热膨胀性能进行实验测试,计算结果与测试结果吻合良好,验证了RVE模型的正确性与准确性.建立了复合材料圆管参数化模型,根据计算得到的热膨胀系数及优化算法,对天线支撑结构进行热稳定性优化设计,并对优化后的天线结构进行热致变形分析,结果表明优化后的结构具有很高的热稳定性.      

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。     

卫星天线热真空变形测量

针对在真空环境中进行高低温测量的难点和特点,提出了采用数字近景摄影测量技术在热真空中对卫星天线面板的高低温变形进行测量。成功地利用2台经过保护的专业像机组成双相机摄影测量系统,完成了天线热真空变形测量,解决了传统的测量手段无法在真空中进行测量的难题,型面变形测量精度达到0.1mm,满足了试验要求。