星载反射面天线赋形技术研究

星载反射面赋形天线为指定区域进行有效覆盖,减少相邻区域间的干扰,在卫星直播通信、雷达以及射电天文学等方面有广泛的应用。文章讨论了3种传统天线赋形技术:波前法、口面场优化法以及反射面直接展开法;针对在轨重赋形天线实现的两大困难,介绍了2种远场快速分析方法,讨论了反射型面控制方法。     

反射面背射螺旋天线设计

介绍了一种反射面背射螺旋天线,其反射面口径仅有几个波长,通过采用新型背射螺旋天线作馈源,成功解决了小口径反射面天线效率低的难题,实现了高达75％的口面效率。该天线体积小、重量轻,已成功应用于嫦娥一号卫星机械转动定向天线。文章对该天线的设计、仿真计算和实测结果进行了综述。     

航天器赋形反射面数传天线的可靠性评估

基于赋形反射面数传天线的功能和性能参数影响因素分析,确定了以赋形反射面数传天线的最大指向角增益作为可靠性特征量;提出了用"在赋形反射面数传天线最大指向角的约束条件下,赋形反射面数传天线的最大指向角增益大于其下限指标的概率"来表征赋形反射面数传天线可靠性的概念;提出了利用天线研制过程中多个技术状态相同的赋形反射面数传天线在相同的测试环境下采用相同测试方法获得的天线最大指向角增益测试数据,进行可靠性定量评估的方法。给出了X频段赋形反射面数传天线可靠性评估的示例,可靠性评估结果比可靠性预计结果更为客观,为航天器天线的可靠性验证提供了技术途径。     

资源一号卫星X波段IR—MSS数传天线

一种北射双线螺旋天线在中巴合作研制的地球资源卫星上首次用作x波段IR－MSS（红外遥感）数传天线，替代了国际上惯用的赋形反射面天线。飞行试验表明，天线在轨工作正常，具有与赋形反射面天线相当的性能与功能。本文简要地介绍了该天线的设计和性能。     

卡塞格伦天线副面赋形的设计与仿真

改造已有的卡塞格伦天线,使其具有低副瓣特性。对特定口面分布函数应用数值分析方法,对天线进行副面赋形设计,并对赋形副面应用FEKO软件进行仿真。仿真结果证实了赋形副面对天线方向图副瓣性能有明显改善,且天线增益及效率无明显下降。由于赋形仅仅改变副面形状,因此在工程应用中成本较低、易于实现。     

Zernike多项式表示的赋形反射面的物理光学法分析

文章给出了一种用多项式(即Zernike多项式)来表示赋形反射面的方法,并对反射面的二次方向图进行物理光学法分析。通过和国外商用分析软件的结果进行对比,验证了该方法的正确性和有效性。     

辐射计反射面天线面形精度对其主波束效率影响研究

以FY-3卫星微波成像仪天线为模型,对反射面天线面形精度对天线主波束效率的影响进行了分析。提出基于数值拟合法的公式,用GRASP软件半物理仿真结果,修正Ruze公式关于面形精度影响因子的表达式,实现了工程中天线主波束效率快速估算。该方法减小了Ruze公式中由于假设口径场等幅同相分布引起的计算误差,采用该方法后计算精度可控制在1%以内。最后针对多馈源共用反射面的辐射计天线提出了分区域分析面形精度的方法。     

用于遥感卫星数传的新型波导阵列组合天线

从新的设计理念出发，提出一种新型的波导十字阵列组合辐射天线替代了赋形反射面天线，用于低轨遥感卫星的数传系统。文中论述了该天线的设计思路、设计过程，并列出了天线的主要性能。最后还简述了该天线在国内卫星上的应用及我国未来低轨遥感卫星数传天线的发展趋势。该天线已在我国多个卫星上成功应用。这种波导阵列组合天线结构紧凑、尺寸小，具有与国外通用的赋形反射面天线基本类似的性能，可达到星载数传天线的预定要求，而且为星载遥感器及其他载荷留出了更大的对地安装空间。     

星载赋形反射面数传天线优化设计

为了使星载赋形反射面数传天线的波束形状满足设计要求,应用Minimax算法对其进行了优化设计。首先基于几何光学原理得到反射面中截线的初始形状,然后采用Newton插值函数对中截线进行拟合并把插值函数的系数作为优化变量,最终利用Minimax算法对优化变量进行调整来使获得理想的赋形波束。通过对一个X波段赋形反射面天线优化结果的分析及与基于几何光学原理综合算法所得结果的对比,表明此方法的有效性和优越性。数值仿真结果表明：该方法能够保证覆盖角域内任意一点的增益均高于设计指标要求。     

星载成形反射面天线全域基设计的研究

介绍了对星载成形反射面天线全域基设计法的研究。采用单馈源单反射面天线,通过优化反射面得到赋形波束。文章研究的全域基设计法运用物理光学法,将反射面用Jacobi-Fourier表达式展开,展开式各项的系数作为优化对象,代入反射面天线远场辐射积分的计算,在优化远场辐射特性的同时确定了反射面展开式各项的系数,也即确定了反射面。     

台阶反射面实现双频多波束天线收发等化的研究

双频多波束天线系统由于收发频段共用同一反射面,覆盖区内收发波束大小不一致.为了实现覆盖区内收发等波束,文章提出了一种新型的台阶反射面天线.通过对天线台阶高度的选取和台阶宽度的优化,可以使接收频率处每个台阶跳跃点与中心区在反射面等效口径处的相位相差180.,从而降低天线的口径效率,减小接收频率处反射面的电尺寸,最终实现了收发波束大小一致.为了进一步降低天线的副瓣电平,文章在接收频率处引入了馈源第一副瓣来照射反射面的台阶圆环,通过这一改进天线仍能实现收发等波束且获得了更低的副瓣电平.     

一种星载扫描天线的分析与设计

为适应卫星平台的需要,达到卫星天线能够实现角度扫描(正负5度)和机械扫描结构尽可能简单的要求,本文设计了一种三反射镜配置结构的角度扫描天线。首先利用几何光学法设计了赋形面,然后确定了在不同的扫描角度时,平面镜移动到的位置点。最后,利用高斯衍射波束分析方法(Diffraction Guassian Beam Analysis)进行了电性能的仿真验证。结果显示,在所需角度的扫描范围内,其具有较高的主面孔径利用效率和扫描机械结构简单的特点。在兼顾角度扫描和机械扫描结构简单的条件下,天线达到了所需的性能要求。     

基于实时引导修正的大口径天线对星快速校相方法

对测控站中快速校准和差通道相位的方法进行了原理分析,以18 m口径天线为例,论证了在X频段下大口径天线的空间波束相对于S频段更窄,利用X频段空间目标进行快速校相时需要天线系统提供更高的指向精度来满足校相时的角度偏置处于主瓣内.通过分析抛物面天线的指向误差源和模型,提出了基于该模型进行目标引导数据误差反向修正的工程应用方...     

Preliminary design of paraboloidal reflectors with flat facets

Based on the concept of approximating antenna surfaces using flat facets or triangulated cable networks, a geometric scheme to subdivide a parabolic surface is discussed. According to the proposed scheme, the paraboloid is divided at the aperture circle into six equal segments first, which form a regular hexagon. Then the regular hexagon is subdivided into equal regular triangles to form subelements. Finally, the points of intersection of these triangles are projected or mapped on the paraboloid surface using a suitable origin of coordinates to obtain the final nodal coordinates of the members along the revolution axis direction. An expression for the relation between the systematic deviation of the actual surface from the desired surface and the side length of the regular triangles on the antenna's aperture surface is developed, which can be used to determine the side length of the regular triangles, and in turn to determine the size of the reflector surface facets necessary to meet antenna surface accuracy requirements. Application on a 0.6-m offset reflector is described and the simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed technique in design of paraboloidal reflectors with flat facets.     

C频段的“推扫式”卫星扫描天线

该设计结合科研实际需求,研制了工作在C频段的“推扫式”卫星扫描天线。首先,从“推扫式”卫星扫描天线的原理出发,对所需要的环焦反射面进行了优化建模,提出一种新型扇形反射面圆角化的方案,并针对密集馈源阵进行分析。通过计算得到了馈源的位置坐标,在仿真软件GRASP中构造反射面天线的整体模型。为了使密集馈源阵的主波束满足设计指标,设计了遗传算法优化合成后的波束来实现对主波束的优化,通过改变馈源阵的幅相值以达到天线方向图的设计要求,利用仿真优化得到了C频段中心波束达到设计指标所需要的馈源阵规模。最后,对整体模型进行了加工组装。使用近场测量的方法在微波暗室中对天线进行测试,测试结果表明天线波束宽度为0.6°时,主波束效率为98.17%,大于98%,满足设计要求。     

宽带相控阵馈源可展开反射面天线研究

为满足星载高增益天线的应用需求,本文设计了一种带有相控阵馈源的伞状可展开反射面天线。首先介绍了反射面天线可展开机构的原理及设计,由碳纤维天线肋和金属编织网面组成反射面,在高精度可展开机构的动作下实现其收拢和展开,从而大幅减小其收藏包络尺寸。对于直径为1.14 m的可展开反射面天线设计了宽带相控阵馈源,采用金属Vivaldi天线作为相控阵单元,根据极化方式、焦径比和扫描范围选择排列成双极化矩形阵列,使可展开反射面天线在8～16 GHz内实现二维波束扫描,通过电磁仿真进行验证,仿真结果表明,宽带相控阵馈源能够有效地增加可展开反射面天线的视场,反射面天线在8 GHz、12 GHz和16 GHz时扫描到0°的增益分别是38.03 dB、40.65 dB和41.48 dB,扫描到+3°的增益分别是37.68 dB、40.68 dB和41.09 dB。     

先进飞机平台天线孔径综合的总体设计技术

电子信息系统的综合一体化是先进平台的典型特征,天线孔径综合将众多分立的天线单元/阵列进行整合,可显著地缩减平台天线数量,改善平台的气动和隐身性能。天线孔径综合需要满足小尺寸、高性能、低耦合等诸多要求,是射频综合系统的主要难点之一。以先进飞机平台为例,介绍天线孔径综合的总体设计技术,主要包括天线孔径综合的总体思路、电磁兼容性的考虑和典型天线样机的研制。     

关于双反射面天线的两个优化问题

在航天器上和地面站中,广泛采用着双反射面天线。本文探讨了双面天线的两个优化问题。当主面为现存的抛物面时,使副面优化赋形,从而比之经典双面(抛物面——双曲面)的增益提高(0.48～0.40)~(dB)(对应于D/λ=20～100)。寻求偏置柱形双反射面系统的最佳设计,使其在馈源方向图变化时,口径场分布最接近同相等幅。     

镜像综合孔径微波辐射成像原理验证实验研究

为验证镜像综合孔径微波辐射成像的原理,设计了V波段镜像综合孔径辐射成像原理实验系统(MAS-V),介绍了系统组成及原理并进行了电暖器辐射成像及空间分辨率实验,电暖器热辐射部分清晰可见,且轮廓与光学图像结果一致。实验结果表明:镜像综合孔径微波辐射成像的原理正确。对于相同的天线阵列,镜像综合孔径的空间分辨率优于常规综合孔径,约为其2倍。若增大反射板与天线阵列的距离,镜像综合孔径的空间分辨率将进一步提高。研究结果为镜像综合孔径微波辐射成像方法应用于静止轨道大气遥感提供了参考。