偏馈伞形天线索网几何构型设计方法研究

偏馈伞天线是能够适应高通量卫星的一种索网天线。文章针对在偏馈伞天线的设计中,由于结构的不对称性,导致常规伞形索网天线索网几何构型设计方法失效的问题,提出了一种新的设计方法。首先,依照形面精度均方根误差的原理,推导出了索段长度与形面精度的关系,利用最少节点数量作为优化条件,得到满足形面精度且节点数最少的主网面节点分布;然后,采用平面切割的方法计算出肋底部节点坐标及张力阵方向向量,并由张力阵计算得到了理想抛物面上的主网节点坐标,由迭代方法得到了背网节点坐标;最后,利用线性插值对形面精度进行验证。分析结果表明：该设计方法得到的索网结构能够满足工程精度要求;由迭代法确定的背网节点能够使索网天线达到自平衡状态。该设计方法对伞型偏馈式索网结构的设计有一定的参考价值。     

一种伞型索网式空间可展开天线预张力优化设计

针对伞形空间可展开天线的反射面索网结构预张力均匀化问题, 提出了一种索网结构预张力优化与找形分析的方法。首先建立索网结构自应力平衡矩阵和预张力优化模型,通过遗传算法进行索网结构的预张力优化,获得一组优化的预张力作为初始值,然后采用非线性有限元方法对索网结构进行找形分析,以获得索网结构的型面精度。算例表明索网结构天线抛物面的节点型面精度达到了3. 529×10-6 mm(RMS)。     

可展天线的柔性索网结构找形分析方法

给出了可展天线柔性索网结构形态分析的一种优化方法。在满足索网形面精度的条件下,用小三角形网格单元拟合反射面抛物曲面,生成索网结构的网格。以索网结构的网面精度为目标函数,以索网单元预张力值为设计变量,以索网松驰面积、强度和应力分布均匀性为约束条件,提出了基于遗传算法和有限元分析相结合的找形分析优化方法,将索网找形转变成一个带约束的最小化问题。对可展天线中常用的三种三向索网结构进行了找形分析,结果表明此优化找形方法是可行的,可应用于工程中其他索网结构的形态分析。     

反射面天线结构振动下的电性能分析方法

为分析反射面天线结构振动对天线电性能的影响,文章给出一种结构振动与电性能集成建模分析方法,得到从结构振动到天线电性能指向的直接近似关系式,将天线的电性能增益离散至模态空间,并与整星动力学模型结合组成天线结构振动与电性能集成模型,从而可通过求解时域振动模态坐标得到振动过程中反射面天线的电性能增益变化情况,实现卫星天线结构振动到电性能增益的动态变化仿真分析,弥补了当前电性能分析仅可针对天线单次静态结构变形展开的不足。     

基于Zernike拟合的三反射面天线赋形设计

多反射面天线系统受空间、位置和尺寸等因素的影响,其主反射面口面存在相位差,从而导致天线辐射性能下降,文章提出了一种利用Zernike多项式赋形多个反射面的方法,通过对副反射面赋形,在主反射面口面得到期望的幅度相位分布。该方法利用Zernike拟合来处理反射面间的光程差,并将主反射面作为固定面,根据几何光学法和光程条件,在Matlab中建立副反射镜初始模型,通过遗传算法优化Zernike系数调整光程差,对副反射镜面形进行优化设计,避免了复杂的微分计算。使用Grasp仿真软件对设计的三反射面天线系统进行了分析,计算表明,与未赋形的三反射面天线相比,赋形反射面天线系统主波束效率提升了10.67%,达到95%以上,验证了该赋形方法的可行性及对天线系统性能提升的有效性。     

星载构架式可展开天线形面的分析与优化设计

文章指出了影响构架式可展开天线形面精度的关键因素。提出了在不改变天线质量特性的前提下,通过分解反射网面单元,缩短了网面单元的边长,从而提高了反射面理论形面精度的简易优化方法。对于口径10m以上的天线,提出了双层网设计、大模块组装的优化方法,并进行了可行性分析。     

卫星姿轨控制对大型柔性索网天线在轨指向影响分析

文章针对星载天线大尺寸、大柔性,引起卫星姿轨控时卫星本体姿态运动与柔性天线自身弹性变形相互耦合,进而导致天线指向精度下降的问题,提出了一种计算卫星姿轨控制引起的大型柔性天线在轨波束指向偏差的计算方法。首先,结合有限元法和混合坐标法,通过理论推导,建立了卫星与大型柔性索网天线刚柔耦合动力学模型;然后,以某在轨成像卫星东西位保为例,通过有限元法对该柔性索网天线进行模态分析,得到描述天线弹性振动的模态矩阵与质量矩阵,结合天线的模态矩阵、质量矩阵及天线与卫星本体的坐标转换关系,得到天线振动相对于星本体坐标系的平动耦合系数与转动耦合系数,再与星本体的刚体运动参数组合起来,求解卫星天线刚柔耦合动力学模型,即可得到天线实际振动位移。最后,根据天线实际振动位移进行天线型面拟合,并选取其最差型面进行了天线电波束指向仿真。仿真结果表明,天线方位向的波束指向偏差最大为0.0576°,可为天线在轨指向设计提供依据。该算法同样适用于卫星其他姿轨控制工况。     

金属网反射器索网预应力对模态的影响

卫星姿态和轨道调整时,金属网反射器索网结构的基频过低会使反射器产生振颤。文章通过金属网反射器索网结构的模态方程,利用有限元法来分析预张力的值与模态之间的关系,得到了预张力的大小对索网模态的影响规律,索网的基频会随着预张力的减小而下降,并用算例验证了这种方法的正确性。     

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。     

一种新型伞状天线反射面研究

为设计和研制高精度伞状天线碳纤维三向编织反射面,选取碳纤维三向编织反射面为研究对象,通过试验获取了碳纤维织物的材料属性,设计了不同结构形态、不同加强筋方案的天线反射面,建立反射面有限元模型进行重力变形仿真,探索重力场下天线型面精度与反射面形态的关系,获取了最优的反射面设计方案。优化结果表明,多边形口径反射面相比圆形口径反射面型面精度提高了99.95%,在多边形口径反射面上设计环向加强筋可使型面精度进一步提高3.4%,为反射面的结构设计提供参考和依据。     

面向大型反射面天线结构的机电综合设计与分析系统

针对天线机电分离设计的现状,研究了天线机电综合集成技术和天线组合结构理论, 并采用精确PO法分析天线远区辐射电场,建立了面天线参数化设计的层次结构,解决了由背 架、反射面和中心体等组成的组合结构网格自动划分难题,研制了天线结构分析与电磁计算 综合集成系统。实现了天线虚拟样机的参数化设计、机电性能分析与判断,可获得天线位移 云图、应力云图与电场方向图等准确的重要指标信息。该系统可用来指导天线结构设计人员 的工作,改进天线设计手段和方法,提升设计分析质量,达到缩短设计周期、降低设计成本 的目的。     

轴对称分布多集中载荷作用下的圆薄板变形

传统的设计与分析中,大型网状可展开天线的金属网都作为薄膜看待.当薄膜张紧在曲线边界上时,必然形成负高斯曲率曲面,即反枕效应,使天线反射面型面精度降低.为了减少反枕效应的影响,通常的方法是减小曲线边界所围区域的面积,例如增加径向肋天线肋的数量,或者增大张力索网天线的网格密度,这些措施都增加了天线的复杂程度,带来重量的增加...     

星载柔性复合材料壳面可展开天线研究进展

柔性复合材料壳面可在一定曲率半径范围内弹性弯曲收纳,展开后具有一定的自支撑能力,可为星载可展开天线研制提供新型解决途径.随着高应变薄壁碳纤维复合材料结构的发展,关于柔性壳面可展开天线的应用研究日益增多.综述了几类典型柔性壳面可展开天线反射面实现形式,分析了影响柔性壳面可展开天线发展的关键技术,为该类型天线反射面的研制提...     

碳纤维复合材料天线反射面低变形优化设计

为了保证星载天线的在轨工作,需要严格限制天线的热变形。文章参考国外先进天线设计案例并考虑国内生产工艺,以某卫星抛物天线反射面为研究对象,采用全碳纤维复合材料夹层结构设计新型天线反射面构型。首先,给出天线型面误差的计算过程来反映天线热变形程度;然后,基于正交试验法,对某卫星的天线反射面型面误差值影响因素进行分析;最后,在此基础上分别对蒙皮与芯层完成低热膨胀系数的优化设计。仿真结果显示:文章设计的全碳纤维材料天线夹层结构因热变形而产生的型面误差仅约为原先设计的全铝反射面的1/6,证实了全碳纤维材料天线夹层结构在低变形方面的优势及此优化设计方案的可靠性。     

周边式桁架可展开天线的形面调整

本文针对周边式桁架可展开天线进行了基于优化方法的网面调整。以纵向调节索调节力的大小为设计变量，网状反射面的均方根误差为目标函数，应力和频率为约束条件，建立了形面调整的优化数学模型，并用遗传算法对网面调整进行了优化、仿真。数值结果表明：基于优化方法的网面调整是可行的，对工程应用具有一定的指导意义。     

谱元法在空间可展开结构振动带隙分析中的应用

可展开天线;索网结构;预张力优化;找形分析,需要对其进行振动带隙设计。以空间可展开结构展开态主体框架结构为研究对象,采用谱元法推导其通用的动力学方程。在频域下求解整体框架结构的动力学方程可得到结构的振动频率响应,进而探究结构的带隙特性。以二维复合梁框架结构为例,讨论了结构单元的位移响应幅度和传输系数之间的联系,提出了一种周期框架结构带隙的预测方法,并通过二维复合梁框架结构和空间伸展臂验证了这一方法的正确性。     

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。     

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。     

一种解算整周模糊度几何算法实现GPS快速测姿

在多天线GPS姿态确定系统中,整周模糊度的确定一直是姿态解算的一个难题。针对载波相位双差模型,本文提出一种新的几何解算双差整周模糊度的方法。该方法首先利用C/A码数据完成姿态初步解算;然后根据初步解算的姿态参数、各天线间基线分量参数和卫星到接收机在当地水平坐标系中的向量,再利用本文提出解算双差整周模糊度几何算法求取整周模糊度双差值;将整周模糊度双差值代入载波相位双差模型反解精确的各天线坐标分量,由取得的各天线坐标分量解算得到精确的姿态参数。同时,应用本文所提出的方法,对采集的GPS多天线静态数据和动态数据进行了姿态测量解算,验证了所提方法的有效性。     

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。