考虑在轨热效应的网状天线索网优化设计

网状天线服役于高低温、强辐射的复杂太空环境,其热变形是影响天线在轨性能的重要因素。目前的设计方法均为常温下的索段预应力配置,难以计及服役环境对天线在轨性能的影响。通过在索网模型中引入温度载荷,建立了以常温下索段参数为变量,以服役环境下的索网形面精度和张力分布为目标及约束条件的索网优化模型,从而在设计之初充分考虑服役热环境下的天线性能,改善天线在轨精度和张力分布。分析了天线运行轨道热环境,计算了天线在不同轨道位置的温度场;基于非线性有限元理论,建立了网状天线热结构模型,形成了考虑温度效应的索网找形及优化设计方法;开展了面向天线服役性能的索网优化设计。优化结果表明,该方法有效提高了天线在轨运行时的性能,可为考虑服役环境的网状天线优化设计提供方法和思路。     

“祝融号”火星车反射面天线设计

针对“天问一号”火星探测器“祝融号”火星车的探测通信任务需求,提出了一种X频段轻小型宽频圆极化反射面天线。该反射面天线采用了新型一体化紧凑馈源技术,实现馈源长度和口径减小20%的同时提高了反射面天线的口径效率,抵挡了火星的尘埃影响。经过对馈源进行的仿真优化,最终实测结果表明,该天线在7.1～8.4GHz内口径效率可达62.3%,在深空探测的工作频带范围内具有较好的增益、驻波和圆极化特性,该天线已成功应用于“天问一号”火星探测器“祝融号”火星车。     

卡氏天线副面补偿技术中副面焦点坐标调整量的高精度数据拟合

基于新疆110m射电望远镜预研项目、南山天线改造计划和国家对航天领域的战略需求,对大型卡氏天线主面板变形的副面实时补偿作了深入研究。简单介绍了副面补偿的理论模型并用静力分析法得出若干特殊仰角下的调整量,进而运用MATLAB对调整量进行了高精度的数据拟合。给出了线性最小二乘法和正交多项式最小二乘法2种拟合方法拟合模型方程,通过误差分析从不同方面对比了拟合方法的效果,在阶数为4、精确至小数点后15位时,2种拟合方法的误差差值数量级为10-13 mm,且小于零。最终选择并应用精度更高的正交多项式最小二乘拟合方法在特定的俯仰角度范围内生成了部分调整量数据,为副反射面在任意俯仰角下的补偿过程创造了条件,满足了天文观测和航天深空探测对数据准确性和系统可靠性的要求,具有一定的实用性。     

非对称偏馈环形网状天线索网预张力设计方法

提出一种考虑桁架柔性变形对索网平衡态影响的非对称偏馈环形网状天线索网预张力设计方法。该方法将天线整体结构分为内部索网与外部桁架两部分,通过内部索网预张力与外部桁架变形间的不断迭代,寻找满足索网形状及张力要求的天线平衡态,以实现网状天线索网预张力优化配置的目的。相比于常规基于刚性桁架假设的预张力设计,该方法可充分计及环形桁架与柔性索网协调变形,获得高精度反射面,且该方法适用于非对称偏馈天线,可有效避免后期张力调试,节约人力物力。算例分析验证了在进行预张力设计时计及桁架柔性的必要性及方法的正确性和有效性。     

大型天线装配测量与实时反馈调整技术

针对大型天线在装配过程中共轴铰链空间位置难以准确定位和测量、传统测量方法容易受到天线杆件的干涉影响测量精度等问题,通过搭建大型天线装配测量与实时反馈调整系统,采用数字摄影测量技术对天线的面板、铰链和杆件的装配精度进行了测量,并将测量结果实时反馈给六自由度自动执行机构调整共轴铰链的空间位置,实现大型天线的柔性化、自动化和精准化装配。试验结果表明数字摄影测量相机的精度与激光跟踪仪的精度偏差不大于0.01 mm;六自由度自动执行机构对共轴铰链的位姿调整位移精度优于0.02 mm,角度精度优于0.01°,能够满足大型天线的装配和测量要求,该方法可以提高大型天线装配效率和自动化技术水平,为尺寸更大和结构更复杂的天线集成装配奠定技术基础。     

X波段宽带单通道单脉冲双圆极化自跟踪天馈系统的研究

在国内首次成功研制7~12GHz宽频带单通道单脉冲自跟踪天线的基础上,对X波段宽带单通道单脉冲双圆极化自跟踪天馈系统进行研究。研究内容包括宽频带六单元照射器的设计、波束形成网络及跟踪原理的设计分析和单通道变换网络的调制与解调原理。同时,对宽频带照射器的测试、馈源和差网络的调试和天馈系统外场联调进行详细说明,并给出仿真和实验结果。测试结果非常理想,达到了设计要求。     

真空热试验中红外笼对伞状天线非稳态加热过程数值仿真

文章针对真空热试验红外加热装置计算机辅助设计中的非稳态过程模拟问题,以一种较为复杂的伞状天线结构为例,以红外笼作为加热装置,对真空热试验环境下的加热过程进行数值仿真研究。采用红外笼的等效加热面模型简化仿真模型,使计算负荷可以达到工程应用的水平,同时满足模拟精度的要求。数值仿真与试验数据对比证明,所采用的计算方法可以为红外笼等红外加热装置的设计提供准确的非稳态加热过程模拟。     

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。     

一种Ka频段宽带宽角扫描微带天线

针对低剖面微带天线带宽窄的问题,设计了一种高度仅为0.11λ₀的双层贴片开槽微带天线,通过双贴片同时馈电的方式,展宽了微带天线的带宽,实现了驻波带宽达到17.9%。经过HFSS (High Frequency Structure Simulator,高频结构仿真器)设计仿真结果表明：该天线单元具有良好的阻抗匹配特性,驻波带宽在17.9%,增益为5.89 d B,符合宽带天线的标准。将该天线单元组成6×6阵列,通过仿真分析得出,天线在31.0 GHz～36.5 GHz频带范围内VSWR(电压驻波比)≤2,相对带宽达到16.4%,增益达到20.28 d B,-60°～60°扫描范围内具有良好辐射特性。该天线具有小型化、易于集成、制造简单等优点,可用于多种通信系统中,应用前景良好。     

扇面波导连续长槽宽带天线

介绍扇面波导宽曲面上连续长槽天线,终端接匹配负载。导出了辐射槽的衰减系数和长槽任意点偏离波导宽面中心线的距离公式,并用于设计Ｘ波段长的连续曲线槽天线,具有满意的性能,如全频带指标等。