萤火一号火星探测器深空天线设计技术

根据分系统指标需求,对萤火一号(YH-1)火星探测器天线设计进行了研究.给出了天线的功能与技术指标.介绍了对高增益天线、低增益发射天线与低增益接收天线的方案和结构设计.天线测试结果表明三种天线均满足指标要求.分析了材料选用等环境适应性设计.冷热交变、深冷低温及太阳照射等试验结果验证了设计的天线在深空探测环境中的可靠性和适应性.     

赋型天线反射面的成型质量检测与评价方法

针对赋型天线反射面的测量和精度评价提出了一种有效的数据处理方法,其基本原理是利用双三次插值拟合算法,将理论离散数据和测量离散数据拟合成两个用函数展开式表示的曲面,通过两个曲面上对应点的轴向误差来评价赋型反射面的型面精度,并通过推导离散点的轴向误差和均方根误差公式,建立了赋型天线反射面最佳拟合匹配的判据。     

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。     

一种伞状天线反射器型面热变形测量及分析模型在轨预示

文章详细介绍了在真空高低温环境下一种伞状可展开天线的型面测量过程。首先依据天线在轨热分析结果定义典型温度工况,然后采用红外加热笼与天线自身主动热控相结合的方法实现天线各部件不同温度的控温要求,并采用摄影测量方法测量典型极端工况下的天线反射器型面热变形。结果表明,测量值与试验前热变形预示结果一致性较好,证明天线热变形分析模型有较高精度。依据在轨热分析温度场计算天线在轨热变形,得到天线在最大温度梯度工况下的型面变化(RMS)最大为0.19 mm。     

大型深空测控天线副反射面控制技术

针对大口径、高频段深空测控天线主/副反射面变形引起的天线电性能下降问题,采用副反射面控制技术实现天线的电性能补偿。首先,在分析并联机构数学模型的基础上,结合并联机构坐标系定义,给出六自由度并联机构位姿的正、逆解;其次,根据变形后天线形状采用抛物面拟合法给出副反射面位姿与仰角的关系,这样在天线实时运动过程中,可根据仰角查找出副反射面位姿最佳工作点;最后通过六自由度并联机构正、逆解及控制算法控制副反射面到最佳位置和姿态上。理论分析和工程实践表明,副反射面控制技术通过控制副反射面中心到最佳焦点位姿上,可实现对天线电性能的有效补偿。六自由度并联机构控制具有自身承载力强,位置、姿态控制灵活等特点,适合于大型天线副反射面实时精密控制。     

压电智能反射面静态形状控制与作动器位置优化

为了提高反射面的精度,建立了压电智能反射面的形状控制模型,对该结构的力学建模方法、形状控制方法和作动器优化配置算法进行了研究。首先,将蜂窝夹层结构的压电智能反射面等效为多层复合板,根据虚功原理推导了结构的有限元方程。然后,根据建立的有限元方程,推导了反射面变形的均方根误差与作动器控制电压的关系式,以均方根误差最小为优化目标,建立了形状控制优化模型,将作动器控制电压的优化转化为约束优化问题的求解。最后,采用模拟退火算法对压电作动器进行了优化配置。为了验证形状控制的可行性及优化算法的有效性,以300mm口径的平面压电智能反射面为例进行仿真,分析结果表明,通过压电作动器的控制,可以使反射面的重力变形误差减小97%以上,对于给定数目的作动器,通过模拟退火算法优化,可使其布置在最佳的位置。     

“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。     

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...     

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、加工难度的增大和展开可靠性的降低.在曲线边界所围区域中对金属网施加横向集中载荷,可以缓解反枕效应的影响,但由于金属网的薄膜特性,载荷施加点附近的曲面仍为负高斯曲率曲面,使的反射面型面精度的改善受到限制.文章研究一种具有一定弯曲刚度的薄膜材料,力求使用较少的牵引点达到良好的型面精度.分析采用弹性力学和板壳理论的基本理论,首先建立圆薄板在横向受到轴对称载荷作用下的变形方程,结合边界条件求出挠曲线的精确解析解.改变薄板的弯曲刚度,研究不同弯曲刚度的圆薄板在不同载荷分布下的挠曲线,并与标准抛物线进行比较.研究结果对提高网状可展开天线型面精度提供了一种新的选择.