混合面板反射面天线促动器布局与结构优化设计

文中针对大型主动主反射面天线在满足工程精度要求时存在形面精度冗余和成本高昂的问题,提出一种主动面板和非主动面板混合安装的反射面天线设计思想。首先,基于反射面变形区间安装主动面板和非主动面板,分析混合面板反射面天线的形面调控策略;然后,分别以天线质量为约束、以天线形面精度为目标以及以天线形面精度为约束、以天线质量为目标进行天线结构优化设计。结果,某35 m反射面天线在满足精度要求的情况下背架结构质量下降了20.4%,在满足背架结构质量要求的情况下形面精度提升了18.7%。这充分证明了该设计思想在大口径、高精度反射面天线设计中的可行性和有效性。     

星载可展开网状天线制造技术研究

星载雷达一般采用可展开天线,其中网状反射面天线具有质量轻、收纳率大、展开可靠性高等优点,成为星载可展开天线最常用的形式。对星载可展开网状天线的国内外研究现状进行了介绍,对金属网面的成型、铺设、精度调整、测量等关键制造技术进行了分析研究,为后续开展大型网面式可展开天线的研制提供技术支撑。     

网状可展开天线两种网面成形方式分析

网状可展开天线的关键特性之一是天线反射面的成形方式,它体现了天线的主要特点,决定了天线的性能与应用。文中分别就径向肋天线与周边桁架天线两种成形方式的面精度、质量、面精度调整及在轨的稳定性等关键特性作了较深入的分析与讨论。     

网状可展开天线反射面精度调整技术研究

给出了改进型周边构架式空间网状可展开天线的具体结构方案,利用权因子法对辅助牵引面式网面精度调整技术进行了理论分析及调整方法研究。给出了网面精度调整的基本理论、公式以及调整步骤,在此基础上提出了型面精度优化的数学模型,并利用单纯形法进行了优化。利用ANSYS软件建立了相应的反射面精度调整模型,并进行了调整计算;证明了所提出的方法是正确性及所给天线的结构方案的合理性。     

5.5 m车载测控雷达天线自动收展的实现与面精度仿真

为了改善车载测控雷达天线的机动性,提高作战效率,满足装车运输规范及降低劳动强度,文中对测控天线反射体进行合理分块,在面板之间设计折叠机构,布置展开到位高精度定位机构。反射体左右面板旋转180°,左右面板中的两侧边块旋转30°,然后整个面板翻转55°;前后面板旋转33°,副面旋转158°,多次折叠后满足铁路和公路运输要求。同时采用力学仿真与优化以确保反射面面精度,面精度均方根值优于0.8 mm。改变了深反射面车载测控雷达天线仅可通过拆装实现转场的现状,实现了天线的自动收展。     

高刚重比天线结构刚强度优化设计与分析

天线的发射和接收性能取决于反射面的形面精度,而结构刚强度是决定天线反射面形面精度的主要指标,因此对天线结构进行优化设计非常必要。文中提出了一种具有高刚重比的车载天线结构,采用ANSYS有限元分析软件对天线自重、抗风载荷和振动载荷性能进行了力学仿真分析。仿真结果表明,井形背架结构和桁架形背架结构均可为反射面提供高刚度的结构支撑,桁架形背架结构在强度方面优于井形背架结构,其最大应力值比井形背架结构的最大应力值小43.8 MPa,从而验证了该高刚重比车载天线结构优化设计的合理性和可靠性,可为同类型天线的设计提供理论支撑。     

空间可展开天线结构的研究现状与展望

对国内外可展开天线的研究现状进行了综述,分别对固体反射面可展开天线、充气式可展开天线和金属网面可展开天线的优缺点进行了分析,然后指出了我国在可展开天线结构方面的研究进展.最后,结合航天科技的发展趋势,提出了未来可展开天线的研究方向,旨在为我国可展开天线的研究提供借鉴与参考.     

六棱柱模块化可展开天线索网结构设计与分析

为更好地研究天线索网结构对展开态形面精度的影响机理,针对六棱柱模块化天线构型,提出一种六边形索网结构高精度几何设计方法。首先,根据支撑结构特点、工作波段及天线形面方程等参数,开展了天线索网构型设计,建立了形面精度与索长、索段等分数间的参数化模型,并基于机器人学齐次坐标变换理论,建立了考虑悬垂效应的边界节点数学模型;其次,以实际应用工程案例作为比较,对上述模型进行了验证,并在六棱柱单模块样机上对索网结构进行了实物研制,对误差进行了分析与研究;最后,开展了多参数影响分析,研究了展开口径、抛物面方程、网格密度等参数对形面精度的影响规律。研究结果表明：索段实测绝对误差均值约为4.9 mm,相对误差均值约为3.38%,实测值与理论值吻合良好;索网形面误差减小的趋势随着索段密度的增加相对变缓;采用增大反射面焦距、降低天线口径等方式可有效改善索网精度。该研究可为后续索网结构找形分析、形面精度调整及同类天线索网结构的研究等提供借鉴与参考。     

基于Bennett衍生机构的固面可展开天线设计

固面可展开天线因具有型面精度高和工作频带宽的优点,被广泛应用于无线通信、深空探测和军事侦察等领域。为提高固面可展开天线的收纳比、同步性和展开可靠性,文中基于Bennett衍生机构开展了固面可展开天线的设计研究。首先,提出了一种天线展开方案,设计了反射面划分参数化计算流程。其次,引入四元数将反射面的双正交旋转轴等效变换为单旋转轴,采用Bennett衍生机构驱动该旋转轴,实现固面天线的展开与收拢。该研究结论为固面可展开天线的设计提供了技术参考。     

六棱柱模块化可展开天线形面精度分析

针对空间可展开天线大型化、模块化、高精度化发展趋势,提出一种六棱柱模块化空间可展开天线支撑结构形面精度分析模型.阐述了六棱柱模块化空间可展开天线的结构组成,分析了六棱柱模块化结构的拓扑规律.基于等包络圆思想及机器人学基本理论,提出了点面法和两点法2种包络圆数学建模方法,并由此建立了等包络圆交点数学模型及肋单元夹角数学模型,进而构建了用于六棱柱模块化可展开天线支撑结构形面精度分析的数学模型.最后,采用数值仿真与试验验证相结合的方式对建立的模型进行了验证.仿真及试验结果表明:包络圆能紧密地贴合在球面上,与球面吻合良好;数值仿真模型状态下,六棱柱模块间实现了准确连接;试验中特征点的绝对误差主要分布在5～10 mm,相对误差主要集中在0.05％～0.1％,肋单元夹角绝对误差多分布在0.05°～0.1°之间,表明测量值和理论值间偏差较小、吻合较好.所提出的形面精度分析模型能够求解出所有模块连接点的空间坐标,为超多模块可展开天线形面精度的分析及研究提供了理论基础.     

Effect of Facet Displacement on Radiation Field and Its Application for Panel Adjustment of Large Reflector Antenna

Large reflector antennas are widely used in radars, satellite communication, radio astronomy, and so on. The rapid developments in these fields have created demands for development of better performance and higher surface accuracy. However, low accuracy and low efficiency are the common disadvantages for traditional panel alignment and adjustment. In order to improve the surface accuracy of large reflector antenna, a new method is presented to determinate panel adjustment values from far field pattern. Based on the method of Physical Optics (PO), the effect of panel facet displacement on radiation field value is derived. Then the linear system is constructed between panel adjustment vector and far field pattern. Using the method of Singular Value Decomposition (SVD), the adjustment value for all panel adjustors are obtained by solving the linear equations. An experiment is conducted on a 3.7 m reflector antenna with 12 segmented panels. The results of simulation and test are similar, which shows that the presented method is feasible. Moreover, the discussion about validation shows that the method can be used for many cases of reflector shape. The proposed research provides the instruction to adjust surface panels efficiently and accurately.     

主动主反射面天线促动器调整量计算与误差分析

主动主反射面天线通过调整安装在面板下方的促动器来提高表面精度,现有的促动器调整量计算方法多数忽略了面板弹性变形对调整精度的影响。文中通过力学仿真模拟来表征促动器调整过程对面板自身弹性变形的影响。首先,构建单块反射面面板变形拟合模型,并对拟合模型的权重进行优化,进而推导出整个反射面的变形拟合模型;其次,考虑到实际工程中相邻面板共用促动器,因此对促动器编号进行归并,进而推导出相邻面板共用促动器时促动器最佳调整量的计算模型。为了验证面板变形拟合模型的计算精度,分别从拟合模型的变形表征能力和促动器调整量的计算精度两个方面开展仿真验证工作,并从促动器调整误差和促动器故障两个方面分析促动器调整误差对反射面调整精度的影响,为工程中评估促动器调整精度提供参考。     

70 m天线反射体的安装与测量

随着射电望远镜频段的提升,天线口径越来越大,主反射面精度越来越高,对天线安装的要求也越来越高.文中以70 m天线反射体的现场安装为研究对象,对比分析了70 m天线与国内外其他大型天线反射体在结构上的区别,按安装工艺流程对该反射体的安装过程进行了阐述,并介绍了它的安装及测量方法.通过设计使用工装解决了大型球节点式桁架结构...     

70m大型天线反射体整体吊装变形控制方法

文中主要研究70 m大型天线反射体整体吊装变形对反射面调整精度的影响.参考国内外典型项目案例,结合该项目的具体特点,采用适当方法对70 m大型天线反射体整体吊装变形进行了力学分析.合理设计现场吊装挂绳方案并采用相应的检测调整手段,控制天线反射体吊装受力和变形情况.采用该方法,天线反射体的变形得到了有效控制,反射面精度达...     

轻量化高精度反射面天线保型设计与动静态特性分析

为满足某型号工程的测控需求,设计了一种新型轻量化高精度反射面天线,满足天线系统高精度、轻量化、过顶跟踪的要求。基于三自由度调整方法和天线反射体轻量化技术,采用面板整体互连的结构保型设计方案,有效减轻了天线反射体的整体质量,达到了较高的天线主面再装精度。基于ANSYS有限元分析软件,对天线反射体进行静力特性分析、面形精度分析、安全性校核,结果表明在典型俯仰角下,天线主面精度及承载能力满足要求。通过动态特性分析,得到了天线反射体的各阶固有频率和振型。经过天线主面精度测试和系统指标实测,确认天线的各项指标满足要求,并且可以实现对低轨卫星的稳定跟踪。     

500m口径球面射电望远镜瞬时抛物面拟合精度的预估与改善

依据500m口径球面射电望远镜(FAST)主动反射面工作原理及相关结构尺寸,基于反射面单元动态面形精度分析研究了FAST瞬时抛物面的拟合精度。首先,以反射面单元为研究对象,自节点开始推导考虑了机构运动的反射面单元动态面形精度计算方法。然后,提取不同区域19块反射面单元的各自9种初始面形工况,给出了分析算例。最后,基于单元动态精度特性,提出瞬时抛物面机械本体拟合精度及考虑馈源照明函数的半光程差拟合精度预估方法,并给出2种改善措施,即扩大可控区至300m抛物面外一层节点靶标,及抛物面周圈节点靶标向球心、中心反向各自偏移4mm。结果表明:反射面单元初始面形应优选面形精度RMS为2mm的波浪式面板。改进控制策略后机械本体拟合精度提高至RMS为3.938mm,优于RMS为5mm的设计指标,此时半光程差拟合精度RMS为0.629mm。该项研究对确定反射面单元初始面形及调节瞬时抛物面拟合精度很有意义。     

Two-step Structural Design of Mesh Antennas for High Beam Pointing Accuracy

A well-designed reflector surface with high beam pointing accuracy in electromagnetic performance is of practical significance to the space application of cable mesh reflector antennas. As for space requirements, circular polarizations are widely used in spaceborne antennas, which usually lead to a beam shift for offset reflectors and influence the beam pointing accuracy. A two-step structural design procedure is proposed to overcome the beam squint phenomenon for high beam pointing accuracy design of circularly polarized offset cable mesh reflectors. A simple structural optimal design and an integrated structural electromagnetic optimization are combined to alleviate the beam squint effect of circular polarizations. It is implemented by cable pretension design and adjustment to shape the offset cable mesh surface. Besides, in order to increase the efficiency of integrated optimization, an update Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno (BFGS) Hessian matrix is employed in the optimization iteration with sequential quadratic programming. A circularly polarized offset cable mesh reflector is utilized to show the feasibility and effectiveness of the proposed procedure. A high beam pointing accuracy in order of 0.0001º of electromagnetic performance is achieved.     

光电跟踪系统Φ1000mm主镜的装调

1 000mm口径主镜的光机装调质量直接影响望远镜光学系统的成像效果。为了改善大口径光电跟踪系统的成像质量,本文对主镜的装调技术进行了研究。首先,对影响主镜面形精度的误差进行分配;其次,结合具体的主镜支撑结构的形式,采用典型装调方法对800mm口径主镜进行详细的装调研究,实时测得主镜的面形精度;最后,综合分析产生装调误差的来源,提出了一种加工、检测、装调一体化的高精度装调方法。该方法使得1 000mm主镜在装调后的面形精度波像差RMS值达到了λ/40,在提高装调质量的情况下显著提高了装调效率。