高效率凸变形面天线结构优化设计

本文通过结构变形对天线电气性能影响的分析,拓广了保型设计和最佳匹配设计思想,提出和构思了凸变形面天线结构的构造方案,配合运用考虑绕射效应的指向角上副面形状予优设计方法,实现了双反射器天线的高效率设计。这一方法计算精确,效果明显,所构造的结构简单易行,对中小口径天线尤为适用。通过对五米天线的探讨,证明具有实用意义。     

太赫兹冰云成像仪结构设计及耦合分析

太赫兹频段的微波探测仪对冰云的有效探测将极大地促进全球和局部气候研究,但成像仪内部空间狭小,结构设计难度较大,且单机布局紧凑、功耗较大,太空环境与太阳直照会使天线反射面结构变形,从而影响载荷电性能。文中对成像仪系统进行了详细的结构设计,运用有限元软件验证其在各试验工况下的力学特性,并对载荷温度进行在轨计算,将温度数据映射到模型中进行热变形计算,将结构热变形数据代入Grasp系统仿真。通过耦合分析,评估天馈系统结构热变形对其电性能的影响,结果表明电性能指标均满足设计要求。     

电性能仿真平台及其在大型面天线机械结构设计中应用

大型面天线在工程中有着广泛应用,其机械设计与电气设计是分开进行的。天线结构设计人员由于不了解电磁理论,只能依靠经验设计天线机械结构,来保证天线满足电气设计人员提出的精度指标。结果是生产周期很长,成本浪费严重。因此,有必要建立天线电性能仿真平台。在设计天线虚拟电子样机之后,通过该平台来计算天线电性能,判断天线结构是否满足要求。工程中应用此平台,将使结构设计人员提高天线设计与制造效率,减少次品率,降低天线设计与制造的成本。     

金属桁架式天线罩结构变形对系统电性能的影响

针对金属桁架式天线罩在载荷下的结构变形对系统电性能影响的问题,分析天线罩在载荷作用下的变形,针对变形的蒙皮和桁架,将天线电磁波透过蒙皮后的透射场与桁架产生的散射场相叠加,得到变形罩体下的天线远场,在此基础上分析变形天线罩对系统电性能的影响。通过某20 m金属桁架式天线罩进行数值仿真,结果表明变形对系统电性能的影响显著,且罩体的厚度越大、频率越高,变形引入的影响越大,在此基础上分析天线罩结构变形对系统电性能的影响机理,指出较大变形下系统电性能没有剧烈变化的原因,并提出可以真实反映电性能变化程度的天线罩变形描述方法。     

基于有限元方法的25m天线座架结构热特性分析

通过对南山站太阳照射情况的研究,借助有限元分析软件得到天线座架在太阳照射作用下的瞬态温度场分布和热变形情况。建立天线有限元模型,计算在夏至日晴天无云情况下天线受太阳辐射、空气对流和周围环境长波辐射等边界条件下天线座架在不同时刻的热流密度曲线及温度分布;并对温度场分析结果与座架结构做热-结构耦合分析,得到天线座架的热变形分布。结果表明:在太阳照射作用下,不同时刻座架结构中各条梁的温度变化较大;同一时刻不同的梁的温度分布也有明显差异,最大温差可达9℃;热变形量的RMS最大可达1.8 mm,严重的影响到天线的指向。     

相控阵天线碗状变形对其辐射性能的影响分析

如何快速而准确地评估天线阵面结构变形对电性能的影响是工程上亟需解决的关键问题。文中根据某大型相控阵天线设计了3种规格的阵列天线,按照典型的天线阵面碗状变形,分别采用HFSS数值计算方法和有源阵元方向图（Active Element Pattern, AEP）计算方法计算阵元Z向误差和指向误差对电性能的影响。结果表明：当Z向偏差小于λ/20（λ为波长）时,碗状变形对副瓣电平和波束宽度的影响显著,对增益影响较小;当Z向偏差增大到λ/20时,天线增益明显恶化;随着阵元规模的增大,得益于阵元互耦效应,碗状变形对电性能的影响减弱。AEP计算方法忽略了阵元方向图的差异性及互耦效应,导致其计算精度不如HFSS数值计算方法的计算精度高,特别是副瓣计算结果差异明显。该研究可为相控阵天线结构设计参数的确定提供指导。     

机载振动对共形阵列天线电性能的影响

环境载荷严重影响共形阵列天线的电性能,对研究和发展高性能共形天线而言,环境载荷是一个不容忽视的问题。文中从变形面的拟合出发,提出了一种变形后天线电性能的计算方法,利用此方法计算随机振动下共形阵列天线的电性能,分析随机振动对共形阵列天线电性能的影响。文中所提方法与结论可为工程技术人员设计高性能共形天线提供参考。     

动载荷对结构功能一体化天线力电性能的影响

结构功能一体化天线是将集成微带天线阵列的射频电路嵌入到武器平台结构中,它既可作为力学承载的蒙皮结构,又可作为收发电磁波的微波天线,在未来飞行器中具有巨大的应用前景。针对服役中的结构功能一体化天线力电性能演化问题,通过分析结构变形与天线电性能的影响关系,利用相位差建立动载荷作用下结构功能一体化天线的机电耦合模型,利用最小二乘支持向量回归对结构变形的数据拟合来获得结构变形下的电性能。通过研制的2.5 GHz结构功能一体化天线试验装置,验证了机电耦合模型的正确性。利用验证后的耦合模型,通过数值分析获得了动态载荷对结构功能一体化天线力电性能的影响规律,其结果表明,动态载荷下天线结构变形会影响天线的主波束方向、增益和副瓣。     

大口径高精度星载天线的热变形优化设计与仿真计算

大口径高精度星载天线在轨运行时,受太阳辐照、进出地影或遮挡影响,会周期性经历各种极端温度环境,导致天线的型面恶化和指向偏差。基于此,进行了某大口径高精度星载天线的热变形优化设计与仿真计算,首先针对高精度天线的结构组成特点,开展热变形影响分析,找出部件变形对天线型面和指向的影响机理。随后,给出了天线型面误差和指向误差的计算方法,研究了天线在轨温度变化情况及温度与热变形的评价关系。通过天线热变形误差敏感性分析,找出了影响天线热变形的关键因素,并在此基础上开展了热变形优化设计。最终的电性能仿真结果显示,在三个特征频率下,天线实际相位中心与理论相位中心偏差很小,均在允许偏差范围内,验证了热变形优化的有效性。     

机载天线动态变形实时测量与补偿方法

针对高精度机载天线结构变形对电性能的影响,提出了天线动态变形实时测量并补偿的方法。针对该机载天线的高角度、实时、测量空间狭小的测量要求和难点,提出了采用基于光纤光栅传感器进行应变测量的方法,同时对该测量方法的原理、搭建过程进行了说明,并通过测试试验对其进行了验证,试验结果表明:该测量方法能实时获得机载天线由于风载、温度等造成的结构动态变形,并且可以在此基础上进行该天线的电性能畸变的实时补偿。     

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...     

大型反射面天线变形补偿技术研究进展

随着大口径、高频段反射面天线的应用,由重力、热和风等因素引起的主反射面变形会导致天线性能明显下降.如果合理的天线设计还不能满足性能要求,需采用补偿方法来提升天线性能.文中综合介绍了常见的两种补偿方法:机械补偿方法和电子补偿方法.通过对各种方法的总结来展望未来大型高精度天线补偿技术的发展方向.     

某星载反射面天线结构设计

反射面天线结构是天线电气性能实现的载体和保障。文中详细阐述了某星载反射面天线的结构设计要点,重点论述了碳纤维复合材料反射面的具体结构形式和反射面及背筋的详细结构设计。建立了天线的有限元模型,进行了模态分析、正弦振动仿真分析、热变形分析。仿真分析和振动试验结果表明：该天线有足够的刚强度,满足设计要求。研究结果可以为星载反射面天线结构设计提供工程参考。     

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。     

一种星载相控阵天线的热设计研究

随着技术的发展,相控阵天线在星载平台得到越来越多的应用,其电磁指标要求也越来越高。天线的高电磁指标对结构的刚度、轻量化和高效散热设计参数提出了严苛的要求。星载相控阵天线一般安装在航天器的外表面,深冷空间及太阳辐射等空间环境对其温度影响巨大。文中对一种星载相控阵天线的热设计进行了研究,根据热设计输入对相控阵天线的散热方案、热管选型和热控措施进行了分析,通过仿真、试验验证了热设计的合理性。     

某带罩反射面天线刚强度性能试验设计与验证

文中以某带罩反射面天线为研究对象,设计了模拟复杂环境载荷的曲面天线刚强度性能试验,通过风洞试验验证了设计试验的可行性,为电子装备的安全服役提供保障.文中重点讨论了复杂曲面天线模拟风载的近似加载方式和刚强度性能试验分析方法.最后,对比了模拟风载和风洞试验形变测试结果,发现两种试验方法的最大误差在6％以下,证明了实验室模拟...     

星载薄膜反射阵天线机电耦合模型及其应用

薄膜反射阵天线面密度低、收纳比高、电设计自由度高,在实现星载天线“高增益”、“轻巧化”的要求上有巨大的优势。但目前还没有在轨使用的大口径薄膜反射阵天线,主要是因为薄膜在空间热环境、光场、电磁波辐射、粒子辐照、重力梯度等多物理场中容易产生大变形与振动,严重影响天线的电性能。为验证大口径薄膜反射阵天线在空间大规模运用的可行性,建立了薄膜反射阵天线的机电耦合模型,研究了反射阵单元误差和馈源误差对天线电性能的影响,分析了薄膜反射阵天线形变与振动对增益和副瓣电平的影响,为薄膜反射阵天线的在轨误差分析提供参考。     

大型空间可展开天线的研究现状与发展趋势

文中较为系统地介绍了国内外大口径星载可展开天线研究的现状及其未来发展趋势,内容涉及网状、薄膜、微电子机械、固面、充气等不同类型天线.对应用广泛的大型索网天线,阐述了数字化建模、网状找形找态、多态动力优化、多柔体动力学分析与展开过程控制、展开可靠性分析、在轨热分析与控制、形面调整与测试、机-电-热场耦合建模与电性能分析等模型建立、分析与设计方法以及针对星载可展开天线分析与设计的知识型设计软件与综合设计支撑平台等.此外,对正在研制与在轨服役的星载天线也作了简单介绍.     

大型索网反射面天线空间动力学分析

大型可展开索网反射面天线是目前较为理想的天线结构形式.由于其自身的结构特点以及复杂的空间环境因素,天线在运行时易产生大幅度振动变形,严重影响卫星的稳定运行.文中以某星载大型可展开索网反射面天线为切入点,对其进行了空间动力学分析.针对天线与中心刚体之间的多体动力学刚–柔耦合问题,首先根据模型分析参数建立了卫星–天线–太阳...