星载可展开天线结构现状与发展

根据各种卫星不同的使用需要,星载可展开天线结构形式繁多,其分类方法也各不相同,根据星载天线反射面结构形式与天线展开驱动力的不同,对空间可展开天线结构的现状进行了比较系统的分析论述,并在此基础上,探讨了星载天线未来的发展趋势.     

有源相控阵天线结构仿真分析

针对当前有源相控阵天线设计过程中亟需进行合理的结构力学仿真,以确保天线的环境适应性要求、精度以及刚强度性能的问题,分别对天线结构力学仿真、有限元模型修正和结构优化分析过程进行了分析。结合舰载、机载、车载、星载等不同雷达天线结构的特点,阐述了未来雷达天线结构力学仿真的重点在于强冲击、振动疲劳、动态载荷等作用下的天线刚强度分析,以及天线系统功能一体化优化设计;利用两个工程设计案例,讨论了有限元模型修正以及结构尺寸优化在有源相控阵天线结构设计中的应用效果。研究结果表明:对有限元模型进行适当的修正,可显著提高相控阵天线力学仿真的精度;通过对天线结构进行尺寸优化,能够在确保天线力学性能的前提下实现轻量化。     

有源相控阵天线集成设计

轻薄化、可扩展与低成本是现代有源相控阵天线的主要发展目标,集成化设计是实现这些目标的重要技术方法.针对高频段有源相控阵天线的基本特点,介绍了有源相控阵天线集成设计的基本概念.结合典型的应用实例重点研究了集成设计方法在有源子阵集成和天线结构框架集成上的应用,同时指出了存在的技术难点.最后介绍了有源相控阵天线集成技术的发展方向:微系统集成技术,并指出了其中的关键技术.     

毫米波有源相控阵天线热设计

针对高功率毫米波有源相控阵天线的热设计问题,研究了一种理论估算和热仿真的方法。通过对某天线热设计,分析结果表明,优化流道布局和流道形状可以有效地解决这类电子设备的热设计问题。最后经过实物试验的验证,证实了该方法的可行性。     

风冷有源相控阵天线热设计

T/ R 组件作为天线阵面的主要热源,其最高温和均温性控制是有源相控阵天线热设计的核心内容。文中针对某风冷相控阵天线的热控设计要求,从规划和控制各级传导热阻、接触热阻和对流热阻的全新视角分析了天线阵面的热设计过程,通过仿真对设计进行了优化,并对系统的设计结果进行了热测试,验证了该方法的可行性。     

一种新型有源相控阵天线结构方案

为满足高性能有源相控阵天线的新要求,文中提出了一种具有索桁组合背架与并联驱动装置的创新结构设计方案。建立了该结构方案的有限元模型,通过施加自重、温度、风等外载荷,对天线结构进行了静力学分析。以阵面自重最优为目标,应用序列线性规划法,通过优化索、杆截面尺寸,得到了一组结构方案。与传统方案相比,新方案在保证阵面精度的前提下,型面变形得到了改善,背架总重减少约40%。     

空间可展开网状天线网面材料的性能研究

网状天线以其重量轻、折收体积小等特点在空间大型可展开天线的研制方面得到了越来越广泛的应用。用于网面材料的特种金属丝网布是制作网状天线的关键基础材料之一。根据星载可展开天线的结构特点和空间使用环境条件,对网面材料的各种性能要求进行了较为系统的研究和分析。     

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。     

基于滤波的柔性可展开天线展开过程控制方法

针对大口径可展开天线中柔性因素带来的展开过程振动问题,提出一种基于滤波的解耦控制方法。利用瑞利—里兹法构造的假设位移场对变形体进行离散,结合拉格朗日方法建立天线的展开过程多柔体动力学模型。根据动力学分析和展开轨迹的谱分析结果,应用低通滤波器将天线运动反馈分解为纯刚体运动和由柔性因素引起的振动两部分。基于机构的瞬时结构分析,将机构基频与结构基频的概念联系起来,并确定滤波的截止频率。针对两部分反馈信号的特点,分别设计刚性控制器和柔性控制器。刚性控制器保证天线按照预先设计的轨迹展开,柔性控制器用于抑制柔性振动产生的影响。讨论两组控制器增益参数的耦合关系,并基于信号能量相关性分析提出控制器增益参数选取的准则。仿真结果说明该方法的可行性和合理性。     

索网式星载展开天线结构纵向调整索数及其初始张力的优化

针对星载可展开天线的特殊要求,对索网式展开天线结构的初始设计进行优化研究。以上、下索网之间的纵向调整索数与索张力为设计变量,表面精度与纵向调整索数为目标,应力和频率为约束条件,建立双目标优化数学模型。由于传统的优化方法难以求解高度非线性的、具有混合变量的双目标优化问题,故采用遗传算法进行求解。优化取得了满意的结果,验证了模型与方法的可行性与有效性。     

微电子机械系统在相控阵天线中的应用

主要讨论了微电子机械系统(MEMS)在相控阵天线中的应用。在介绍用MEMS开关器件实现的移相器、无源微波传输线、可转动天线单元等之后,重点讨论了微电子机械天线(包括宽频带、多频段可重构天线孔径)。     

一种有源相控阵雷达天线环控系统的设计方法

有源相控阵天线中最主要的热源是T/R组件及其供电电源,其散热问题可通过液冷或风冷方式解决。在采用液冷散热方式的有源相控阵天线中,除T/R组件及电源外,单元控制器、高频接收机以及功分网络等分散分布的低功耗组件也应有相应的散热系统,称之为环控系统。文中将天线框架左右侧边梁的中空夹层分别作为送风静压腔及回风腔,并基于全面孔板送风原理,计算出左边梁侧板的开孔尺寸及数量,再通过合理规划风的流动路径完成有源相控阵雷达天线环控系统的设计。以某有源相控阵雷达为例,利用热仿真分析软件并结合工程实际,对其散热模型进行了仿真分析,得到了天线框架内各低功耗器件的表面温度分布图。结果表明,各热源最高温度满足使用要求,从而验证了该环控系统设计方法的正确性与有效性。     

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。     

有源相控阵天线服役性能调控技术进展与挑战

有源相控阵天线广泛应用于地面防空、机载火控、弹载制导、空间通信、电子侦察、气象导航等领域,是未来雷达技术发展的主流。天线在服役过程中不可避免地会受到复杂环境载荷作用,使阵面产生难以预知的结构变形与馈电误差,导致阵元位置偏移、指向偏转、阵元间互耦改变等,最终严重恶化天线的电性能。为此,文中归纳了陆、海、空、天不同服役场景下的环境载荷因素,厘清了稳态载荷、瞬态载荷对天线性能的影响机理,总结了天线阵面形变与馈电系统误差监测方法,进一步从结构补偿、电子补偿两方面给出了天线性能调控关键技术,并探讨了有源相控阵天线服役性能调控未来的研究方向与挑战。     

大型相控阵雷达阵面吊装设计

大型相控阵雷达阵面造价昂贵、研制周期长,其吊装的安全性、可靠性要求很高,制定合理的吊装方案、设计适合的吊具以确保吊装施工安全极为重要。针对某大型雷达阵面研制过程中的吊装,介绍了其吊装方案设计和吊具设计,并就吊具结构设计进行了计算分析及优化。文中所述的吊装方法和吊具有效地保证了该雷达阵面的安全吊装,为类似产品的吊装提供了参考。     

大型相控阵雷达阵面平面度测量方法研究

阵面平面度是天线阵面设计的关键指标,其准确测量是指标校核的重要手段。文中从大型相控阵雷达的阵面平面度的测量需求出发,分析了现有常规测量手段在各型雷达中的适应性,并结合工程实际应用阐述了各方法在实际测量中的关键点,为同类应用时方法的选取和使用提供了依据。同时,针对现代大型相控阵雷达的设计特点,提出了平面度测量的未来趋势。     

大型相控阵天线模块化设计

大型相控阵天线设备量大、系统复杂,因而具有研制周期长、成本高、使用维护复杂等特点。传统的设计方法已难以满足阵面设计的要求,进而在阵面设计中发展并广泛采用了模块化设计思想。模块逐渐从结构性模块发展到功能性模块,目前已基本实现了大型相控阵天线的模块化设计。文中以2个大型相控阵天线阵面为例,详细介绍了模块化设计的巨大优势,并提出了相控阵天线模块化设计需要继续深入开展的工作。