静电成形薄膜反射面天线的裁剪设计

该文通过裁剪和拼接平面薄膜片来对静电成形薄膜反射面天线的表面进行设计制作。由于抛物面型薄膜反射面是一个不可展开表面,通常由许多平面薄膜片制作而成,将不可避免地降低反射面表面的精度。因此,需要详细地分析裁剪和拼接过程对反射面表面精度的影响,从而获得设计需要的表面精度。该文基于旋转抛物面的无矩理论建立了工作状态的反射面模型,采用常应变三角形单元离散反射面,建立了反射面的展平和拼接有限元模型。将同口径反射面沿经线划分若干组不同数量子曲面,通过子曲面进行展平和拼接数值仿真分析,对薄膜反射面进行裁剪设计。最后,制作了0.55 m口径的薄膜反射器,并进行了摄影测量实验。验证了该方法的有效性,并讨论了制造误差的影响。

基于数据驱动的FAST主动反射面调节优化模型

针对500 m口径球面射电望远镜(five-hundred-meter aperture spherical radio telescope,FAST)的主动反射面调节问题,利用旋转抛物面在三维空间中的定义建立了一个对任意天体角度均适用的工作抛物面方程,该方法不同于以往的坐标旋转的方法。利用反射面板重心点作为反射点,将反射接收比定义为能把光线反射到馈源舱被其接收的面板数量与300 m口径工作抛物面下总面板数量的比值。结合主索节点径向伸缩距离、边界平稳过度和邻接距离变化幅度三个约束条件,以接收比最大化作为目标函数,建立了一个工作抛物面优化模型,并利用节点数据和模拟退火算法对其进行求解,得到了工作理想抛物面。选用两组天体角度进行实例分析,结果显示调节后的接收比增大12.82%,并给出了工作主索节点的部分径向调节方案。本研究为FAST对于任意天体角度的变形提供了一种新的建模方法,也对馈源舱反射接收比提出了一种新的计算方式。

基于目标优化模型的“FAST”主动反射面的形状调节

文章主要研究在约束条件下,如何调节反射面使其尽可能达到理想抛物面的问题。首先通过空间解析几何理论,将三维空间转化为二维空间,建立优化模型;然后通过坐标变换,求解出理想抛物面,并计算出了需要调节的面板和促动器伸缩量;最后通过检验,验证了模型和结果的正确性。

用FDTD和物理光学混合法分析毫米波抛物面天线

抛物面天线通常的分析方法是几何光学法和物理光学法 ,对于电大尺寸的抛物面天线这两种方法都可以得到较好的结果 ,对于电小尺寸馈源的抛物面天线 ,馈源方向图不仅取决于辐射器本身的辐射特性 ,其馈电结构对馈源方向图也有较大的影响 ,在此情况下 ,用上述方法得到的结果与实验结果之间有较大的误差 .利用FDTD可以把整个馈电结构纳入计算域中 ,得到辐射器完整的近区场 ,由等效原理可求出抛物面上电流分布 ,从而用物理光学方法计算抛物面天线远区场 .本文用这种混合方法分析计算了毫米波波导裂缝作为辐射器的抛物面天线 ,计算结果和测试结果相当吻合 ,证明了方法的有效性 .

高辐射效率超宽谱脉冲辐射天线的设计与实验

设计了一种采用共面TEM馈电结构的抛物反射面超宽谱脉冲辐射天线,分析了该种馈电结构的阻抗特性与辐射特性。实验表明当馈入电压为3kV、前沿180ps的超宽谱脉冲时,该天线主轴辐射场测试距离与峰值场强之积平均值达到18.3kV,相较于常用的TEM喇叭馈电的超宽带反射面天线,其辐射效率有了显著的提高。

高功率超宽带双馈源抛物面天线设计与仿真

各种超宽带(UWB)及高功率应用中对天线辐射功率及辐射方向性需求不同。针对增大抛物面天线主轴前向辐射功率及改善方向性等问题,提出了一种双馈源半抛物面脉冲辐射天线。通过对多种馈电方式进行仿真和性能比较,得到一种辐射性能相对较优的双馈源焦距内馈电方式抛物面天线。仿真结果表明:这种由两个TEM喇叭辐射单元同时向抛物面馈电构成的反射面天线可以在抛物面口径内进行功率合成,形成峰值功率更高的电磁脉冲,以改善天线主轴方向的辐射增益及方向性。

一种高功率共面馈电脉冲辐射天线的设计实验

设计了一种高功率共面馈电脉冲辐射天线。该天线馈源采用双组电大尺寸共面极板馈臂,将馈电点置于焦点处,与直径2.1m的抛物反射面相配合,实现超宽谱短脉冲的有效定向辐射。提出了一种由同轴输入到4端输出的高功率馈电巴伦,解决了高功率情况下同轴线到4馈臂共面馈电问题。对所设计天线进行测试实验,结果表明:在馈电脉冲宽度为450ps、峰值电压为142kV时,辐射因子达到800kV。

FDTD-TDEEC混合法计算抛物面天线远区辐射场

应用时域有限差分-时域等效边缘电流(FDTD-TDEEC)混合法计算脉冲辐照情况下大口径抛物面天线的远区辐射场,先使用FDTD方法计算抛物面天线馈源的近场,再根据基尔霍夫面积分表达式(KSIR),求出表面上任意点的场对抛物面天线口径边缘上场的贡献,并将此贡献看作是入射脉冲,使用TD-EEC方法计算抛物面天线的远区辐射场。给出馈源为偶极子的算例,所得计算结果与EEC方法的结果符合较好。数值计算表明,抛物面口径边缘的绕射对抛物面方向图的副瓣有一定影响。该方法具有通用性,可有效分析其它类型馈源的各种电大尺寸的单反射面天线的远区辐射场,包括馈源偏焦的情况。

色温星模拟器用抛物面离轴反射光学系统设计

为了在室内测试星敏感器对无穷远星光的跟踪能力,设计一款运用宽光谱色温光源通过平行光管来提供无穷远星光色温模拟的光学系统。该系统采用孔径离轴方式规避同轴系统存在的遮光比现象,主镜引用抛物面使得系统像质更加良好,同时结合楔形状半反半透型次镜解决了透射接收端的宽光谱消像散问题。设计指标要求为:工作波段400~900 nm,入瞳直径300 mm,焦距3150 mm,全视场角0.05°.实际测试结果表明:在次镜不引入非球面情况下,光学系统可实现反射端及透射端的传递函数均接近衍射极限;各视场的波像差均方根值均优于λ/30(λ为系统主波长),出射光平行度优于1″的指标要求。

抛物面索网天线的最佳型面设计方法

在太空无重力工作环境下,星载索网天线反射面由张紧的网格平面拼合而成。为尽可能降低天线索网型面的原理误差,提出一种新的索网型面生成方法。方法要求抛物面索网天线型面在天线光学口径面上的投影为正三角形网格,索网反射面的型面结点均取在与理想抛物面同轴且等焦距的某映射抛物面上,投影正三角形的边长由天线反射面的焦距及型面设计的原理误差要求确定,映射抛物面的具体位置由投影正三角的边长及反射面的焦距确定。以空间任意三角形与抛物面之间的轴向方均根误差计算公式的推导为基础,讨论在天线光学口径面上投影面积为定值的空间三角形与抛物面之间轴向方均根误差取得极小值的条件,得出抛物面索网天线型面在天线光学口径面上投影为正三角形网格时原理误差最小的结论。索网型面设计的算例结果表明所提方法有效、实用。

一种大型反射面天线面板测试与调整方法及其应用

针对大型抛物面天线反射面分块面板的特点,基于最佳吻合的概念,从机电耦合学科交叉的角度,研究了反射面分块面板的调整问题,推导出了靶标点与调整量之间的影响关系矩阵,给出了数值方法,研制了准实用软件.将程序软件应用于某实际天线中,收到了满意的结果.

宽频带双极化低副瓣偏馈抛物面天线

介绍了一种宽频带双极化低副瓣天线的设计、加工方法和测试结果。采用馈源偏置的方法来减小副瓣,采用波纹喇叭实现天线双极化的要求,并且采用双椭圆切割抛物面来增加天线的效率和减小方位主波束宽度。天线的理论分析与实验结果吻合较好,优于所需的技术指标要求。

赋形卡氏天线主面变形的副面实时补偿

针对赋形卡氏天线主面变形导致电性能变差的情况,提出了一种通过实时调整副面位置对其进行补偿的方法。根据最小二乘法对赋形主面的母线离散数据进行分段抛物线拟合,用得到的一组标准抛物环面对变形后的主面进行最佳吻合,同时限定各抛物环面满足同焦轴约束。通过优化计算得出主面吻合参数,再根据主副面的匹配关系,计算副面的空间位置调整参数。将各工况下的副面调整参数存入数据库,实时调用以补偿主面变形。对某64m天线进行了案例验证,得到了满意的结果。

具有主动主反射面的巨型球面射电望远镜

提出一种新颖的大球面射电望远镜的设计方案．以往球面射电望远镜的设计方案是利用各种复杂馈源系统，如Ａｒｅｃｉｂｏ三反射面系统来克服球差，而我们拟实时地改变被馈源照明的部分球反射面的形状以最大限度地拟合旋转抛物面，从而用传统的抛物面馈源照明来实现宽带与偏振观测．此设计有天空覆盖范围大及可实现独立多瓣观测等优点．文中还对５００ｍ口径的球面射电望远镜（曲率半径３００ｍ）以及３００ｍ可用口径的具体实例提出了实施方案．

重力作用下天线反射面变形及其调整角度的确定

以结构力学分析为基础,根据最佳吻合抛物面的概念,应用矢量叠加原理推导出了大型天线反射面重力变形随俯仰角变化的数学表达式。针对天线表面精度在某仰角调整好而在另一仰角变差的问题,给出了求解反射面精度最佳调整角的优化计算方法。通过分析某工程12m圆抛物面天线在多工况下的表面误差,及其与ANSYS软件计算结果的比较,证明了所推公式的正确性。数值计算结果表明:此方法能够得到合理的重力预调角。在工程上应用此方法设计和建造大型反射面天线,可提高反射表面的精度,改善天线系统的整体性能。

反射罩零件45°抛物面数控加工对刀方式

在数控加工中,设置正确的坐标系,通过对刀来获得工件坐标系原点的位置,是控制刀具正确的运动轨迹和保证加工质量的必要前提。本文以反射罩零件为例,探讨了在加工过程中工位转角后,其45°抛物面数控铣削加工的对刀原理和方法,创新提出了转角工位偏置计算间接对刀法,推导出工件坐标系原点的理论计算公式。最后运用加工中心(VMC850B)加工出反射罩的实体形状,通过与传统对刀方式的对比,表明偏置计算间接对刀法不仅提高了加工精度,还有助于提高生产效率,适用范围广泛。

一种新型双弯曲反射面天线

提出了一种新型双弯曲反射面天线,其双弯曲反射面的垂直面照射电平较低部分(此部分的中截线为抛物线)在垂直面起聚焦的效果,此部分反射面的反射波束的增益较高而满足使用要求;设计方法和计算结果一并给出,其中包括双弯曲反射面的解析表达式、垂直面照射电平从-3.39dB至-21.97dB之间的反射面在垂直面的聚焦效果。

任意空间位置雷达天线反射面拟合与评定技术

为测定空间一任意放置的抛物面形状的天线反射面及其形变量,提出了基于天线表面离散点坐标进行抛物面拟合及其误差评定的方法。论述了运用Jacob i变换方法来处理系数相关性问题,并探讨了将通用系数形式转化为标准旋转抛物面方程的方法,从而求得抛物面在空间的位置、方向和大小。阐述了一种新颖的基于迭代思想的抛物面误差评定方法。实验结果表明该方法拟合精度可达0.1%,适用性广。

TEM喇叭馈源与共面馈源脉冲辐射天线性能比较

在反射面尺寸一定的情况下,优化设计了TEM喇叭馈源与共面馈源脉冲辐射天线,并对比了两种天线的辐射性能。分析了反射面型脉冲辐射天线的工作机理,通过准静态近似,分别得到了两种天线的远区辐射场解析解。通过理论求解,得到了两种馈源在反射面口径造成的场分布,为天线结构设计提供参考。通过分析不同脉冲宽度时两种天线的辐射情况,比较了这两种馈源性能的优劣。完成了上述两种GW级高功率高效率馈源的研制,并开展了对比实验,实验结果与理论分析相吻合。

毫米波多波束抛物面天线分析和设计

首先应用FDTD对毫米波多波束波导裂缝馈源进行分析计算 ,讨论了馈电波导及辐射缝结构对馈源方向图的影响 ,然后用物理光学法由抛物面上电流计算抛物面天线方向图 ,方向图的计算结果和测试结果相当吻合 ,这证明方法的有效性。