Numerical Techniques Used in Modeling Codes for Dual-Reflector Antenna Design and Analysis

An user-oriented computer software consisting of three modeling codes, named DRAD, DRAA and FDPAT, is introduced. It can be used to design three types of Cassegrain system: classical, with shaped subreflector and with dual shaped reflectors, and to analyse radiation patterns for the antennas. Several mathematical models and numerical techniques are presented.

基于发射率在线测量的表面精确测温方法研究与仪器研制

由于被测表面发射率不确定且影响因素极其复杂,使得高温钢坯表面温度测量的准确性不确定,是工业过程参数检测领域一直没有解决的问题。文中采用带有双探测孔的反射器同时测量得到表面固有辐射和多重反射辐射,结合双波长探测器在线测量高温表面的发射率和表面温度。研制了相应的仪器并在高温试样表面进行测量,采用薄膜热电偶作为温度比对标准,测量得到600~1000℃的平均误差为2.6℃,两波长下发射率的测量误差分别为0.023、0.007,标准不确定度为1.78℃。相比于其他辐射测温方法,文中消除了发射率的假设条件限制,使表面温度的测量准确性明显提高。

天线反射面和馈源位置误差对电性能的影响规律研究

提出的基于Zernike多项式描述的反射面误差模型,用以分析反射面和馈源位置误差对电性能的影响规律。利用该模型,以标准卡塞格伦13 m口径天线为研究对象进行建模仿真。研究了反射面位置误差分布、馈源相位中心误差和馈源角度误差对远场方向图的影响规律,结果表明主面X偏移、RY偏移、馈源X偏移,导致了方向图整体偏移,副瓣电平不同程度抬高。主面Y偏移、Z偏移、馈源角度偏移,仅导致副瓣电平不同程度抬高。主面RX偏移对方向图基本无影响,增益损失对Z偏移较为敏感,相同偏移量时,Z偏移对增益损失为X、Y偏移的8倍。

基于双冷却介质下的长焦距大型曲面反射镜片冷却系统的研究

根据长焦距大型曲面反射镜片成型时其在不同区域所产生的热量多少不同,创新性地提出了采用双冷却介质的长焦距大型曲面反射镜片冷却系统,从而有效地带走不同区域的热量,解决了长焦距大型曲面反射镜片由于不同温度而产生的变形的问题,提高了产品的精度。

超宽带Cassegrain双反射面天线研究

为了减小馈线损耗和方便天线旋转，设计了超宽带Cassegrain双反射面天线系统。采用FEKO数值模拟软件在0．2～1．5GHz频率范围内模拟了不同副反射面直径的4．5m双反射面天线（焦径比为0．4）的辐射增益，并与相同口径和焦径比的前馈式反射面天线进行了比较。模拟结果表明：当双曲副反射面直径为70cm，焦距为22．5cm时，在0．2～1．0GHz频率范围内，双反射面天线增益比前馈式抛物面天线高1～2dB；在1．1～1．5GHz频率范围内，双反射面天线增益比前馈式抛物面天线小1～2dB。选择直径为70cm、焦距为22．5cm的双曲副面与TEM喇叭和4．5m抛物面组成双反射面天线系统，分别用960 ps和3 as脉宽的单极脉冲源对天线进行了实验研究。实验结果表明：用960 ps和3 as脉宽的单极脉冲激励，Cassegrain双反射面天线在70m轴上远场辐射场波形峰峰值分别为前馈式反射面天线的158％和162％。

高功率超宽谱双反射面天线优化设计与实验

对高功率超宽谱双反射面天线系统进行了优化改进设计,兼顾辐射性能、馈入反射和功率容量。采用沿能流线设计的"粗胖"实体结构代替板状TEM喇叭极板结构,增加低频电流的回流通道,从而改善天线馈入反射特性。将副反射面设计为尼龙箱体内、外两部分,使其与尼龙箱体之间的连接螺钉不再突出于高压电场中,优化后最大场强下降了约70%,功率容量达到59GW,通过Taguchi优化算法对组合馈源喇叭结构进行整体优化,天线辐射因子rE(辐射场峰值与观测点距离乘积)提高了1.2倍。优化后的天线系统进行了高功率实验,实验结果表明:天线系统功率容量达到30GW,辐射因子超过8MV。

基于数字图像相关的光学引伸计应变测量精度研究

基于数字图像相关(DIC)方法的光学引伸计在应变测量领域有着广泛的应用。为了提高数字图像相关方法的测量精度,本文采用二维DIC与三维DIC的光学引伸计、基于双45°反射镜成像的二维光学引伸计以及电测法,对单轴拉伸试验中不锈钢试件的应变进行同时测量,比较分析了各个光学引伸计在测量轴向与横向应变方面的优劣以及误差产生的原因。实验结果表明:试件离面运动的存在大幅降低了普通二维光学引伸计的应变精度;基于双45°反射镜成像的二维光学引伸计可以有效消除离面刚体位移对测量结果的影响,其应变测量精度(尤其是横向应变精度)高于其他光学引伸计,且测量结果与电测法的测量结果高度吻合;三维DIC光学引伸计的横向应变精度明显不如轴向应变精度。

基于应变的变形副反射面位姿形貌快速重构方法

随着双反射面天线口径的增大、工作频段的升高,天线对副反射面的精度要求也越来越高.当天线受到自重以及风荷、温度等外界因素的影响时,为了更好地保证满足天线的高指向精度等电性能要求,基于应变传感器和模态叠加原理,分别利用天线变形后副反射面支撑腿与副反射面自身结构的应变值来快速重构副反射面的位姿、形貌,便于副反射面调整机构对其进行实时修正,以实现更加精准的主副反射面位置匹配,降低因天线结构变形造成的波束指向误差和增益损失.

共反射面双频段单脉冲馈源设计

叙述了共反射面双频段单脉冲馈源的一种设计方法 ,该馈源采用了各自频段的喇叭馈电 ,实现了双频共面馈电的技术要求。根据馈源的理论方向 ,计算了天线的理论方向图。

用几何光学法计算特殊形状的双镜天线

导出了几何光学法计算双镜天线方向图的求解方程 ,利用几何光学法并经过特殊处理 ,计算了椭圆波束变焦距环焦天线和多波束抛物环面天线的方向图。实测结果和理论计算基本一致 。

毫米波赋形聚焦双反射面天线设计

为实现一种具有近场聚焦、斜波束出射能力的偏馈口径天线,采用几何光学方法设计了一种赋形聚焦双反射面天线。基于光线传播的能量守恒定律、Snell定律及光径长度相等三个光学定律开展了天线主反射面赋形设计,副反射面的设计采用Snell定理作为约束条件。通过理论公式和实验测试研究,实现了一种出射波束口径为110cm、波束出射方向与竖直方向成20°夹角的赋形聚焦偏馈双反射面天线。在中心频率95GHz下,实测相位实现近场聚焦,出射波束与垂直方向成20°夹角。

X波段高效双频同轴相对论返波管粒子模拟

提出了一种能在X波段实现稳定双频输出的带有谐振反射器的高效率同轴相对论返波振荡器,并使用2.5维全电磁粒子PIC模拟软件进行了粒子模拟研究。模拟结果显示:在电子束电压520kV、电流8.5kA、轴向引导磁场2.35T的条件下,器件实现了9.41GHz和10.29GHz的稳定双频输出,平均输出功率为1.35GW,波束互作用效率为30.5%。此外,双频频谱及双频中较小的频率随着漂移段的变化而准周期地变化,实现了带宽约400MHz的频率捷变输出。

双镜天线的主副镜扩展研究与设计

为了解决现有设计方法在设计天线副镜为中小电尺寸时,天线性能难以达到预期的问题,并进一步提高天线G/T值的目标,研究了反射镜感应电流在副镜、主镜边缘截断对天线辐射性能的影响,分别提出了副镜边缘扩展和主镜边缘扩展2种设计方法,并对2种方法设计的天线进行仿真计算。计算结果显示,2种设计方法有效地改善反射镜边缘电流的连续性,其中副镜扩展设计可用于提高天线的增益,主镜扩展设计可用于提高天线G/T值。

双面光伏发电装置的双轴支架结构与控制策略

单面光伏电池发电量偏低,为增加光伏系统发电量,利用其反面可发电特点,配置光反射器,实现双面光伏发电。反射器结构采用双轴跟踪支架,并基于此结构建立了双轴跟踪下双面电池的发电量计算模型。通过计算分析发现改进结构后的双轴跟踪双面光伏系统的日发电量比固定式单面光伏系统提高了90%以上。在主动前置跟踪策略下,对双轴支架转动次数、转动位置以及转动动作时间分布进行分层优化,根据日期和天气灵活地降低支架转动次数,有效简化了双轴支架的控制,此时系统发电量仍可达到精确跟踪下的90%以上。

双偏置格里高利天线赋形方法的研究

针对双偏置格里高利天线的赋形技术进行了研究,给出了一种双偏置格里高利天线的赋形方法.通过全微分条件推导出了副反射面和主反射面的映射关系,并结合能量守恒定律、反射定律和等光程条件,求取天线主、副反射面的轮廓曲线.最后给出了一个设计实例,仿真结果表明:利用文中的赋形方法能够有效控制口面场幅度分布,实现预期的天线方向图.

一种重新赋形副反射面的环焦天线设计

首先针对相同口径的环焦天线主反射面通用化需求,对双反射面天线的发展背景和环焦天线优点及赋形机理进行了简要介绍,然后提出了一种在不改变环焦天线的主反射面曲线的基础上,改变馈源照射角和重新赋形环焦天线副反射面曲线的设计方法,最后依据提出的设计方法给出了设计仿真计算,计算结果满足工程需求,避免了天线主反射面重新开模具,实现了环焦天线主反射面通用化,大大降低了天线的生产成本。

弹载双波段共面单脉冲天线的设计

采用多模馈源和极化隔离技术,设计出适合小弹径导弹使用的共口径双波段卡塞格伦单脉冲天线。研制出来的主被动单脉冲雷达跟踪天线,较好地解决了和差矛盾问题,达到了被动天线频带宽、主动天线高增益、低副瓣的特性要求。

双频共面单脉冲天线研制

论述了双频共面单脉冲天线的设计方法。天线口径较小时,馈源的遮挡口径相对较大,这对天线的性能影响很大,选择口径较小的双频馈源是实现双频共面的关键。天线低频段馈源采用4喇叭单脉冲形式,高频段馈源采用单口多模单脉冲喇叭,通过各自的馈电网络实现单脉冲功能。天线采用卡塞格伦形式,通过对天线和馈源的优化设计,可实现天线双频段工作性能,实测结果与计算结果基本吻合。

一种高增益多波束反射面天线设计

设计了一种Ka频段的宽角覆盖高增益多波束反射面天线。该天线采用双模圆锥喇叭作为馈源,以形成旋转性能良好的辐射方向图,且具有较小的口径,易于实现小间距组阵,提高各独立波束间的交叠电平以保证对服务区域的良好覆盖性能;采用具有高波束拟合效率的六边形馈源阵,以获得全球服务区域内的良好覆盖;通过馈源的横向偏焦,实现反射面天线的宽角覆盖。仿真结果表明,该多波束反射面天线在30~31.4GHz的工作频段内覆盖了±7.5°的服务区域,且在覆盖区内的增益达到38.5dB,实现了地球同步轨道上准全球宽视角区域的高增益覆盖。

双波段相对论返波振荡器模拟研究

提出了一种采用单电子束实现C波段和X波段微波同时输出的新型相对论返波振荡器,该器件的束波作用区为中间用渐变段隔开的两段盘荷结构。使用Karat软件进行了2.5维全电磁粒子数值模拟,在工作电压为1 MV,电流为8 kA,导引磁场为3 T的条件下,输出微波功率大于1 GW,功率效率约为15%,输出的微波频率分别为5.42 GHz和9.58 GHz,二者频谱幅度相差2.17 dB,模式为TEM模。