Schemes for Segmenting the Main Reflector of the FAST

Acting as a pilot of the Square Kilometer Array (SKA), a Five hundred meter Aperture Spherical Telescope (FAST) project puts forward many innovative ideas, among which the design of the active main reflector shows fascinating potential. The main spherical reflector is to be composed of thousands of small spherical panels, which can be adjusted to fit a paraboloid of revolution in real time. For the construction and performance, the rms of the fit must be optimized, and so appropriate dimensional limits for the panels need to be determined. The issue of how to divide the spherical reflector mathematically is addressed in this paper. The advantages and drawbacks of various segmenting methods are discussed and an optimum one is suggested.

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。

基于Zernike拟合的三反射面天线赋形设计

多反射面天线系统受空间、位置和尺寸等因素的影响,其主反射面口面存在相位差,从而导致天线辐射性能下降,文章提出了一种利用Zernike多项式赋形多个反射面的方法,通过对副反射面赋形,在主反射面口面得到期望的幅度相位分布。该方法利用Zernike拟合来处理反射面间的光程差,并将主反射面作为固定面,根据几何光学法和光程条件,在Matlab中建立副反射镜初始模型,通过遗传算法优化Zernike系数调整光程差,对副反射镜面形进行优化设计,避免了复杂的微分计算。使用Grasp仿真软件对设计的三反射面天线系统进行了分析,计算表明,与未赋形的三反射面天线相比,赋形反射面天线系统主波束效率提升了10.67%,达到95%以上,验证了该赋形方法的可行性及对天线系统性能提升的有效性。

某高精度星载主反射面天线制备工艺

为了提高星载碳纤维复合材料(CFRP)主反射面天线的型面精度和装配尺寸精度,重点从模具设计(采用复合材料与普通模具材料组合的方式)、模具热分布测试(降低固化过程中的残余应力)、背筋与反射面主体的胶接(采用最优参数控制)以及组合机加工(通过加工基准的转化来提高组合机加精度)等方面进行优化和控制。结果表明,主反射面型面均方根差(RMS)可达0.04 mm,对外接口及馈源安装面的平面度、位置度等装配精度满足设计要求。采用5mm厚复合材料上面板+6 mm厚Q235钢下面板设计的框架结构模具,面板之间的最大剪应变为0.097%,远远小于橡胶的剪切延伸率1.6%,在固化成型中能够缓冲面板之间的剪应力,并降低面板与产品之间的剪应力;对成型模具热分布进行测试,确定领先热电偶和滞后热电偶的最佳位置,避免了主反射面成型过程中温度不均匀对凹面型面精度的影响;背筋与反射面主体之间的装配间隙小于0.15 mm、胶层厚度0.1~0.2 mm、工装定位、固化过程中施加-0.02~-0.01 MPa压力为最优胶接工艺参数;通过旋转和平移将主反射面基准转移到成型模具基准孔,以基准转换后模具基准孔作为基准组合机加工,可以获得更好的装配精度。

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。

大型射电望远镜结构总体方案研究

针对我国待建的110 m全可动射电望远镜(QTT)的工作特点,以提高主反射面精度为目标,以最佳吻合抛物面为拟合标准,分析了传统结构方案致使精度较低的本质原因为反射体变形不均匀,主要源于如下三方面:主反射面存在集中荷载作用、背架结构支承方案不合理、背架结构体系空间受力性能不佳。基于此,改变副反射面撑腿坐落位置,对背架结构采用三角锥、四角锥相结合的网架式结构方案,并对其引入一种高度极对称的伞撑式支承方案。最终提出的全可动望远镜结构总体方案显著提高了主反射面精度,其RMS最大值可降至0.306 mm;相较目前世界最大的全可动射电望远镜GBT而言,其反射面积增大了10%,精度提高了12.6%,自重降低了40%,其研究成果达到国际先进水平。

一种T形太赫兹成像系统的设计(英文)

为了获得较高的帧速率以及降低成本,提出了一种带有波束扫描功能的T形太赫兹成像系统.系统包含两个共极化扇形波束扫描天线,它们以T字形正交摆放.收发天线具有基本相同的内部结构,由角锥喇叭馈源、产生扇形波束的椭圆主反射体以及用于实现波束扫描功能的旋转次反射体构成,而所有这些元件都镶嵌在两个平行金属板之间.给出了T形太赫兹成像系统的具体设计,提出了设计高性能扇形波束扫描天线的系统化方法,最后给出了一些实验的成像结果,以论证系统的功能.

现代坦克火控系统体系结构发展的轨迹

对现代坦克火控系统体系结构发展的轨迹进行了较为详尽的论述,分析了几种主要类型的火控系统体系结构。对于在战车火控系统的发展历程中起重要作用的指挥仪式火控系统,从上反射式系统和下反射式系统两方面进行了比较分析。最后指出了用控制主线的观点来分析和预测火控系统发展所具有的优点。

FAST在深空探测中的应用前景

FAST(FivehundredmetersApertureSphericalTelescope)拟利用贵州省的喀斯特洼地 ,建立世界上最大的 50 0米口径的球面射电望远镜 .主动反射面新概念的提出 ,实现了望远镜的宽频带和全偏振能力 ;馈源及支撑系统简化的方案 ,使FAST对天体和航天器的跟踪范围得到很大的补充 .分析预研中的FAST的测控功能 ,并论证其在未来深空网 (DSN )

空间光通信中Cassegrain系统支撑结构设计

本文主反射镜采用边缘固定形式,主、次反射镜支撑结构能有效且稳定的调节主反射镜与次反射镜的位置关系,在工作过程中为保证其主反射镜与次反射镜的距离不变(在温度的变化中),利用线膨胀系数小的殷钢杆连接次反射镜与本体。利用FEM分析次镜在此结构支撑下的谐振频率,是否避开飞机的谐振频率。以及主反射镜在此结构支撑条件下自重及温度所引起的面形变化,通过计算所得镜面变形的PV值和RMS值来评价是否超差。

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．

“神舟四号”飞船微波辐射计天线的主波束效率

参照反射面天线主波束效率估计的简易计算公式,对“神舟四号”(SZ-4)飞船辐射计天线的主波束效率进行了具体估算,给出了计算流程和计算结果.计算表明,该辐射计天线在6.6 GHz,19.35 GHz,23.8 GHz和37 GHz 4个频段上的波束效率分别为89％,91.24％,92.91％和94.87％,并经过了在轨飞行验证.

大型天线主反射面位姿调整机构设计

本文提出一种大型天线主反射面的位姿调整机构,它将天线主反射面作为位姿调整机构的负载,按照一种特定的安装方式实现主天线面的固定支撑并通过伸缩运动实现单自由度平动的主动调整机构,主要包括滚珠丝杠、箱体组合、套筒组合、滑块组合和涡轮蜗杆等部分。其优点是结构刚度大、承载能力强、响应速度快、具有很高的传动精度和可靠性,通过借助蜗轮蜗杆的自锁特性来避免滚珠丝杠副的逆转,用以保证主反射面调整工作的稳定,能够实现天线主反射面的位姿调整和精度控制,补偿因重力变形和安装误差等因素导致的天线性能和指向的变化。

主反射面变形引起的天线指向误差修正方法

射电天线指向精度通常要求小于主波束宽度的1/10,对于短厘米波段或毫米波段的大口径反射面天线,指向精度要求高达几个角秒,对于天线性能目标的实现是个巨大的挑战,因此对于大口径高频段的反射面天线来说指向问题成为天线性能实现的重要关注焦点.在众多影响天线指向精度的结构子系统因素中,对主反射面变形因素的研究很少.文章结合天线的结构特点建立了反射面空间坐标系统,并基于变形后主面点的空间坐标值,提出了3自由度下的非线性最小二乘吻合的方法去精准预测天线指向.最后利用空间几何关系严格推导出了服务于天线指向误差修正的俯仰和方位的精确调整量,从而构建了主面变形同指向误差之间的间接关系,这对大型射电天线指向精度的提升具有一定的指导意义.

一种副反射面为椭球面的天线反射体测量技术

针对副反射面为非对称椭球面形式的多馈源、多频段天线反射体,需要对天线主反射面表面准确度、副反射面表面准确度及主反射面电轴、副反射面电轴和馈源系统中心轴的同轴度进行精确的测量和调整。应用数字工业摄影测量系统,以副反射面六杆联动机构的旋转中心轴为基准,对副反射面表面准确度进行精密测量和调整;在天线俯仰35°位置,以馈源系统中心轴为基准对主反射面表面准确度和副反射面姿态进行精密测量和调整。主反射面表面准确度优于±0.30 mm;副反射面表面准确度优于±0.11 mm;副反射面电轴和主反射面电轴的同轴度优于0.5 mm时,测试天线系统接收S频段和X频段信号的方向图,综合电气性能满足指标要求。

静止轨道实孔径微波天线主反热控方案研究

为减小静止轨道高频率、大口径微波天线热变形,提高天线的指向精度,对国内外天线主反射材料和热控方案进行了分析,发现其材料较一致选用碳纤维蒙皮/碳纤维蜂窝夹层,主反表面涂覆合适吸发比的真空沉积铝(VDA)/Al2O3(SiOx)涂层,一方面保证天线电性能对反射率大于99.8%的需求,另一方面使天线整面在轨温度梯度和波动较小。建立口径5m天线的热仿真模型,分析了三种不同吸发比涂层的天线在不同典型工况下的温度场分布,结果表明采用涂层吸发比0.2/0.2的主反热变形较小。以碳纤维材料为基体,用真空蒸镀沉积的方法在其表面镀制不同厚度的银层和二氧化硅层,制备出吸发比约0.2/0.2的VDA/SiO2热控涂层,可用于形状较复杂的曲面,且涂层的发射率随保护层厚度可调,显著提高了热控设计的灵活性。

射电望远镜天线主反射面主动调整系统控制软件数据读写方法的比较

简单介绍了上海65米射电望远镜天线主反射面主动调整系统的项目背景,主反射面主动调整系统的主体结构及控制软件在系统中的作用。随后着重阐述了控制软件关于数据读取方式的选取标准,并详细介绍了几种可行方法的实现方法和主要特点。在此基础上总结了工程实践过程中的经验。

小天线主面电加热除冰雪装置的设计及应用

在比较国内外常见除冰雪装置的基础上,结合工程实践,介绍了一种适合小口径天线主面的电加热除冰雪装置。当天线表面被冰、雪覆盖时,通过在天线主反射面安装除霜装置提高天线系统的效率,同时降低噪声温度的影响,以此为主导通过相关的设计、分析、应用和市场调研阐述了除冰雪装置的必要性和可行性。

折合式平面反射阵天线的研究进展

折合式平面反射阵天线(folded reflectarray antenna,FRA)作为一种高增益天线形式,在雷达、通信等领域有着良好的应用前景.在继承平面反射阵天线易加工、低成本、平面化等特点的同时,FRA巧妙地利用了光路折合原理,具有更低剖面、无馈源口径遮挡等优点,自其概念提出以来便一直受到学术界和工业界的广泛关注.本文由传统反射面天线逐步引出FRA,并从主反射面、馈源、副反射面三个重要组成部分及天线波束扫描归纳总结了国内外近年来FRA的研究进展.

一种固定指向多波束天线安装测量技术研究

某固定指向多波束天线由主反射体和馈源系统组成,天线主反射体固定且主波束指向唯一,馈源系统可以沿倾斜轨道运动以匹配不同的卫星。与全动或限动式天线相比,固定指向多波束天线结构指标在追求主反射面具有高精度的表面精度的同时,要保证其主波束指向精度,并实现馈源系统的精确定位。本文提出一种综合运用静态GPS测量系统、全站仪测量系统、激光跟踪仪测量系统、数字工业摄影测量系统等多种空间测量技术的方案。在该多波束天线安装过程中采用此测量方案,主反射面表面精度优于±0.15 mm,主波束指向精度优于±0.012 2°,馈源系统定位精度优于±1.5 mm,满足结构安装指标要求。通过多波束天线系统测试电性能指标满足要求,充分验证了该方案的可行性、可靠性、高效率和高精度的特点。