Two-step Structural Design of Mesh Antennas for High Beam Pointing Accuracy

A well-designed reflector surface with high beam pointing accuracy in electromagnetic performance is of practical significance to the space application of cable mesh reflector antennas. As for space requirements, cir- cular polarizations are widely used in spaceborne antennas, which usually lead to a beam shift for offset reflectors and influence the beam pointing accuracy. A two-step structural design procedure is proposed to overcome the beam squint phenomenon for high beam pointing accuracy design of circularly polarized offset cable mesh reflectors. A simple structural optimal design and an integrated structural electromagnetic optimization are combined to alleviate the beam squint effect of circular polarizations. It is imple- mented by cable pretension design and adjustment to shape the offset cable mesh surface. Besides, in order to increase the efficiency of integrated optimization, an update Broy- den-Fletcher-Goldfarb-Shanno （BFGS） Hessian matrix is employed in the optimization iteration with sequential quadratic programming. A circularly polarized offset cable mesh reflector is utilized to show the feasibility and effectiveness of the proposed procedure. A high beam pointing accuracy in order of 0.0001~ of electromagnetic performance is achieved.

宽带无线Mesh网络中的多扇区天线阵列设计

在宽带无线Mesh网络中,为了扩展传输距离和提升链路速率,天线的性能至关重要。提出了一种多扇区天线阵列,每个扇区天线为带反射板的微带偶极子阵列天线,工作频段为5.1～5.9 GHz,其水平主瓣张角为45°,增益为18 dbi。多扇区天线阵列共包括8个扇区,信号在各扇区天线间进行动态切换,从而实现水平360°全向覆盖。通过采用HFSS三维电磁场仿真工具进行仿真及实际生产并在微波暗室中进行测试,结果表明和传统无线Mesh网络所采用的全向天线相比,在满足全向覆盖的同时,天线的方向性有了很大的改善。

非对称偏馈环形网状天线索网预张力设计方法

提出一种考虑桁架柔性变形对索网平衡态影响的非对称偏馈环形网状天线索网预张力设计方法。该方法将天线整体结构分为内部索网与外部桁架两部分,通过内部索网预张力与外部桁架变形间的不断迭代,寻找满足索网形状及张力要求的天线平衡态,以实现网状天线索网预张力优化配置的目的。相比于常规基于刚性桁架假设的预张力设计,该方法可充分计及环形桁架与柔性索网协调变形,获得高精度反射面,且该方法适用于非对称偏馈天线,可有效避免后期张力调试,节约人力物力。算例分析验证了在进行预张力设计时计及桁架柔性的必要性及方法的正确性和有效性。

副肋式网状天线的反射面形状精度调整

探讨了副肋式网面精度调整技术的理论及调整方法，推导了计算公式．数值计算表明，文中的分析、公式及调整方法是正确的、可行的．

网状天线的反射面形状精度调整

随着宇航事业的发展 ,网状展开天线的尺寸越来越大 ,对形面精度要求越来越高(特别是高频段 ) ,必须采用网面精度调整技术以满足反射面的精度要求。本文就辅助牵引面式网面精度调整技术的理论分析及调整方法进行了探讨 ,给出了网面形状精度调整的基本理论公式及调整步骤 ,并对某样机进行了调整计算。计算结果表明 ,文中的分析、公式、方法是正确的 。

基于Moore-Penrose逆的索网天线预拉力设计方法

为保证星载索网天线反射型面具有一定的刚度和热稳定性,展开态的索网结构须具有一定的预应力。结合天线索网结构的组成特点,将索网结构的预拉力设计过程分为三个阶段:优化设计前索网面索段的预拉力;计算纵向拉索的索段预拉力;优化设计后索网面的索段预拉力。在前、后两次网面索段预拉力的优化设计中,网面索段预拉力的均匀化程度以网面中各索段拉力与网面索段的拉力均值之间的差值平方和大小来衡量;认为差值平方和越小,网面索段拉力越均匀。以索网结点在理想位置力平衡所需满足的方程为主要约束条件,建立索网预拉力优化设计的数学模型。结合线性相容方程组极小范数解的概念,通过模型等效转换讨论其有效求解方法。算例结果表明,以网面索段拉力与其均值的差方和最小为目标来优化设计索网预拉力的方法简便、有效。

基于在轨热环境的可展开天线反射面精度调整技术

随着宇航事业的发展,网状展开天线的尺寸越来越大,对形面精度要求越来越高(特别是高频段),在轨热环境与地面调整点的热环境差别大,必须采用基于在轨热环境的网面精度调整技术以满足反射面的精度要求。就在轨热环境下的辅助牵引面式网面精度调整技术的理论分析及调整方法进行了探讨,给出了计及在轨热环境的网面形状精度调整的基本理论公式及调整步骤,并对某样机进行了调整计算。计算结果表明,文中的分析、公式、方法是正确的,可行的。

一种伞状天线反射器型面热变形测量及分析模型在轨预示

文章详细介绍了在真空高低温环境下一种伞状可展开天线的型面测量过程。首先依据天线在轨热分析结果定义典型温度工况,然后采用红外加热笼与天线自身主动热控相结合的方法实现天线各部件不同温度的控温要求,并采用摄影测量方法测量典型极端工况下的天线反射器型面热变形。结果表明,测量值与试验前热变形预示结果一致性较好,证明天线热变形分析模型有较高精度。依据在轨热分析温度场计算天线在轨热变形,得到天线在最大温度梯度工况下的型面变化(RMS)最大为0.19 mm。

网状天线反射面形状精度控制智能结构作动器的位置优化

就网状天线反射面振动控制智能结构的作动器位置优化进行了讨论;把模态分析和能量作用原理相结合,提出了一个网状天线反射面振动控制智能结构的作动器位置优化的新方法;求每个候选单元的位置评价准则TC(所有模态的模态可控度之和),TC大的候选单元就是作动器的最佳位置.并用算例验证了该方法的正确性.

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。

反射面天线机电耦合分析及实验验证

针对反射面天线分析设计中存在的机电分离问题,使用结构分析软件得到天线面板的结构变形,将变形转化为相位差引入天线远区电场公式中。通过推导的网格转换矩阵,在结构网格的基础上完成天线远区电场的计算。同时根据半功率波瓣宽度预估方向图的离散精度。利用某3.7米卡氏通信天线进行了验证实验,试验结果表明本文方法是正确有效的。与软件集成的分析方法相比,该方法不但电磁分析精度较高,而且分析时间更短。

周边桁架式索网天线型面的快速调整方法

提出了一种周边桁架式索网天线型面的快速调整方法。以最大误差节点及结构基频为判定条件,首先给出最佳待调整索段的确定方法,在此基础上,以最佳待调整索段的调整量为设计变量,型面误差为目标函数,索网应力为约束条件,建立了索网天线型面优化调整的数学模型。数值算例结果表明,所提出方法具有很好的收敛速度,调整工作量较小。

网状反射面可展开天线型面划分方法的评价

简要介绍了目前常用的4种网状反射面天线型面划分方法的原理;鉴于这些网格划分方法划分结果缺乏统一的评价标准,从实际加工制造和型面网格均匀程度的角度出发,提出了衡量划分结果一致性的两个评价指标:杆件统一性和单元一致性;利用提出的两个评价指标对二次投影法、改进的三向网格法、迭代法及等弧投影法4种方法的划分结果进行了比较,结果发现采用改进的三向网格法和迭代法所得结果的杆件统一性指标优于其他方法,而采用等弧投影法所得结果具有较好的单元一致性。研究结果为网状反射面可展开天线型面划分提供重要的技术参考。

网状可展开天线反射面精度调整技术研究

给出了改进型周边构架式空间网状可展开天线的具体结构方案,利用权因子法对辅助牵引面式网面精度调整技术进行了理论分析及调整方法研究。给出了网面精度调整的基本理论、公式以及调整步骤,在此基础上提出了型面精度优化的数学模型,并利用单纯形法进行了优化。利用ANSYS软件建立了相应的反射面精度调整模型,并进行了调整计算;证明了所提出的方法是正确性及所给天线的结构方案的合理性。

网状反射面天线的制造工艺技术

简单地介绍了网状反射面天线的结构形式,着重介绍其制造工艺技术:总体精度分配、骨架的研制、筋条的制作、筋条的铆焊和铝网的焊接等。

用于立方体卫星的高增益天线技术与发展趋势

随着MarCO与RainCube的成功在轨验证,立方体卫星已经在深空探测与遥感领域展现出独特的优势。立方体卫星搭载的天线不仅需要提供良好的辐射特性,还必须满足立方体卫星苛刻的体积和重量限制,这种限制条件在设计大口径高增益天线时尤为重要。首先简要介绍了立方体卫星的起源、发展及其应用前景,其次重点介绍了立方体卫星高增益天线的技术特点、研究现状及其在轨验证情况,最后归纳总结了立方体卫星高增益天线技术的未来发展趋势,为我国后续开展立方体卫星研究与应用提供参考。

考虑膜结构应力的索网型面优化方法

在对网状反射面天线进行型面分析时,以往的研究常常将重点放在索网结构的型面精度或索段张力分布的均匀性上,没有考虑薄膜反射面的应力对索网结构的影响。因此,文中根据网状反射面天线的索网和金属丝反射网的结构特点,提出了一种考虑膜结构应力的索网型面优化方法。基于索单元和各向等应力膜单元,建立以索段张力为设计变量、索段张力的上下限值为约束、索段张力均匀性为目标函数的优化模型。编制了相应的找形程序,通过算例证明了该方法的可行性。

大尺寸碳纤维网状天线反射板工艺研制

以网状天线反射板尺寸4897 mm×1672.3 mm为例,通过设计方案的优化,在工艺特点分析和工艺试验的基础上,对工艺方法进行优化,采用碳纤维网格面板,常温胶粘剂固化和金属埋件后定位的方式,制备的反射板质量降低25.7%,型面精度和孔位精度均满足设计要求,实现了反射板结构功能一体化的目标。

索穹顶网状可展开天线创新设计

随着人类进入大宇航时代,对空间天线提出了大口径、轻质量与高收纳比的要求。针对大口径AstroMesh网状天线收拢高度难以满足火箭整流罩尺寸要求的问题,提出了一种索穹顶网状可展开天线创新设计方案。通过引入由受压杆、环索与斜索组成的索穹顶结构,实现天线下索网分环设计,缩短了与下索网相连的桁架竖杆长度,从而降低了天线整体收拢高度。通过16 m与100 m两种典型口径天线设计参数对比,结果显示该创新方案不仅破解了AstroMesh网状天线收拢高度高的问题,而且具有低面密度、结构简单的优点。设计并制作了1 m口径索穹顶网状可展开天线原理样机,开展了面形精度与展开过程测试实验,验证了设计方案的有效性。所提创新设计方案为未来百米口径网状可展开天线结构设计提供了新思路。

地面伞状可展天线设计与结构分析

根据可展天线工作原理,结合地面工作环境特征,创新设计了集天线防护罩和可展索网天线于一体的地面伞状可展天线,进行了型面精度分析、等效静风荷载与脉动风荷载结构响应分析.分析结果表明:在8级风时索网反射面型面精度误差小于1.0mm,可正常工作.对地面伞状可展天线深入研究和应用具有参考价值.