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。

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.

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。

可展收的新型超轻质角反射器设计

雷达角反射器在雷达对抗领域中具有后发制人的作用,能够干扰敌方雷达的探测,保护己方重要设施.传统角反射器多利用金属板材作为反射面制成,虽具有强反射的功能,但其质量较大,一旦加工成型,其形状和尺寸固定、散射特性单一,因此,逐渐不能满足日趋复杂的应用需求.本文针对上述问题,综合考虑角反射器的质量、散射特性及其可调控性等,提出了一种新型、超轻质、雷达散射截面积(radar cross section,RCS)可调的雷达角反射器结构设计方法.该方法以高结构强度的碳纤维杆为支撑骨架,以大柔性金属丝网为角反射器反射表面,并进行结构展开-收拢功能设计,使之可在不同结构状态间连续变化,以实现RCS调控的目的.为验证该设计方法的可行性与有效性,研制了1 m口径12单元可展收角反射器阵列样机,该新型雷达角反射器质量仅1.325kg,并可顺利通过展收状态切换调控RCS,且便于其装载和运输,适合多种载体平台使用.经过实验测试验证,其可实现RCS大幅调控,在2~20 GHz频段内的多数频段可达10 dBsm以上的调控幅度,在少数频段内幅度可超过30 dBsm,取得了良好的调控效果.本文设计方法可为超轻质、散射特性可调的角反射器的设计提供参考.

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。

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。

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。

基于最小二乘方法的索网反射面形状精度调整

根据大射电望远镜索网主动反射面的变形调整要求,提出了基于最小二乘优化模型的迭代调整方法。优化模型以节点载荷增量为设计变量,追求调整后的节点位置相对于设计抛物面的残量平方和最小。线性化残量函数便可得到调整所需产生的位移场。采用基于弹性悬链线解析表达式的悬索单元建立了索网反射面的力学模型,得到了节点载荷增量与节点位移之间的关系;从而可以根据给定的变形场得到对应的调整力增量。数值算例表明所给调整方法具有很好的收敛速度。

大射电望远镜FAST整体变形索网反射面仿真研究

针对大射电望远镜FAST的整体变形索网反射面方案的可行性问题,研制开发了一套专门的有限元计算软件,并提出了一个索网反射面拟合旋转抛物面的反馈控制算法。利用有限元计算软件,在索网反射面力学模型上,对反馈控制算法进行仿真实验,以论证该方案的可行性。采用有限元方法对索网进行力学建模和计算,推导了一种适于大范围空间运动的四节点索单元,利用动力松弛法进行三维索结构找形计算。

悬索结构的初始平衡构型分析

根据悬索悬链线解析表达式推导出悬索长度与索端拉力之间的关系,从而可对悬索进行精确的力学分析以提高求解精度。结合LT中索网主动反射面给出了一种以优化策略求解悬索结构初始平衡构型的方法,该方法以悬索长度为设计变量,引入相应的约束条件,可以解决已知几何形状与边界条件时索网的内力分布问题。数值算例中以单索为例给出了索网主动反射面分析的详细过程。

大型射电望远镜运动索网反射面的建模与控制

针对大型射电望远镜整体索网主动主反射面的特殊结构形式,基于虚功和Hamilton变分原理,建立运动索网反射面动力方程,在此基础上,通过Lyapunov稳定性条件,得到的未知参数估计的自适应算法,并根据主动索网调整具有耦合和多输入多输出的特点,应用H∞最优控制理论,得出了具有鲁棒性的控制算法。数值仿真结果验证了方法的有效性和合理性。

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.

索网主动反射面初始平衡状态的确定

结合大射电望远镜中索网主动反射面实例给出了一种基于最小二乘优化模型求解索网结构初始平衡状态的方法.该模型以悬索长度和节点外力载荷为设计变量,在一定的约束条件下追求索网的平衡状态与指定的几何形状最为接近.根据悬索悬链线解析表达式推导出索端位置和索端拉力与悬索长度之间的关系,从而可以得到优化所需的敏度信息.数值算例中给出了分析的详细过程,验证了算法的有效性.

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。

考虑枕效应的网状可展开天线电性能预测

提出了一种预测网状可展开天线电性能的数值计算方法.针对网状可展开天线采用三角形拼合的这一特点,首先从结构力学出发确定天线枕效应变形,然后采用巴斯卡图插值进行面片网格划分,给出了网格划分准则,其次通过最佳吻合抛物面确定最优馈源的位置和指向,最后考虑丝网的电磁漏射对网状天线进行电性能预测.通过仿真算例验证了该方法的可行性和有效性.

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。

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。