基于副反射面的大型反射面天线结构变形实时补偿方法

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本文以大型反射面天线为研究对象,由于天线长期受到太阳辐射、温度及其它外界因素的影响,导致结构表面温度急剧变化,从而引起结构变形,最终导致天线性能恶化,因此要对反射面天线结构变形进行补偿。目前国外对反射面天线结构变形补偿已经非常完善,而国内尚处于起步阶段,因此本文针对深空探测35米天线展开补偿方法的研究,主要开展了两个方面的研究:基于副反射面的标准抛物面天线补偿方法的研究;基于副反射面的赋形反射面天线补偿方法的研究。针对大型标准抛物面天线。首先针对其反射面特性,研究单反射面天线进行研究,研究其ANSYS结构有限元模型在各种太阳照射条件下的电性能,找到温度引起反射面天线电性能下降的结构因素,然后通过基于最小二乘法对变形反射面进行拟合,找到拟合面的焦点,调整馈源位置和指向,改善其电性能;对于标准双反射抛物面天线则是通过等效馈源法将副反射面和馈源等效为在副反射面虚焦点上的馈源进行拟合补偿。利用反射面机电两场耦合模型替代电磁仿真软件计算电性能一方面能够克服了由于天线口径大、工作频段高,FEKO软件无法进行仿真的困难,另一方面提高了计算效率。经过对三个不同程度变形的反射面进行副反射面补偿,实验结果表明了基于最小二乘法的变形反射面拟合方法的正确性、有效性以及实时性。针对赋形反射面天线。由于赋形面不再是二次曲面不能用抛物面进行整体吻合,因此针对赋形面天线的ANSYS结构有限元模型,当主面结构变形引起反射面天线电性能下降时,采用分段拟合理论对赋形面理论母线及变形赋形面进行吻合。然后从由每段吻合面焦点组成的焦线段上根据电性能最优的方法找到馈源的位置,最后调整馈源的位置及指向,达到了对变形赋形面天线电性能补偿。通过对某7.3米抛物面天线基于副反射面(馈源)位置的最小二乘法吻合方法和某7.3米赋形面天线基于馈源位置的分段吻合方法进行了不同温度工况下的补偿实验,取得了满意的电性能补偿效果,这些对深空探测35米天线展开补偿具有参考和工程指导意义。
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