航天器同轴式微波旋转关节特性研究

论文摘要

同轴式微波旋转关节是实现航天器载天线扫描(或定向)的重要微波部件,它具有体积小、易实现多通道传输等优点,是深空探测类航天器、小型天线消旋定向卫星的必装产品。由于扼流槽对频率带宽和功率容量的限制,同轴式微波旋转关节的应用范围受到一定制约。本论文研究了同轴式微波旋转关节的工作特性。从传输线理论出发,应用微波网络原理,推导了旋转关节的等效电路分析公式;应用时域有限积分软件对同轴式微波旋转关节扼流槽的几种可能组合方案进行了3D仿真分析,分析了关节插入损耗、驻波比带宽特性,并据此提出了展宽带宽的扼流槽结构尺寸设计方法。同时,对影响空间用同轴式旋转关节功率的两个因素—低气压放电与微放电—的机理进行了阐述,提出了同轴式微波旋转关节的功率设计和制造准则。对空间用旋转关节研制过程进行了总结,以某航天器使用的同轴式微波旋转关节的测试数据验证了本文提出的旋转关节扼流槽带宽设计方法、功率设计准则的正确性,计算分析数据与测试数据吻合较好。最后对旋转关节在国内航天器上的应用前景进行了展望。本论文的研究结果可以直接应用于航天器载同轴式微波旋转关节的研制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 本文主要研究内容与结构
• 第二章 同轴式微波旋转关节电气设计理论模型
• 2.1 高频传输线理论模型
• 2.1.1 传输线方程
• 2.1.2 均匀传输线方程通解
• 2.1.3 均匀传输线方程定解
• 2.1.4 传输线特性参数
• 2.1.5 传输线输入阻抗与反射系数
• 2.2 微波网络理论模型目
• 2.2.1 二端口网络电压—电流传输矩阵
• 2.2.2 电压—电流转移矩阵在二端口网络分析中的应用
• 2.3 同轴传输线理论模型目
• 2.3.1 同轴线中场分布及其与阻抗的关系
• 2.3.2 同轴传输线功率容量问题
• 2.3.3 同轴传中高次模问题
• 2.4 同轴传扼流槽阻抗模型
• 2.5 微波工作室软件工作基本原理
• 2.6 本章小结
• 第三章 同轴式旋转关节带宽特性研究
• 3.1 问题的提出
• 3.2 内外导体可能的组合
• 3.3 带宽特性研究
• 3.3.1 内导体折叠λ/2、外导体折叠λ/2扼流槽带宽特性
• 3.3.2 内导体λ/4、外导体折叠λ/2扼流槽关节带宽特性
• 3.3.3 内导体λ/2短截线、外导体折叠λ/2扼流槽关节带宽特性
• 3.3.4 内导体2个λ/4串接、外导体折叠λ/2扼流槽关节带宽特性
• 3.3.5 内导体连续、外导体折叠λ/2扼流槽关节带宽特性
• 3.4 几种结构电性能的总结性结论及旋转关节扼流槽设计方法
• 3.4.1 几种结构电性能的总结性结论
• 3.4.2 旋转关节扼流槽设计方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 空间功率问题的研究
• 4.1 问题的提出
• 4.2 低气压放电与微放电的机理
• 4.3 旋转关节功率设计的工程考虑
• 4.4 本章小结
• 第五章 样机设计实例验证
• 5.1 方案设计及研制步骤
• 5.2 输入输出接口设计
• 5.3 样机研制
• 5.3.1 主要技术指标
• 5.3.2 接口条件
• 5.3.3 样机方案
• 5.3.4 样机的微波输入输出结构
• 5.3.5 性能测试结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 应用与展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表论文和成果情况