机械结构因素对反射面天线电性能的影响机理及其应用

论文摘要

在国家重大基础科研(国防973)项目的支持下,基于前人的工作,本文主要就机械结构因素对反射面天线电性能的影响机理以及基于影响机理的面板调整方法进行了研究。完成的主要工作和取得的成果如下:1.根据分块反射面天线的结构特点,推导出了面板偏移量与口面相位误差的转换矩阵。基于此误差转换矩阵,分析了面板位置误差对分块反射面天线电性能的影响机理。建立了面板加工误差与副面位置误差对天线电性能的影响关系模型。最后,在3.7米口径Ku频段反射面天线上对影响机理模型进行了实验验证。选择了6米口径Ku频段反射面天线上进行了仿真实验,给出了有用的结果数据和曲线。2.基于对天线结构受力情况的精确分析,得出了结构位移随天线仰角的变化关系。应用最小二乘法计算了变形反射面的最佳吻合抛物面,把表面节点相对于最佳吻合面的均方根误差表示为天线仰角的函数。应用Ruze公式得到变形后反射面天线效率。把天线在各个仰角或者各个工作仰角区段出现的概率作为加权因子,以天线的增益损失最小为目标,建立了天线反射面面板最佳安装调整角的优化模型。3.分析了大型反射面天线面板安装调整的特点,选择最佳吻合面作为调整目标面,给出了一种有效的面板调整方式以及相应的最佳调整量的计算方法。在此基础上研制了天线面板安装测调软件。对某6米口径Ku频段反射面天线进行了仿真分析,优化计算出了面板调整量,并对调整效果进行了分析。4.为提高天线面板调整效率,以反射面天线的远区电场方向图为研究对象,应用物理光学法建立了表面节点位移与远区电场的关系模型,将面板调整量与远区电场联系起来,从而实现了由远区电场方向图反推天线反射面的面板调整量。对工程案例进行了分析,给出了相关数据和曲线。讨论了此方法的适用范围,为天线反射面板的精确调整提供了指导。5.为抵消赋形曲面天线在各个工作仰角的部分变形,给出了一种通过调整副面位置来实时补偿的方法。首先应用标准抛物线对天线理论母线进行分段拟合,得到一组标准抛物环面。用此组抛物环面去吻合天线在各个仰角的变形主面,同时保证各抛物环面的焦点落在设计理论面的焦线段上,得到一组主面吻合参数。根据主副面之间的匹配关系,计算出天线在各个仰角的副面调整参数。在天线实际工作过程中,计算机控制读取副面的调整参数,驱动副面移动到最佳位置,方可实现对主面变形的实时补偿。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论 #1 n
• 1.1 研究背景
• 1.2 大型反射面天线发展现状
• 1.2.1 国际上主要大型反射面天线
• 1.2.2 国内主要大型反射面天线
• 1.3 反射面天线面板安装及精度测量
• 1.3.1 反射面板的安装与调整
• 1.3.2 表面精度测量技术
• 1.4 反射面天线基本电参数与电磁方程
• 1.4.1 基本电参数
• 1.4.2 基本电磁方程
• 1.5 反射面天线电性能分析方法
• 1.5.1 面电流法
• 1.5.2 口径场法（AI）
• 1.6 本文主要研究工作
• 第二章 制造精度对反射面天线电性能的影响机理
• 2.1 引言
• 2.2 面板安装误差对天线电性能的影响关系
• 2.2.1 面板偏移量与表面节点位置的关系
• 2.2.2 面板偏移量与口面相位误差的关系
• 2.2.3 误差转换矩阵的构造
• 2.2.4 影响关系模型的建立
• 2.3 面板加工误差对天线电性能的影响关系
• 2.4 副面安装误差对天线电性能的影响关系
• 2.5 3.7 米天线实验验证
• 2.5.1 验证案例
• 2.5.2 实验结果及分析
• 2.6 6 米天线仿真分析
• 2.6.1 仿真案例
• 2.6.2 仿真结果及分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 天线反射面板最佳安装调整角的确定方法
• 3.1 引言
• 3.2 最佳安装调整角的优化建模
• 3.2.1 天线反射面节点位移与仰角的关系
• 3.2.2 天线反射面精度与仰角的关系
• 3.2.3 天线增益损失与仰角的关系
• 3.2.4 最佳安装调整角的计算
• 3.3 案例验证与分析
• 3.3.1 天线结构的有限元分析
• 3.3.2 摄影测量
• 3.3.3 基于最佳调整角的重力预调
• 3.4 本章小结
• 第四章 反射面天线面板调整量的优化计算
• 4.1 引言
• 4.2 天线反射面板的调整策略
• 4.3 反射面板调整量的优化计算模型
• 4.3.1 相对于最佳吻合面的半光程差
• 4.3.2 面板调整量与半光程差的关系
• 4.3.3 面板调整量优化计算模型
• 4.4 面板调整量优化计算软件的编制
• 4.4.1 软件系统流程图
• 4.4.2 数据准备
• 4.4.3 面板调整量计算
• 4.4.4 软件系统主界面
• 4.5 数值实验与分析
• 4.5.1 案例介绍
• 4.5.2 数据采样
• 4.5.3 计算结果及分析
• 4.5.4 调整效果及分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 从远区电场方向图反推天线面板调整量
• 5.1 引言
• 5.2 应用物理光学（PO）法计算远区电场
• 5.3 反推模型的建立与求解
• 5.3.1 表面节点位移对天线远区辐射场的影响
• 5.3.2 面板调整量与节点位移矢量的关系
• 5.3.3 构成反推线性系统
• 5.3.4 应用奇异值分解（SVD）法求解线性方程组
• 5.4 案例分析与讨论
• 5.4.1 实验结果及分析
• 5.4.2 调整效果及分析
• 5.4.3 适用范围讨论
• 5.5 本章小结
• 第六章 赋形卡式天线主面变形的副面实时补偿
• 6.1 引言
• 6.2 变形主面的分段吻合
• 6.2.1 理论母线的分段抛物线拟合
• 6.2.2 赋形主面吻合模型的建立
• 6.2.3 最佳吻合参数的计算
• 6.3 副面实时补偿
• 6.3.1 副面调整参数的确定
• 6.3.2 实时性的保证
• 6.4 案例分析与讨论
• 6.4.1 提取上弦节点
• 6.4.2 剔除多余环
• 6.4.3 计算结果及分析
• 6.4.4 补偿效果及分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间的研究成果