基于机电耦合的大型反射面天线热变形指向补偿系统

发布时间：2017-04-07 08:02

  本文关键词：基于机电耦合的大型反射面天线热变形指向补偿系统，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着世界各国在天文、通讯及深空探测等多个领域不断发展,相关的领域的技术也在飞速的发展,反射面天线在上述相关领域有着极其重要作用,由于探测距离的不断变大,对信号收集及发射的要求不断增高,反射面天线也朝着大口径、高工作频段的方向发展,这些发展趋势使得大型反射面天线需要在设计、制造及安装时具有很高的精度,除此之外,大型反射面天线在服役期间,其服役性能的保障也是一大研究难点。与此同时,国内外现有的大型反射面天线大多建于各国的边疆地区,这些地区的环境条件恶略,气候条件较为极端,如何使天线在服役期间,使用各种手段对外界环境因素对天线造成的电性能下降进行补偿,成为一项极具挑战性的任务。对此,本文分析了热变形大型反射面天线波束指向的影响,提出了针对天线热变形的大型反射面天线波束指向补偿方法,除此以外,还可以以上述指向补偿方法为基础,对其进行延伸,结合天线各结构的温度采集、温度场反演、热变形计算等,使其成为一套具有实际工程应用价值的系统。本文主要完成的工作如下:(1)分别分析了天线主反射面变形、馈源相位中心的横向移动、副反射面的横向移动以及副反射面的转动对天线波束指向的影响,并给出相关的计算方法。(2)介绍了大型反射面天线热变形指向补偿系统的温度测量、温度场反演、热变形计算等部分,分析了天线温度传感器的布局的优化,以及在利用少量传感器的温度值反演生成整个天线的温度场时用到的多种不同的温度插值方法,此外,还对快速计算天线热变形进行了研究,得到一种快速计算天线热变形的矩阵算法。(3)由于在计算天线指向偏差时需要对变形主面进行拟合,针对标准反射面天线和赋形反射面天线分别介绍了最小二乘法和分段拟合方法这两种变形主面的拟合方法;此外,还对包含温度测量、温度场反演、热变形计算、指向调整量计算的整套系统进行了工程验证。(4)由于大型反射面天线结构巨大,上述指向补偿系统在进行计算时,需要较长的时间,而天线因热变形造成的指向是需要在较短时间内进行调整的,针对该问题,提出利用数据库匹配来实现实时指向调整的目的。此外,还总结了该系统在实际工程应用中存在一些问题,并对其中一些问题提出了改进措施。
【关键词】：大型反射面天线 热变形 波束指向补偿 温度场反演 机电耦合
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN823.27
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 符号对照表12-13
• 缩略语对照表13-16
• 第一章 绪论16-32
• 1.1 研究背景和意义16-17
• 1.2 大型反射面天线的发展17-28
• 1.2.1 国外主要大型反射面天线19-25
• 1.2.2 国内主要大型反射面天线25-28
• 1.3 大型反射面天线补偿方法研究现状28-31
• 1.3.1 机械补偿方法28-30
• 1.3.2 电子补偿方法30
• 1.3.3 其他补偿方法30-31
• 1.4 本文的工作31-32
• 第二章 面天线机电耦合理论及热变形指向影响分析32-44
• 2.1 反射面天线机电耦合公式32-33
• 2.1.1 单反射面天线两场耦合模型32
• 2.1.2 双反射面天线机电耦合模型32-33
• 2.2 反射面天线热变形对指向影响分析33-37
• 2.2.1 主反射面天线结构变形对指向影响34-35
• 2.2.2 馈源的横向移动的影响35-36
• 2.2.3 副反射面的移动36-37
• 2.2.4 副反射面绕顶点的转动37
• 2.3 反射面天线主面母线拟合方法37-42
• 2.3.1 标准反射面天线母线拟合方法37-40
• 2.3.2 赋形反射面天线主面母线拟合方法40-42
• 2.4 本章小结42-44
• 第三章 天线温度场反演及热变形计算44-62
• 3.1 温度传感器布局优化设计44-55
• 3.1.1 面板传感器布局方案设计45-51
• 3.1.2 背架传感器布局方案设计51-55
• 3.2 天线温度场反演插值算法55-57
• 3.2.1 距离反比插值方法55-56
• 3.2.2 Barnes客观分析方法56-57
• 3.3 反射面天线热变形分析方法57-60
• 3.3.1 热变形的有限元计算方法57-58
• 3.3.2 热变形矩阵算法58-60
• 3.4 本章小结60-62
• 第四章 热变形指向补偿方法及其工程应用62-88
• 4.1 天线指向补偿方法62-64
• 4.1.1 天线指向偏差量计算62
• 4.1.2 天线指向补偿量计算62-64
• 4.2 指向补偿方法算例验证64-68
• 4.3 指向补偿方法工程应用68-79
• 4.3.1 工程背景介绍68-69
• 4.3.2 温度传感器布局优化69-72
• 4.3.3 温度场反演计算72-75
• 4.3.4 天线热变形计算75-77
• 4.3.5 天线补偿量计算77-79
• 4.4 指向补偿效果分析79-85
• 4.4.1 补偿效果理论分析79-84
• 4.4.2 补偿效果现场验证84-85
• 4.5 天线指向实时调整85-88
• 第五章 总结与展望88-90
• 5.1 工作总结88
• 5.2 研究展望88-90
• 参考文献90-94
• 致谢94-96
• 作者简介96-97

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