反射面天线热变形对其方向图的影响
天线原理与设计习题集解答-第8-11章
第八章 口径天线的理论基础(8-1) 简述分析口径天线辐射场的基本方法。
答：把求解口径天线在远区的电场问题分为两部分：①. 天线的内部问题； ②. 天线的外部问题；通过界面上的边界条件相互联系。
近似求解内部问题时，通常把条件理想化，然后把理想条件下得到的解直接地或加以修正后作为实际情况下的近似解。
这样它就变成了一个与外部问题无关的独立的问题了。
外部问题的求解主要有：辅助源法、矢量法，这两种是严格的求解方法；等效法、惠更斯原理法、几何光学法、几何绕射法，这些都是近似方法。
(8-2) 试述几何光学的基本内容及其在口径天线设计中的应用。
答：在均匀的媒质中，几何光学假设能量沿着射线传播，而且传播的波前（等相位面）处处垂直于射线，同时假设没有射线的区域就没有能量。
在均匀媒质中，射线为直线，当在两种媒质的分界面上或不均匀媒质传播时，便发生反射和折射，而且完全服从光的反射、折射定律。
BAl nds =⎰光程长度：在任何两个给定的波前之间，沿所有射线路径的光程长度必须相等，这就是光程定律。
''PdA P dA =应用：①. 可对一个完全聚焦的点源馈电的天线系统，求出它在给定馈源功率方向图为P(φ,ξ)时，天线口径面上的相对功率分布。
②. 对于完全聚焦的线源馈电抛物柱面天线系统，口径上的相对功率分布也可用同样类似的方法求解。
(8-3) 试利用惠更斯原理推证口径天线的远区场表达式。
解：惠更斯元产生的场：(1cos )2SP j r SSPjE dE e r βθλ-⋅=⋅+⋅⋅ 222)()(z y y x x r S S SP +-+-= r , >>D (最大的一边)推广到球坐标系：sin cos sin sin cos x r y r z r θφθφθ=⋅⎧⎪=⋅⎨⎪=⎩r =,S S x y r <<SP r =sin cos sin sin S S r x y θφθφ≈-⋅-⋅sin (cos sin )(1cos )2j r j x y S SjE e E e dxdy r ββθφφθλ-⋅⋅+∴=+⋅⎰⎰(8-4) 试利用等效原理推证惠更斯面元的辐射场表达式。
平面反射阵天线的优化设计和误差分析
平面反射阵天线的优化设计和误差分析一、引言天线是无线通信系统的重要部件，它的设计和优化对系统的性能和可靠性具有重要的影响。
平面反射阵天线作为天线的一种重要形式，广泛应用于卫星通信、雷达系统和军事通信等领域。
在实际应用中，平面反射阵天线的性能受到多种因素的影响，如天线结构、反射面精度、天线阵列和天线调制等。
因此，对平面反射阵天线的优化设计和误差分析具有重要的理论和实际意义。
二、平面反射阵天线的结构和性能1. 结构平面反射阵天线是由一组单元天线和反射面组成的，其中反射面可以是平面、抛物面或其他形状。
单元天线是相同的，可以是偶极子或小孔喇叭天线。
它们被安装在反射面上，形成一个二维阵列。
2. 性能平面反射阵天线具有多个方向图和极化调制、稳定性好、单元天线尺寸小、方便制造等优点。
它的可控波束聚焦性能优异，可以实现远距离通信。
但是，由于反射面存在高阶波的散射，导致反射波和直射波之间的相位差产生变化，从而影响了天线的性能。
因此，对平面反射阵天线性能的优化设计和误差分析具有很高的实际价值。
三、平面反射阵天线的优化设计1. 单元天线结构优化单元天线是平面反射阵天线的基本构件，其性能的优化对整个系统的性能影响很大。
因此，单元天线的优化设计是平面反射阵天线优化的重要环节。
2. 反射面的形状反射面的形状对平面反射阵天线的性能也有着重要的影响。
传统的反射面形状是平面或抛物面，但这种形状不能完全消除反射波和直射波的相位差。
因此，近年来出现了新的反射面形状，如小涟漪表面、透镜形状，以及具有透镜和涟漪式表面的混合形状等，这些形状能够减小反射波和直射波之间的相位差，提高天线的性能。
3. 反射面精度反射面的精度对平面反射阵天线的性能影响极大。
反射面的误差会导致反射波和直射波发生干涉，从而降低天线的性能。
因此，要求反射面的精度达到非常高的要求，通常为λ/10~λ/20。
四、平面反射阵天线的误差分析平面反射阵天线的性能受到多种误差的影响。
天线的几个重要参数介绍
一、天线的几个重要参数介绍1.天线的输入阻抗天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。
天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。
天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。
匹配的优劣一般用四个参数来衡量，即反射系数，行波系数，驻波比和回波损耗，四个参数之间有固定的数值关系，使用那一个纯出于习惯。
在我们日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。
驻波比：它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。
驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。
在移动通信系统中，一般要求驻波比小于1.5。
回波损耗：它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。
回波损耗的值在0dB的到无穷大之间，回波损耗越大表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。
0表示全反射，无穷大表示完全匹配。
在移动通信系统中，一般要求回波损耗大于14dB。
2.天线的极化方式所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。
当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。
由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。
因此，在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。
另外，随着新技术的发展，最近又出现了一种双极化天线。
就其设计思路而言，一般分为垂直与水平极化和±45°极化两种方式，性能上一般后者优于前者，因此目前大部分采用的是±45°极化方式。
双极化天线组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线，并同时工作在收发双工模式下，大大节省了每个小区的天线数量；同时由于±45°为正交极化，有效保证了分集接收的良好效果。
卡塞格伦反射面天线
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主要内容及要求： 一、卡塞格伦天线的工作原理和几何结构 二、卡塞格伦天线的分析方法 三、卡塞格伦天线的增益 四、影响反射面天线方向性的因素 五、赋形波束反射面天线 六、其它型式的双反射面天线
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远望六号测量船
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一、卡塞格伦天线的工作原理和几何结构特性
1、天线（抛物面天线——双反射面）
卡塞格伦天线
2 Mf 1 cosq
fe Mf
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二、卡塞格伦天线的分析方法
偏心率e愈小，M愈大。通常 M 3 所以等效抛物面是一个长焦距 抛物面。
f e Mf
e 1 f e 1
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二、卡塞格伦天线的分析方法
用射线管的概念说明它们的口径场分布是相同的。
Q2 Q1 Q’2 Q’1 等 dΨ F’ dθ
F
rபைடு நூலகம் F P
r FP
ρ =FQ
虚馈源法
Ei rq sin q 1 Er r sin
60 Pr Gr
rq
Fr (q )
60 Pr Gv
r
Fv ( )
Fr (q ), Fv ( ) 分别是实、虚馈源的归一化方向图函数
23
Gr , Gv 分别是实、虚馈源的增益
二、卡塞格伦天线的分析方法
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两类常见的反射面天线
主抛 反物 射锥 面面 主抛 反物 射锥 面面
馈源
馈源
副双 反曲 射面 面
抛物面天线
卡塞格伦天线
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与抛物面天线相比，卡塞格伦天线具有以下的优点： （1）以较短的纵向尺寸实现了长焦距抛物面天线的 口径场分布，因而具有高增益，锐波束； （2）由于馈源后馈，缩短了馈线长度，减少了由传 输线带来的噪声； （3）设计时自由度多，可以灵活地选取主反射面、 反射面形状，对波束赋形。 卡塞格伦天线存在着如下缺点：卡塞格伦天线的 副反射面的边缘绕射效应较大，容易引起主面口径 场分布的畸变，副面的遮挡也会使方向图变形。
天线馈源等效相位中心的确定方法要点
(1)要使天线能从馈线得到最大功率，就必须使天线和馈线良好地匹配，也就是要使天线的输入阻抗等于馈线的特性阻抗。这就导致人们引入天线输入阻抗这一电参数。
(2)天线从馈源得到的输入功率是否全部由天线辐射出去呢？一般说来，天线从馈线得到的功率，一部分由天线辐射出去，另一部分将由构成天线的导体及介质损耗掉。因此，辐射功率与输出功率的比值，即天线效率，是人们关心的另一电参数。
Keywords: Antenna Reflecting surface Phase center MATLAB Far-field pattern
第一章绪论
引言
反射面天线在地面通信、星载、射电天文望远镜等诸多方面的应用，对反射面天线电性能指标提出了更高的要求，如高增益、窄波束、高效率等指标。因此，对反射面天线的加工、制造、安装提出了更加严格的指标。然而，反射面天线在实际工作环境中，将受到外部载荷(自重、风、惯性、冰雪等载荷)的影响，会产生表面变形和馈源误差，从而导致电性能变化，引起增益下降，旁瓣电平提高。馈源是反射面天线系统的关键部件之一，馈源的相位特性不仅影响反射面天线的增益，而且影响其副瓣和交叉极化电平。因此，准确地计算馈源的相位中心对设计优质馈源及提高整个天线系统的性能都是十分重要的。
显然，主瓣宽度越小，说明天线辐射能量越集中，其定向辐射的性能越好，也就是天线的方向性越强。所以，主瓣宽度是天线的一个很重要的电参数，或者说重要的电指标。
影响天线方向图测量有关因素分析
影响天线方向图测量有关因素分析Analyz ing Relative Factors on Antenna Radiation Pattern Measurement t田晓霞Tian Xiaoxia=作者简介>田晓霞,女,工程师。
工作单位:中国电子科技集团三十九研究所。
通讯地址:710065西安市电子二路84#信箱32分箱。
=摘要>本文着重讨论测试设备及相关因素对天线方向图测量的影响并提出改进措施。
=关键词>方向图旁瓣特性频谱仪=收稿时间>2004-06-071.引言天线方向图测量的目的是测定或检验天线的辐射特性。
天线的波束宽度、天线增益、天线旁瓣特性等多项技术指标由天线方向图确定。
可见天线方向图是天线的重要指标,国际电工委员会将它定为天线入网测试的主要指标之一。
由于天线方向图测量是系统工程,在天线测量过程中要尽可能排除内外界因素的不良影响,准确地测量天线方向图。
外界因素主要指测试环境:天线附近有无同频干扰源,天线正前方有无高大建筑物遮挡,是否满足远场测试条件(R\2D2/K,D为待测天线直径,K为工作频率)等。
内因指测量系统:测试设备是否精确,测试方法是否合理等。
本文主要讨论内因对天线方向图测量的影响。
2.测量系统构成天线方向图测量系统主要由源天线、扫频信号源、被测天线、ACU/ ADU(天线控制驱动单元)、LNA(低噪声放大器)、频谱仪、绘图仪和低耗同轴电缆线等构成。
测量系统方框如图1所示。
由系统框图可以看出,测量系统由多个单元组成,而频谱仪和驱动单元是方向图测量的主要设备。
图1用信标塔法测试天线方向图框图天线方向图是空间角度的函数,并用F(H,7)函数表征。
由于天线方向图是立体的,在实际测量中,常把方向性函数F(H,7)中的一个变量固定,就可以测量某一截面的天线方向图。
通常测量天线的方位方向图和俯仰方向图。
根据测得的天线方向图,利用式(1)计算天线波束宽度,利用式(2)计算天线增益。
天线方向图的理论分析及测量原理分析
实验四、电波天线特性测试一、实验原理天线的概念无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。
电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。
可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。
天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。
对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。
选择合适的天线天线作为通信系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响通信系统的指标，用户在选择天线时必须首先注重其性能。
具体说有两个方面，第一选择天线类型；第二选择天线的电气性能。
选择天线类型的意义是：所选天线的方向图是否符合系统设计中电波覆盖的要求；选择天线电气性能的要求是：选择天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标是否符合系统设计要求。
天线的方向性发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。
天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。
衡量天线方向性通常使用方向图，在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线，有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。
全向天线由于其无方向性，所以多用在点对多点通信的中心台。
定向天线由于具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，抗干扰能力比较强。
垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图。
立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。
天线的增益增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。
合材料反射面天线热变形对其方向图影响分析
复合材料反射面天线热变形对其方向图影响分析Effects of thermal deformation on the far-field pattern of composite reflector antenna杨仲摘要: 反射面天线由于其高增益低副瓣等优点，一直得到广泛应用。
目前，反射面天线的设计已经不再是简单的机械结构设计，而是将电磁、热、力、减重、材料、工艺等多学科提出综合性要求。
本文针对复合材料反射面天线的热变形与电磁场之间的耦合问题，建立机电耦合模型进行精细化定量分析。
在某些极端应用环境下，环境的温差很大，由于反射面天线中各种复合材料的热膨胀系数差异，在大温差环境下将产生较大的结构应力和变形，该变形将会对天线的电性能产生不利影响。
本文建立了反射面天线的结构热变形对其方向图的影响分析方法，首先通过力学有限元软件建立力学模型，分析其在100°C温差下热变形，然后将变形的结构网格导入到电磁仿真软件FEKO中，定量分析了该热变形对其方向图的影响，该方法为天线的逆向设计提供定量的理论依据。
关键词:机电耦合反射面天线方向图热变形复合材料FEKOAbstract: Reflector antenna has been widely used due to its excellent gain. Now, the design of reflector antenna has been coupled the electromagnetic, thermal field, mechanics and materials. So it has become complex coupling problem. This paper established the model to study the effect of thermal deformation field on the electromagnetic field for composite reflector antenna. The reflector antenna may appear displacement field due to different thermal expansion coefficients. This displacement field will bring bad effects for antenna far-field pattern. In this paper, mechanics model was established firstly to get the thermal deformation field when ΔT=100°C. Then, the deformed mesh model was input to FEKO to establish the electromagnetic model. At last, the effect of thermal deformation on the far-field pattern of reflector antenna was studied. This research will give theory according for converse design of reflector antenna.Key words:electromechanical coupling，reflector antenna，pattern，thermal deformation，composite，FEKO1概述大口径反射面天线已经广泛应用于卫星通讯、宇宙探索、地面跟踪和射电天文等现代技术中，其高增益、低副瓣的需求对天线的设计提出了很高的要求。
宽带基站天线中反射板对方向图影响的性能分析
（ ．海军航 空工程 学院 电子 工程 系， １ 山东烟 台 ２ ４ ０ ； ６０ １ ２ Ｆｎ ． ｉＧｕ电子技 术研 发 中心 ；
３ 空军 工程 大 学 电讯 工程学 院 ， ． 西安
７ ０７ ） １ ０ ７
摘
要 ：采 用基 于有 限元 法的数值 仿真 方 法对五 单元 线 阵进 行 了分析 ， 算 了几 种 常用 的反 射板 计
Ｐｅ ｆ ｒ ａ ｅ ａ ａ ｙ ｉ ａ ｉ ｔｏ ｔｅ ｎ ｆ ｅ ｔ ｄ ｂ ｅ ｌｃ ｏ ｒ ｏ ｍ ｎｃ ｎ ｌ ｓｓｏｆｒ ｄ ａ ｉ ｎ ｐａ ｔ ｒ ａ ｆ ｃ ｅ ｙ ｒ ｆｅ ｔ ｒ
ｉ ｂｒ ａ ｂ ｎｄ ｂａ ｅ ｓ ａ ｉ ｎ ａ ｔ ｎｎａ ｎ ｏ ｄ ａ ｓ ｔ ｔｏ ｎ ｅ
ｂ ｌ ｙ ｏ ａ ｉｔ ｎ ｐ ｔｅ ｎ ｉ ｉ ｐ ｒａ ｔ ｎ ａ ｔ ｎ ａｄ ｓｇ ｉ ｔ ｆ ｄａ ｉ ａ ｔｒ ｏ ｔ ｎ ｎ ｅ ｎ ｅ ｉ ｎ．Ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｈ ｅ ｍ ｄ ｈ ａ ｄ ｔ ｅ ｆｏ ｔ ｉ ｒ ｏ ｓｍ ｉ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ，ｔ ｅｂ ａ ｗｉ ｔ ｎ ｈ ｎ － ｒ ｔ ． ａ ｋ ｒ ｔ ｆ ｔ ｅ ｆ ｅ ｅｅ ｅ ｔ ｉ ｅ ｒ ｙ ａ ｔ ｎ ａ ｕ ｄ ｒ ｄｆｅ ｅ ｔ ｒ ｆ ｃ ｏ ｈ ｐ ｓ ａ ｄ ｓ ｅ ｒ ｏｂ ｃ ａ ｉ ｏ ｈ ｉ ｌ ｎ ｓｌ ａ ａ ａ ｎ ｅ ｎ ｎ ｅ ｉ ｒｎ ｅｌ ｔｒｓ ａ ｅ ｎ ｉ ｓａｅ ｏ ｖ ｍ ｎｒ ｒ ｆ ｅ ｚ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｂｒ ａ ｂ ｎ ｎ ｕ ｌｐ ａ ｉｅ ａ ｅ ｓａ ｉ ｎ ａ ｔ ｎ ａ ｒ ｒ ｎｄ ｍｏ ｅ ｐ ｐｕａ ｎ ｉｓａ ｐ ｉ ｏ ｄ ａ ｄ ａ ｄ ｄ ａ— ｏｌｒｚ ｄ ｂ ｓ ｔ ｔｏ ｎ ｅ ｎ ｓａ ｅｍｏ ｅａ ｒ ｏ ｌｒｉ ｔ ｐ ｌ— ｃ ｔｏ ｓ ｉ ｄ ｒ ｂｉ ｏ ａ ｉｎ ｎ ｍｏ ｅ ｎ ｍｏ ｌ ｃ ｍｍｕ ｃ ｔｏ ｙ ｔ ｍｓ ｅ ｎｉａ ｉ ｎ ｓ ｓ ｅ ，ｂｕ ｈｅ ｒ ｄ ａ ｉｎ ｐ ｔｅ ｎ ｔ ｔ ａ ｉｔｏ ａ ｔ ｒ ｓ，ｅ ｐ ｃａｌ ｎ ａ ｉ ｔ ｓ ｅ ｉｌ ｉ ｚｍｕ ｈ ｙ ｐ ａ ，ａ ｅ ｎ ｔｓａ ｌ ｎ ｕ ｈ ｕ ｄ ｒｂ ｏ ｄ ａ ｄ ａ ｄ ｄ ａ— ｌｒｚ ｄ ｃ ｎｄｔｏ ．Ｈｏ ｔ ｎ ａ ｃ ｈ ｔ — ｌｎｅ ｒ ｏ ｔ ｂｅ ｅ ｏ ｇ ｎ ｅ ｒ ａ ｂ ｎ ｎ ｕ ｌｐ ａ ｉｅ ｏ ｉｉｎｓ ｏ ｗ ｏ ｅ ｈ ｎ ｅ ｔ ｅ ｓａ
天线原理与设计题库
天线原理与设计复习一、填空题1. 天线的主要作用是________________, ___________________________。
2. 天线辐射方向图一般是一个空间三维的曲面图形，但工程上为了方便常采用通过_____________方向的两个正交平面上的剖面来描述天线的方向图。
对于线极化天线，这两个正交的平面通常取为________面和________面。
3. 天线方向图的E 面是指通过_______________方向且平行于_______________的平面。
4. 设某天线的远区辐射电场表示为0(,)j re E Ef rβθθϕ-=，0E ϕ=，0r E =，则坡印亭矢量表示为=w _________________________，其辐射功率表示为r P =_________________________。
5. 半功率波瓣宽度指方向图主瓣上 之间的夹角，或场强下降到最大值的_______处或分贝值从最大值下降 处对应两点之间的夹角。
6. 设某天线的辐射电场主瓣最大值为max E ，副瓣最大值为max S E ，则其副瓣电平定义式为 (dB)。
7. 天线方向性系数D 是用来表征天线辐射能量集中程度的一个参数。
若已知自由空间的方向图函数为),(ϕθf ，则最大指向(m m ϕθ,)上的D =_______________,若已知对称振子天线的辐射电阻为r R ，则D =_________________，若已知天线的效率为a η，则增益G=____________。
8．半波对称振子的带宽决定于 ，而对数周期振子天线的带宽则是由 决定。
9. 理想点源天线是指 的假想点源天线，其辐射方向图在空间是 面。
10. 在某方向(00,θϕ)上，设理想点源天线的电场强度为0E ，某天线的电场强度为00(,)E θϕ，则天线的方向性系数00(,)D θϕ和增益00(,)G θϕ的定义表达式均可写作22000(,)/E E θϕ，它们的定义区别为前者是 为条件，后者是 为条件。
大型反射面天线温度分布规律及变形影响分析
（ 西安 电 子科 技 大学 电子 装 备 结 构 设 计 教 育 部 重 点 实 验 室 ，西安 ７ １ ０ ０ ７ １ ）
摘 要 ：针对高频段大型反射 面天线对 电性 能的高要 求 ， 必须降低太 阳热辐射 对天线 的影 响。先 计算一天 中 太 阳入射角度 的变化规律 ， 再基于 Ｉ － Ｄ Ｅ Ａ Ｓ软件仿真 ， 得 到一 天中各时刻天线反射面上的温度 、 热应力场 、 热变形分
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｒｅ ｄ ｕｃ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｓ ｏｌ ａ ｒ ｈｅ ａ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ ｅ ｌｅ ｆ ｃ ｔ ｏ ｒ ａ ｎ ｔ ｅ ｎｎ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｉ ｍｐｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｍｅ ａ ｎ ｓ ｔ ｏ
（ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ，Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｙ ｒ ｏ ｆ Ｅ ｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｘ ｉ ｄ ｉ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｘ ｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ７ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
第３ ４卷 第 １ １ 期 ２ ０ １ ３年 １ １ 月
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ห้องสมุดไป่ตู้
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Ｖｏ １ ． ３ ４
Ｎｏ １ １
．
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ
星载双反射面天线热变形测量数据处理方法
LIU Boxue, BAI Hongwu
(Xi’an Institute of Space Radio Technology, Xi’an 710000, China)
Abstract: In this paper, from the original measurement data of the thermal deformation of a paraboloid double-reflector antenna under the normal temperature, HT, and LT conditions, and based on the standard theories of the paraboloid fitting and the common-point conversion, we propose a new method to obtain the facial deformation of the mail reflector and the positional deformation of the sub reflector. The method is shown to be reliable for the prediction and the analysis of the on-board performance of the satellite double reflector antenna. The method may also be used for measuring and analyzing other satellite antennas with regard to their thermal deformation.
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航天器环境工程
机械结构因素对反射面天线电性能的影响机理及其应用
机械结构因素对反射面天线电性能的影响机理及其应用机械结构因素对反射面天线电性能的影响机理及其应用摘要：反射面天线是一种常见的高频通信天线，其电性能受到机械结构因素的影响较大。
本文通过分析机械结构因素对反射面天线电性能的影响机理，并结合其应用实例进行探讨。
1.引言反射面天线是利用金属反射面进行电磁波的聚焦和辐射，其性能的优劣对通信质量具有重要影响。
机械结构因素是指反射面天线的结构参数，包括反射面形状、尺寸、表面精度等。
本文将从这些因素入手，分析其对反射面天线电性能的影响机理，并探讨其在实际应用中的应用。
2.机械结构因素对反射面天线电性能的影响机理2.1 反射面形状反射面形状的不同会导致电磁波的反射和聚焦效果的不同。
较为常见的反射面形状有抛物面、双曲面和球面等。
抛物面反射面天线具有良好的聚焦性能，能够将电磁波集中在一个点上，保证较大的增益；而双曲面和球面反射面天线则具有较好的全向辐射性能，适用于无线接入网络和移动通信等应用。
2.2 反射面尺寸反射面的尺寸决定了反射面天线的增益和波束宽度。
一般来说，反射面尺寸越大，增益越高，但波束宽度也会变窄；反之，反射面尺寸越小，增益越低，但波束宽度较大。
在实际应用中，根据通信需求的不同，可以选择合适尺寸的反射面天线。
2.3 反射面表面精度反射面的表面精度决定了电磁波在反射时的损耗情况。
表面精度越高，反射损耗越小，天线的工作效率越高。
因此，在制造反射面时需要保证反射面的平整度和光洁度，以提高反射面天线的性能。
3.机械结构因素对反射面天线的应用3.1 卫星通信天线卫星通信天线需要具备较大的增益和较窄的波束宽度，以保证较远距离的通信质量。
常用的反射面形状是抛物面，通过控制反射面尺寸和表面精度，可以实现高增益和窄波束宽度的天线设计。
3.2 雷达天线雷达天线需要具备广覆盖范围和较好的定位精度。
双曲面反射面天线由于其全向辐射性能，常被应用于雷达系统中。
通过控制反射面尺寸和形状，可以实现雷达天线在水平和垂直方向上的覆盖需求。
星载天线反射面型面热变形影响因素分析
的变化，针对 ULE 玻璃和 M55 层合板材料的反射面，仿真分析反射面厚度、支撑位置、选用材料等因
素对星载天线反射面型面热变形的影响。结果表明，对于抛物面天线，支撑约束在中间位置时反射面型
面误差最大；采用 ULE 玻璃的优化方案可将型面误差减小约 1 个数量级。实际设计中还要综合考虑质
量、刚度及模态特性。
ZHANG Zhengyao, JIANG Shichen, WANG Meng, HU Mengyao
(Shanghai Institute of Satellite Engineering, Shanghai 201109, China)
Abstract: For onboard satellites, the satellite antenna is subjected to the periodic temperature change, along with the thermal deformation on the antenna reflector, and the loss of the antenna gain. The coefficient of the thermal expansion, as an important parameter to describe the thermal deformation of the structure, varies with the temperature. If the coefficient of the thermal expansion is taken as a constant in the simulation analysis of the thermal deformation, there would be non-ignorable error. In this paper, for the reflector of a parabolic antenna, with consideration of the variations of the thermal expansion coefficient against the temperature, the influences of the thickness of the reflector, the position of the support, and the selection of material on the thermal deformation of the reflector made of ULE glass and M55 laminate are simulated and analyzed. It is shown that for a parabolic antenna, the error of the reflector is the largest when the support constraint is in the center position. The optimization scheme with the ULE glass can reduce the surface error by about one order of magnitude. In the practical design, the mass, the stiffness, and the modal characteristics should be considered carefully.
辐射计反射面天线面形精度对其主波束效率影响研究
辐射计反射面天线面形精度对其主波束效率影响研究苏晟;钱巧元;吕利清;王盛【摘要】以FY-3卫星微波成像仪天线为模型,对反射面天线面形精度对天线主波束效率的影响进行了分析.提出基于数值拟合法的公式,用GRASP软件半物理仿真结果,修正Ruze公式关于面形精度影响因子的表达式,实现了工程中天线主波束效率快速估算.该方法减小了Ruze公式中由于假设口径场等幅同相分布引起的计算误差,采用该方法后计算精度可控制在1％以内.最后针对多馈源共用反射面的辐射计天线提出了分区域分析面形精度的方法.【期刊名称】《上海航天》【年(卷),期】2018(035)002【总页数】5页(P121-125)【关键词】物理光学;反射面天线;面形精度;主波束效率;微波辐射计;Ruze公式;半物理仿真;数值拟合【作者】苏晟;钱巧元;吕利清;王盛【作者单位】上海航天电子技术研究所,上海 201109;上海航天电子技术研究所,上海 201109;上海卫星工程研究所,上海 201109;上海航天电子技术研究所,上海201109【正文语种】中文【中图分类】TN820 引言主波束效率是辐射计反射面天线的一项重要性能指标，提高主波束效率有利于提高辐射计的定标精度和观测精度[1]。
反射面天线的面形精度是影响其主波束效率的一项重要因子，而目前工程上对于反射面面形精度要求尚无明确的规定。
Ruze公式从几何光学的角度建立了面形误差和增益损失之间的关系式[2]，在分析时假设反射面口径场分布等幅同相，面形误差在整个面上均匀分布且每个误差点作为一个独立源来考虑。
而通常反射面的口径场分布不是理想的等幅同相，与其形式及馈源的照射锥削有关，每个误差点对电磁场的影响与相邻误差点也具有相关性[3]。
因此Ruze公式应用于工程时，计算出的面形精度要求会高于实际需要。
到毫米波甚至太赫兹波领域，反射面要维持高面形精度的难度和成本变大[4]，研究面形精度对主波束效率的影响程度显得尤为重要。
天线原理与设计讲稿第十二章双反射面天线12.1引言为了改善
第十二章双反射面天线12.1 引言为了改善卫星跟踪与通信应用的大型地面微波反射面天线的性能，多采用双反射面天线系统。
我们已经知道，反射面的方向图形状（波束指向、主瓣宽度、副瓣电平）决定于天线口径上的场（或电流）分布。
而口径场分布又由馈源的方向图和反射面的形状确定。
改变反射面的形状，即采用长焦距的反射面来得到较均匀的口径场分布。
但是，焦距变长之后，天线纵向尺寸变大，这不仅使结构上不便，而且馈线变长会增加损耗，对远距离通讯来说增加噪声，降低效率。
另外，要获得低副瓣(如-40dB)，口径场振幅分布还不能是均匀的，应满足一定分布规律。
这由单反射面和一个馈源来调整是困难的。
采用双反射面天线，可方便地控制口径场分布。
既可以使反射面的焦距较短，又可保证得到所需的天线方向图，而且使设计增加了灵活性。
双反射面天线系统的设计起源于卡塞格伦光学望远镜。
这种光学望远镜以其发明人卡塞格伦Cassegrain命名。
这一章主要介绍作为双反射面天线基础的并已普遍采用的标准卡塞格伦天线，介绍其工作原理，结构组成、几何参数、分析方法、增益和效率等。
为了提高增益效率，将简单介绍赋形卡塞格伦天线和高效率馈源相结合的高效卡塞格伦天线。
12.2 卡赛格伦天线的工作原理12.2.1标准卡塞格伦天线的组成一副10m地面站卡塞格伦天线如图12-1所示。
图12-2 10m地面站卡塞格伦天线标准卡塞格伦天线由主反射面、副反射面和馈源组成。
为了获得聚焦特性，主反射面必须是旋转抛物面，副反射面是旋转双曲面，馈源可以是各种形式，但一般用喇叭作馈源，安装在主、副反射面之间，其相位中心应置于旋转双曲面的焦点上，双曲面的安装应使双曲面的虚焦点与抛物面的焦点重合，如图12-2所示。
卡塞格伦天线整个就是一个轴对称结构。
副反射面通常置于喇叭馈源的远区。
如果喇叭辐射的球面波方向图是旋转对称的，侧卡式天线就具有轴对称性能。
12.2.2卡塞格伦天线的工作原理卡式天线的工作原理与抛物面天线的相似，抛物面天线利用抛物面的反射特性，使得由其焦点处的馈源发出的球面波前，径抛物面反射后转变为在抛物面口径上的平面波前，从而使抛物面天线具有锐波束、高增益的性能。
具有局部凸起形变反射面天线的方向图仿真与分析的开题报告
具有局部凸起形变反射面天线的方向图仿真与分析的开题
报告
1. 研究背景
天线是无线通信系统中的重要组成部分，其性能直接影响系统的工作效率。
近年来，随着无线通信技术的快速发展，对天线的要求也日益提高。
常用的矩形、圆形等传统天线形状已经不能满足新一代无线通信系统对天线的要求。
因此，研究具有局部凸起形变反射面的天线形状及其性能具有重要的现实意义。
2. 研究目的
本研究旨在通过方向图仿真与分析，研究具有局部凸起形变反射面天线的性能，包括方向性、增益、频率响应等，并探讨局部凸起形变反射面天线的形状对其性能的影响。
3. 研究内容
本研究将对具有局部凸起形变反射面的天线进行方向图仿真与分析。
具体内容包括：
（1）建立具有局部凸起形变反射面的天线的模型；
（2）利用电场有限元软件对天线进行电场分析，得到其方向图；
（3）评估天线的性能，包括方向性、增益、频率响应等；
（4）探讨局部凸起形变反射面天线形状对其性能的影响。
4. 研究方法
本研究将采用电场有限元软件进行天线的仿真与分析。
通过对具有局部凸起形变反射面的天线进行电场分析，得到其方向图，并对其性能进行评估。
同时，通过调整凸起形变反射面的形状，探讨其对天线性能的影响。
5. 研究意义
本研究对于提高无线通信系统中天线的性能具有重要的意义。
通过研究具有局部凸起形变反射面天线的形状及其性能，可以为无线通信系统的优化设计提供指导。
同时，本研究也为天线形状的创新与发展提供借鉴。
碳纤维复合材料C波段天线反射面(上)
碳纤维复合材料C波段天线反射面（上）摘要：简述了碳纤维复合材料C波段天线的组成，着重对天线反射面制造工艺过程、材料选择及特性、铺层分析、成型模具设计、固化成型工艺参数选择和产品质量控制等内容进行了分析。
1 前言碳纤维复合材料是一种新型结构材料，与金属材料相比具有较高的比强度、比刚度、热膨胀系数小、阻尼性能好等优点，且可按制件在不同方位受力大小进行铺层设计，工艺上可以整体成型，减少零件数目，因此近年来在航天器上得到日益广泛的应用。
天线是任何卫星都不可缺少的星载设备。
天线移种分类方法，按天线形状分类，通常可分为线天线、喇叭天线、反射面天线和阵列天线等。
无论是哪种类型的天线，由于其反射面的曲面精度和尺寸稳定性会直接影响天线的增益，因此天线反射面研制过程中一个重要任务是如何来保证反射面的型面精度和尺寸稳定性。
本文以我单位研制的C波段天线反射面为例，分别从制造工艺过程、材料选择及特性试验、铺层分析、成型模具设计、固化成型工艺参数选择和产品质量控制等内容进行分析，为确保天线反射面研制质量奠定基础。
本研究成果已用于某通信卫星抛物面天线中，经受多次飞行试验考验，取得满意的结果。
2. C波段天线的组成及主要技术指标2.1 C波段天线的组成c波段天线主要由天线反射面、加强筋、角锥喇叭、连接法兰和下法兰组成，见图1。
其中，天线反射面由碳／环氧面板、铝蜂窝芯和各种预埋件等零件采用真空袋--热压罐法胶接成型工艺复合成蜂窝夹层结构；加强筋、角锥喇叭、连接法兰通过采用碳／环氧预浸料按照铺层设计要求进行手工铺层，然后再按工艺要求进行模压成型；下法兰采用铝金属机加成型。
最后，通过组装成型模对天线反射面、加强筋、角锥喇叭、连接法兰和下法兰五个部分定位，采用胶接工艺组成一整体结构。
2.2 主要技术指标c波段天线主要技术指标为：①天线反射面形状法向偏差不大于0.3 mm（均方根值）；②确定抛物面焦点位置，实测焦点与理论焦点的空间位置偏差不大于0.5 mm；③角锥喇叭每侧面平面度不大于0.2mm；④纤维体积含量63±3%；⑤对复合材料结构进行无损探伤，不允许有气泡、分层和夹杂。
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Ｎａ ｓ ｔ ｒ ａ ｎ． Ｔ ｈｅ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｆ ｏ ｍ ｅ ｒ ｄ ｍｅ ｓ ｈ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｉ ｎｐ ｕ ｔ ｉ ｎ ｔ ｏ Ｆ ＥＫＯ，ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｒ ｌ ｄｅ ｆ ｏ ｍａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｆ ａ ｒ —
（ 上 海航 天 电子 通讯设 备 研究 所 ， 上 海 ２ ０ １ １ ０ ９ ）
摘 要： 在 某些极 端 应 用场合 下 ， 环境 温 差很 大 ， 反射 面天线 由于其各 种 复合材 料 的热膨 胀 系数差 异 ， 将
产生较 大 的结构 应 力和 变形 ， 该 变形将 会 对 天线 的 电性 能产 生 不利 影 响 。 文 中针 对 复合 材料 反 射 面天 线 的热 变形 与 电磁 场 之 间的耦 合 问题 ， 建 立 了反 射 面天 线结 构 热 变形 对 其 方 向 图影 响 的分 析 方 法 。首
ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｉ ｔ ｓ ｖ ａ ｉｏ ｒ ｕｓ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ．Ｔｈ ｉ ｓ ｄ ｅ ｆ ｏ ｍ ａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗｉ ｌ ｌ ｂｒ ｉｎ ｇ ｂ ａ ｄ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ．
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对 网格 的控 制 ， 使得 力学模 型与 电磁 模型 采 用统一 网格模 型 ， 从 而 降低 了网格 转 换带 来的人 为误 差 。该
方 法为 天线 的逆 向设 计提供 了定量 的理 论依 据 。
关键词： 机 电耦 合 ； Ｆ Ｅ Ｋ Ｏ； 反射 面天 线 ； 方 向图 ； 热 变形
中 图分类 号 ： Ｔ Ｎ ８ ２
Ｒｅ ｌｅ ｆ ｃ ｔ ｏ ｒ Ａｎｔ ｅ ｎ ｎ ａ
ＹＡＮＧ Ｚｈ ｏｎ ｇ
（ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ａ ｅ ｒ ｏ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ａｉ ｈ ２ ０ １ １ ０ ９， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ）
ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｍ ａ ｒ ｌ ｄ ｅ ｆ ｏ ｍ ａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｆ ａ ｒ － ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｐ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎ．Ｆｉ ｒ ｓ ｔ ｌ ｙ，ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ －
第３ １卷第 ５期
２ ０ １ ５年 １ Ｏ月
电 子 机 械 工 程
Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ － Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｖ０ Ｉ ． ３１． Ｎｏ． ５
０ｃ ｔ ． ２ ０１ ５
反射 面天线热变形对其方 向图的影 响
杨 仲
文 献标识 码 ： Ａ
文章 编 号 ： １ ０ ０ ８ － ５ ３ ０ ０ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ５ — ０ ０ １ ９ － ０ ４
Ｅｆ ｆｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ Ｔｈｅ ｒ ｍａ ｌ Ｄｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｆａ ｒ ． ｉｅ ｆ ｌ ｄ Ｐａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎ ｏ ｆ
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先通过力学有限元前后处理软件 Ｐ ａ ｔ ｒ ａ ｎ建立力学模型 ， 通过 Ｎ ａ ｓ ｔ ｒ ａ ｎ分析其在 １ ０ ０℃温差下的结构热 变 形， 然后 将 变形 后 的结 构 网格 导 入 电磁 仿 真软 件 Ｆ Ｅ Ｋ Ｏ 中， 定量 分析 热 变形对 方 向 图的 影响 。文 中通 过