[发明专利]面向增益与指向大型变形抛物面天线面板吻合旋转调整方法

说明书

本发明公开了一种面向增益与指向大型变形抛物面天线面板吻合旋转调整方法，包括确定抛物面天线结构方案及促动器初始位置，建立有限元模型、促动器支撑面板节点；计算天线结构自重变形，提取变形抛物面节点；计算天线最佳吻合抛物面；计算变形抛物面的均方根误差，判断天线增益是否满足要求；反转吻合抛物面，确定最优工作性能下目标曲面；确定变形抛物面与目标曲面的对应节点，计算促动器调整量；调整面板位置，更新天线结构有限元模型，利用机电耦合模型计算变形天线电性能，判断天线指向是否满足要求，输出促动器调整量，得到优面板吻合旋转调整量。本发明具有促动器总行程短、明显改善天线反射面精度、提高天线增益和保证天线工作指向的优点。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体是一种面向增益与指向的大型变形抛物面天线面板吻合旋转调整方法，用于主动调整大型变形抛物面天线的反射面面板位置，使天线工作性能达到最优。

背景技术

以接收功能为主的大型面天线，必须建造得既大又好，“大”，意味着有大口径和大聚集面积，可以接收更强信号，从并观测太空微弱源；“好”，意味着两方面，一是有较精确的反射面表面，使天线可观测在较短波段，二是有较高的指向精度，实现窄波束观测，以获得较高分辨率，从而实现射电望远镜“看得远、看得清、看得准”。面对射电望远镜大口径、高频段的发展趋势，在复杂环境中服役的大型天线受到自重、温度和风荷等因素影响下会产生结构变形，并且服役过程中天线进行俯仰方位转动，天线表面形貌时变，另外还存在制造、安装等随机误差，它们共同导致了天线电性能恶化，例如增益降低、副瓣抬高、指向偏转等。此时有必要对天线反射面的空间位置与几何形状进行调整，即主动反射面调整，这是补偿天线电性能最有效的手段。

目前国内外多部大型射电望远镜都已经采用了或即将采用主动反射面调整技术，例如美国GBT、墨西哥LMT、意大利SRT、智利CCAT和中国天马望远镜。一些早年建造的大型天线，例如德国1971年的Effelsberg 100米天线和美国1964年的Haystack 37米天线，都于二十世纪初将其副面升级为可变形副面。目前我国正在建设的FAST 500米天线和计划在新疆建造的QTT 110米天线也将应用这一技术。可见面对大型抛物面天线的发展趋势，采用主动反射面调整技术是大势所趋。在已有的一些与大型天线电性能补偿的相关专利中，比如西安电子科技大学电子装备结构设计教育部重点实验室的专利《一种变形大型单反射面天线的馈源位置补偿方法》、《一种基于机电耦合的大型赋形双反射面天线的副面补偿方法》和《一种基于机电耦合的大型赋形双反射面天线的指向调整方法》都是基于传统的天线结构形式，分别通过移动馈源、副面到匹配位置，和通过天线整体方位俯仰转动调整的方法，对因天线结构变形引起的天线型面变形，从而导致的天线电性能恶化问题进行间接补偿，由于仍然存在天线型面变形，无法弥补天线增益损失，而且这些调整方法过程较繁琐，不能直接解决主要问题，在实际应用中已无法满足大型天线的工作性能补偿。

因此，有必要基于天线主动反射面的结构设计形式和面板主动调整方法，根据天线结构和面板的重力变形信息，对其进行分析，进而得到抛物面的变形情况，然后根据最优工作性能下的目标曲面来确定变形抛物面面板的吻合旋转调整量，用于指导天线面板调整，进而改善天线工作性能，这一过程即为面向增益和指向的大型变形抛物面天线面板吻合旋转调整方法。

发明内容

针对以前调整方法存在的不足，本文发明了一种面向增益与指向的大型变形抛物面天线面板吻合旋转调整方法，该方法针对大型变形抛物面天线，通过面板吻合旋转调整方法来改善天线工作性能。

为了实现上述目的，本发明提供的调整方法包括如下步骤：

(1)根据大型抛物面天线的结构参数、工作频率及材料属性，确定天线结构方案及促动器初始位置，在有限元力学分析软件中建立理想情况下天线结构有限元模型，并确定促动器支撑面板节点；

(2)根据建立的理想情况下天线结构有限元模型，在有限元力学分析软件中对未变形抛物面天线结构有限元模型施加重力载荷，计算天线结构自重变形，并提取天线变形抛物面的节点信息；