大型反射面天线热补偿系统若干技术研究

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如今,各国在深空探测、雷达通讯、射电天文等领域的研究力度以及发展投入越来越大。反射面口径在变大,工作频段在增高,温度变形作为其中一个重要影响因素,对天线性能的影响越来越明显。研究人员越发关注并就温度变形对反射面性能的影响机理以及各类补偿算法进行研究,将其应用于实际工程中。但在工程实际应用中,往往忽略了因天线温度无法准确测取等因素的影响,无法进行正确的温度场反演和变形位移场计算,导致最后的电性能补偿调整效果不明显甚至不准确的问题。对此,本文对反射面热补偿系统工程遇到的问题进行分析并实验探究解决方法,主要工作如下:  (1)介绍了一种反射面天线工程中的热补偿系统思路。针对热补偿系统工程应用中温度无法准确测取,导致随后温度场反演等计算过程不准确,电性能补偿效果不明显乃至错误的问题。本文提出了一种传感器三重胶装贴合方法,并就其在实际温测时能否准确测取温度做了探究性实验,据分析结果在传感器探头贴合位置填充导热材料,用于增大探头与被测物体的接触面积,实验结果表明其能保证传感器温度测取精度达到±1℃以内,小于温度绝对误差的5%。有效解决了因传感器安装导致的温度测取不准确的问题。同时,根据工程实测数据对因传感器安装方式误差引起的反射面天线形变量和指向偏移量进行定量分析,分析表明当温度测取绝对误差达到3℃时,天线指向偏移量可达到2.5角秒以上。验证了本文所提传感器安装方法的实用性。  (2)天线结构位置向阳面和背阴面温度存在差值,在工程中如何选取表示天线结构位置的正确温度,进而反演得到准确的温度场在反射面天线热补偿系统中十分重要。本文在传感器安装准确测取温度的基础上,实验探究了天线结构位置阴阳面传感器安装选择对温度测取的影响程度,并对实验结果进行分析总结,为以后的工程研究提供了数据支持。  (3)反射面天线在太阳辐射等不同温度工况下工作,会因热变形影响天线的使用性能。本文对反射面天线温度控制方式在工程中的具体应用进行了总结归纳。简述了天线罩隔热及罩内温控的方式及特点。从整体空气循环、结构设计获取局部高速气流和安装加热/冷却装置三个方面对背架包裹式结构控温做了描述。并在3.6m桁架结构上对温控涂层效果进行了实验分析,实验结果表明温控涂层在高温环境下能使结构温度下降超过10℃。具体实验数据为相关人员的研究提供了一定的参考。  (4)数据库的准确匹配调用是热补偿系统实现准确实时补偿的一个关键要素。对此本文提出了一种应用于数据库数据匹配的匹配调用方法。方法依次从温度数据的整体RMS匹配、各数据样本的相似性区域匹配和关键结构部位的关键性区域匹配三方面对数据库进行匹配。并通过实例验证本方法,匹配数据组与采集数据组计算得到的指向调整量相差小于1角秒,满足工程实际中要求,证明了本方法的可靠性。
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