可展开索网天线形态优化设计研究

摘要

随着空间技术的发展，许多国家对星载天线，尤其是可展开索网天线的研究越来越深入，其中一个重要的研究点就是可展开索网天线的形态优化设计。本文以可展开索网天线为研究目标，重点研究了索网天线的形面设计、预拉力设计及不同索网拓扑结构对其预拉力分布的影响。主要内容如下：
　　(1)提出了一种索网天线的形面设计方法。基于原始Ruze公式，推导了天线增益损失与抛物面形面误差的关系式，分析利用天线增益与形面误差关系式，建立了以考虑照度加权和光程差转换的形面误差最小为目标，索网拉力平衡为约束条件的优化模型，通过对该模型的求解，完成索网的形面设计。采用该方法分别对旋转和偏置抛物面索网天线进行了形面设计，结果均表明了其能有效的提高反射面的形面精度和电性能。
　　(2)为提高索网天线的拉力均匀性，提出了一种预拉力设计方法。设计过程主要分为三个步骤：首先对初始索网进行等拉力设计和边界索连接设计，然后利用极小范数法设计边界索的预拉力，最后对整体索网面进行找形，最终得到的索网结构有效反射面为等拉力、整体网面拉力较均匀。采用该方法对旋转和偏置抛物面索网结构进行了预拉力设计，算例结果表明，该方法优于已有文献所给出的预拉力设计方法。
　　(3)以旋转抛物面索网天线为研究目标，探索了不同拓扑结构对索网天线预拉力分布的影响。首先分析了索网与桁架的拓扑连接关系；然后对不同桁架等分段数下，不同主索分段数的两类有效反射面索网天线，均进行了预拉力设计；最后总结了不同拓扑结构对索网天线预拉力分布的影响。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 星载可展开天线发展现状及趋势

1.3 可展开索网天线形态设计研究

1.4 本文主要工作

第二章 基于节点坐标优化的索网形面设计

2.1 引言

2.2 力密度方法在索网找形中的应用

2.3 基于Ruze公式的形面误差计算公式

2.4 基于节点坐标优化的形面设计方法

2.5 旋转抛物面算例

2.6 偏置抛物面算例

2.7 本章小结

第三章 索网反射面预拉力优化设计

3.1 引言

3.2 索网与桁架的连接策略

3.3 索网预拉力的优化设计

3.4 旋转抛物面索网预拉力设计

3.5 偏置椭圆桁架索网预拉力设计

3.6 偏置圆形桁架索网预拉力设计

3.7 本章小结

第四章 不同拓扑形式对索网预拉力设计的影响

4.1 引言

4.2 索网与桁架的拓扑连接关系

4.3 有效反射面为六边形的不同拓扑索网预拉力设计

4.4 有效反射面为圆形的不同拓扑索网预拉力设计

4.5 索网预拉力设计结果分析

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

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