展开臂关节间隙对可展开网状天线电性能影响的评估方法技术

本发明专利技术属于卫星天线技术领域，具体是一种展开臂关节间隙对可展开网状天线电性能影响的评估方法，包括利用网状天线反射面的焦距F和口径D、偏置距离d，得出所述的偏置反射面的节点坐标[X

【技术实现步骤摘要】
展开臂关节间隙对可展开网状天线电性能影响的评估方法
本专利技术属于卫星天线
，具体是一种影响星载天线电性能的评估方法。
技术介绍
受火箭有效运载空间的限制，大型星载网状天线在整流罩内必须是收拢的，其展开臂需具备多个关节，待展开臂展开到位后锁定展开臂。为保证天线顺利展开，展开臂关节处必然存在铰链间隙，所以锁定后的展开臂依然可做小幅度的运动，且随着天线口径增大，所需的展开臂也就越长，受整流罩尺寸的限制，需引入的关节个数就越多。各展开臂关节间隙引起的误差经传递和累积后，最终会到达天线网状天线反射面，引起网状天线反射面与馈源位置失调，导致天线指向偏差和增益下降等问题，引起大型可展开天线电性能恶化，甚至会导致航天任务失败。由于在地面进行全尺寸大口径可展开天线的真空无重力环境模拟实验几乎无法实现。因此，预测太空环境中，展开臂关节间隙对大型星载网状可展开天线电性能的影响显得尤为重要。本专利技术专利技术人宗亚雳在2014年发表的期刊论文《型面周期性误差对环形桁架可展开天线电性能的影响及其消除方法》中介绍了网状可展开天线的电性能由天线的型面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种展开臂关节间隙对可展开网状天线电性能影响的评估方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：在展开臂关节无间隙的理想状态下，给定网状天线反射面的焦距F和口径D的全局坐标系O-XYZ下建立标准反射面，并根据网状天线反射面的偏置距离d，生成偏置反射面并建立偏置反射面的局部坐标系O'-X'Y'Z'；根据所述的标准反射面和偏置反射面，在所述的全局坐标系下求出所述的偏置反射面的节点坐标[X

【技术特征摘要】
1.一种展开臂关节间隙对可展开网状天线电性能影响的评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在展开臂关节无间隙的理想状态下，给定网状天线反射面的焦距F和口径D的全局坐标系O-XYZ下建立标准反射面，并根据网状天线反射面的偏置距离d，生成偏置反射面并建立偏置反射面的局部坐标系O'-X'Y'Z'；根据所述的标准反射面和偏置反射面，在所述的全局坐标系下求出所述的偏置反射面的节点坐标[X0,Y0,Z0]，进一步的计算得到所述网状天线的辐射电场E0(θ,φ)，绘制远场方向图T0，并从所述远场方向图中提取电性能指标；
步骤2：在展开臂关节具有间隙的状态下，根据展开臂关节结构，建立展开臂关节节点局部坐标系Ci-xyz，计算单节臂的末端点在所述的关节节点局部坐标系下的运动可达的上、下界限，并根据所述的偏置反射面节点坐标[X0,Y0,Z0]及所述单节臂的末端点位置相对其理想位置的变换矩阵，计算出所述末节单节臂可达运动空间边界反射面节点坐标和[X,Y,Z]，进一步的计算得到所述网状天线的辐射电场和E(θ,φ)，绘制远场方向图和T，并从所述远场方向图中提取电性能指标；
步骤3：根据步骤1和步骤2中得到的远场方向图和相应的电性能指标进行对比，得到展开臂关节间隙与展开臂的运动可达空间范围的关系模型，预测在太空环境中，展开臂关节间隙对所述的网状天线电性能的影响。


2.如权利要求1所述的展开臂关节间隙对可展开网状天线电性能影响的评估方法，其特征在于，所述的步骤1具体包括如下步骤：
步骤11：在所述的全局坐标系O-XYZ的(XOZ)面的X轴向，取偏置距离为d的圆柱轴向Da，在所述的Da处以D/2为半径生成圆柱，所述圆柱与所述标准反射面相交的相贯线即为所述的偏置反射面，所述的偏置反射面与标准反射面的两个交点为A和B，并根据所述的圆柱轴向Da与相贯线的相交点记为O'，该点的切线方向和法线方向为局部坐标系X'和Z'的轴向方向，建立偏置反射面局部坐标系O'-X'Y'Z'；
步骤12：通过所述两个交点A和B，计算局部坐标系X'轴与全局坐标系X轴的夹角a；
步骤13：采用Agrawal法生成网格，得到在所述的理想状态下，所述的局部坐标系偏置反射面节点坐标，记做[X′0,Y′0,Z′0]，然后经过坐标系变换得到全局坐标系下偏置反射面节点坐标，记作[X0,Y0,Z0]；
步骤14：根据所述的反射面节点坐标[X0,Y0,Z0]，采用物理光学法计算天线的辐射电场E0(θ,φ)，绘制远场方向图T0，并从远场方向图中提取电性能指标，所述的电性能指标包括增益G0、E面和H面的波束指向和


3.如权利要求2所述的展开臂关节间隙对可展开网状天线电性能影响的评估方法，其特征在于，所述的步骤12具体为：
所述的标准反射面在全局坐标系下可表示为方程：



其中F为标准反射面的焦距；
在全局坐标系下，建立所述交点坐标A(XA,0,ZA)和坐标B(XB,0,ZB)：



其中XA和XB表示为：



其中d为偏置距离，D为口径；
此时，所述偏置反射面的X'轴与全局坐标系X轴的夹角为a，可表示为：
a＝arctan[(ZB-ZA)/(XB-XA)]＝arctan(d/2F)。


4.如权利要求2所述的展开臂关节间隙对可展开网状天线电性能影响的评估方法，其特征在于，所述的步骤13具体为：
通过步骤12中所述的夹角a，得到偏置反射面局部坐标系到全局坐标系的变换矩阵T，可表示为：



从而得到，在所述的全局坐标系O-XYZ下，通过方程：
[X0,Y0,Z0,1]＝[X′0,Y′0,Z′0,1]T，
从而由所述偏置反射面节点坐标[X′0,Y′0,Z′0]，得到全局坐标系下的偏置反射面节点坐标[X0,Y0,Z0]。


5.如权利要求2所述的展开臂关节间隙对可展开网状天线电性能影响的评估方法，其特征在于，所述的步骤14具体为：
采用物理光学法，计算反射面天线电性能，具体计算公式为：



其中，(θ,φ)为远区观察方向，k＝2π/λ为自由空间波数，λ为波长，η＝120π自由空间波阻抗，为单位并矢，为单位矢量的并矢，Σ为偏置反射面表面，矢量代表反射面节点坐标[X0,Y0,Z0]上某点坐标的位置矢量，为该点的入射磁场矢量；
最终根据所得远场绘制远场方向图T0，并从远场方向图中提取电性能指标，即最大场强G0、E面、H面的波束指向和


6.如权利要求1所述的展开臂关节间隙对可展开网状天线电性能影响的评估方法，其特征在于，所述的步骤2具体为：
步骤21：建立展开臂的关节节点局部坐标系，所述的展开臂的关节节点局部坐标系是以展开臂的第i节单节臂，与所述第i节单节臂相邻的是第i+1节单节臂，i＝1,...,n，其中n为展开臂节数，建立的坐标系Ci-xyz，并计算单节臂的末端点Ci+1在所述的单节臂节点局部坐标系下的运动可达的上界和下界与局部坐标系原点Ci的连线与x轴夹角分别记为和βi+1；
步骤22、根据所述偏置反射面节点坐标[X0,Y0,Z0]、所述末节单节臂的位置相对其理想位置的变换矩阵Tlast，计算全局坐标系O-XYZ下，所述末节单节臂运动可达空间边界反射面节点坐标和[X,Y,Z]；
步骤23、根据所述可达空间边界反射面节点坐标和[X,Y,Z]，计算天线的辐射电场和E(θ,φ)，绘制远场方向图和T，并从远场方向图中提取电性能指标，即增益和G、E面、H面的波束指向和θE、θH。


7.如权利要求6所述的展开臂关节间隙对可展开网状天线电性能影响的评估方法，其特征在于，所述的步骤21具体为：
在所述的展开臂的关节节点局部坐标系Ci-xyz中，
标定Ci为第i节单节臂铰链连接处的轴孔圆心，ri为轴孔半径...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗亚雳，张铎，吕昂，王杰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61