摘要
随着大型全可动高精度反射面天线向着高频段、高增益、大宽带、高指向精度的方向发展，对天线结（机）构设计挑战巨大。例如国家重点基础研究发展(973)计划“110米大口径全可动射电望远镜(QTT)关键技术研究”项目，将在中国新疆奇台县建造世界最大的110米口径全可动反射面天线，其主反射面面积约为22个篮球场大，而要求其主反射面的最终形面精度优于0.2毫米，指向精度优于2.5角秒，其难度是可想而知的。还有一点是QTT的副反射面口径达12米，如果仍按常规设计，即将副反射面视为刚体处理的话，势必极大地增加主反射面乃至整个天线结构系统的设计难度和成本。 为此，本文基于机电耦合理论和副反射面补偿的思想，深入开展了考虑副反射面形面补偿的大型反射面天线机电耦合设计方法的研究，以期降低对主反射面形面精度的要求，从而降低难度与成本。主要内容如下: 1.提出了大型反射面天线副反射面的保型计算方法。该研究将保型设计思想拓展至大型副反射面，采用副反射面半长、短轴的变化量作为副反射面同族面形面变化的参数，建立副反射面变形与同族吻合面光程差的转换关系，通过矩阵运算求解最小半光程差的吻合参数，即可得到变形副反射面的保型参数，继而可对QTT的副反射面结构进行保型设计，仿真结果验证了该方法的正确性与可行性。 2.提出了一种赋形反射面天线最佳吻合赋形面的计算方法。该方法首先引入“焦线”将赋形双反射面天线转化为“主反射面-焦线”和“馈源-副反射面-焦线”的两个匹配系统，针对简化的“主反射面-焦线”系统，推导了“焦线”偏移量与赋形天线形面变化的定量关系，进而确定赋形面形面的吻合参数，解决了赋形面没有特定参数描述满足等光程条件的同族面问题。通过最小半光程差矩阵运算即可计算出变形赋形主反射面的最佳吻合参数进而确定最佳吻合赋形面，典型案例的数值结果说明了该方法的有效性。 3.提出了实现补偿主反射面误差的修正副反射面快速设计方法。该方法从GO/PO方法出发，通过迭代计算满足天线光程差最小的副反射面形面修正量，并结合正交多项式（Zernike多项式）来快速确定修正副反射面的形面，因此该方法又称为光程差迭代修正设计方法。数值分析结果验证了所提方法的简单、有效与宽频率范围的适应性。 4.提出了确定修正副反射面来放松主反射面误差的方法。将天线主反射面误差正交分解为独立的误差项，并基于修正副反射面的光程差迭代设计方法，定量描述在给定增益损失条件时，修正副反射面对主反射面误差放松的情况，对工程设计具有参考价值。
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