星載微帶陣列天線結(jié)構(gòu)熱變形對電性能的影響分析.pdf

1、星載陣列天線作為空間通信、電子偵察、導(dǎo)航、環(huán)境監(jiān)測等衛(wèi)星系統(tǒng)的“眼睛”和“耳朵”，通過空間可展開結(jié)構(gòu)實現(xiàn)較大的物理口徑，同時克服了傳統(tǒng)機械掃描天線的諸多缺點，已成為宇航領(lǐng)域的關(guān)鍵裝備之一，具有重要的應(yīng)用價值和廣闊的發(fā)展前景。作為星載陣列天線主要形式之一的星載微帶陣列天線，受太空惡劣溫度環(huán)境的影響，微帶陣列天線易發(fā)生結(jié)構(gòu)熱變形。對于低剖面的微帶天線而言，結(jié)構(gòu)熱變形不僅包括天線單元位置的改變，同時天線單元自身結(jié)構(gòu)也將發(fā)生變化。為了分析星載微

2、帶陣列天線結(jié)構(gòu)熱變形對天線電性能的影響，本文從機電耦合的角度進行研究，主要包括以下內(nèi)容：
　　首先，闡述星載陣列天線的結(jié)構(gòu)特點和七項關(guān)鍵結(jié)構(gòu)技術(shù)，針對典型的 X波段、中心頻率為10GHz的星載微帶天線進行結(jié)構(gòu)建模與優(yōu)化設(shè)計，得到了一副回波損耗大于20dB的星載微帶天線單元。
　　然后，針對天線單元，從機電耦合的角度出發(fā)，以微帶天線單元輻射特性為基礎(chǔ)，建立了基于自身結(jié)構(gòu)改變（表面彎曲）的微帶天線單元機電耦合模型。通過與電磁軟件

3、HFSS仿真結(jié)果對比分析，確定其適用范圍：對于X波段微帶天線單元發(fā)生彎曲變形，當(dāng)變形對應(yīng)圓心角小于40°時，相對誤差滿足工程誤差小于5％的要求。利用微帶天線單元的機電耦合模型分析結(jié)構(gòu)熱變形對天線電性能的影響，主要表現(xiàn)為：高溫環(huán)境下（100℃~120℃），隨著溫度的升高，熱變形量增大，天線電性能逐漸降低，增益最大降低0.21dB；低溫環(huán)境下（-140℃~-160℃），隨著溫度的降低，熱變形量增大，天線電性能逐漸降低，增益最大降低0.42d

4、B。
　　最后，針對陣列天線，在微帶天線單元機電耦合模型的基礎(chǔ)上，通過電磁疊加原理，建立了包括天線單元自身結(jié)構(gòu)改變（表面彎曲）、位置偏移和指向偏轉(zhuǎn)的機電耦合模型，并以X波段1×5的線陣為例，分別針對線陣結(jié)構(gòu)無變形和彎曲變形（包括單元表面彎曲、位置變化和指向偏轉(zhuǎn)）兩種情況與HFSS軟件進行對比驗證，驗證結(jié)果表明機電耦合模型計算結(jié)果與電磁軟件仿真結(jié)果的相對誤差滿足工程誤差小于5%的要求。利用微帶陣列天線機電耦合模型分析結(jié)構(gòu)熱變形對天線