衛(wèi)星光通信終端光學(xué)天線溫度特性研究.pdf

1、衛(wèi)星在空間運(yùn)行的過(guò)程中受到空間環(huán)境的影響很大?？臻g環(huán)境直接作用于光學(xué)天線上，導(dǎo)致光學(xué)天線溫度分布不均，從而導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)形變。光學(xué)系統(tǒng)作為衛(wèi)星激光通信系統(tǒng)中的核心部件，其形變將影響傳輸光束的質(zhì)量，進(jìn)而可能?chē)?yán)重地影響通信質(zhì)量。所以研究溫度場(chǎng)的變化對(duì)于衛(wèi)星激光通信的影響具有很重要的作用，這對(duì)于優(yōu)化衛(wèi)星激光通信系統(tǒng)的性能、提高其通信質(zhì)量等具有重要的意義。
　　本文基于反射式卡塞格倫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先對(duì)其光學(xué)系統(tǒng)的機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并建

2、立光學(xué)天線的有限元分析模型；在光學(xué)鏡面為不同材料，以及不同幾何形狀的加熱片加熱下，主要研究光學(xué)系統(tǒng)的溫度特性。對(duì)其溫度特性的研究包括了熱載荷下主次鏡的溫度場(chǎng)分布情況，形變量情況，最后通過(guò)Zernike多項(xiàng)式擬合得到主次鏡鏡面的形變量，利用CODE V分析得到系統(tǒng)成像的波前畸變、光斑能量分布、MTF等，同時(shí)對(duì)相同條件下兩種材料系統(tǒng)的光束質(zhì)量進(jìn)行了對(duì)比分析。圍繞上述內(nèi)容，具體工作內(nèi)容如下：
　?。?）設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)。光學(xué)系統(tǒng)的

3、支撐結(jié)構(gòu)包括主鏡底座和次鏡支架。采用三點(diǎn)支撐的方式連接主次鏡，支架和次鏡底座采用同一材料經(jīng)過(guò)切割而制成。主鏡底座采用周邊支撐方式，主鏡底座和次鏡支架的材料分別為鈦合金和殷鋼。通過(guò)對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將光學(xué)系統(tǒng)實(shí)體化。
　?。?）建立光學(xué)天線有限元分析模型，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的溫度特性進(jìn)行仿真研究。對(duì)于光學(xué)元件材料分別為微晶玻璃和K9的光學(xué)系統(tǒng)，其主鏡背面，分別采用了三種不同的加熱方式加熱。通過(guò)分析得到三種加熱片下光學(xué)系統(tǒng)的溫度場(chǎng)和形變場(chǎng)的

4、數(shù)值隨溫度的升高呈線性遞增。
　?。?）研究了形變對(duì)光學(xué)系統(tǒng)性能的影響。利用Zernike多項(xiàng)式擬合，得到相應(yīng)形變后的光學(xué)系統(tǒng)，通過(guò)CODEV光學(xué)分析軟件得到相應(yīng)的光束質(zhì)量變化情況。其RMS值、P-V值隨溫度升高呈線性遞增。
　?。?）對(duì)比分析得到徑向加熱片對(duì)光學(xué)系統(tǒng)光束質(zhì)量的影響小，周向等積加熱片次之，周向等徑加熱片最大。對(duì)兩種材料而言，在熱源溫度相同時(shí)，微晶材料系統(tǒng)的影響小于K9材料的系統(tǒng)。
　　綜上，光學(xué)天線的溫