暗能量探測天線陣結(jié)構(gòu)及其電性能研究.pdf

1、暗能量問題是當(dāng)前自然科學(xué)研究的熱點(diǎn)，隨著宇宙學(xué)研究的深入，科學(xué)家們提出利用射電觀測技術(shù)，對宇宙大尺度結(jié)構(gòu)進(jìn)行精密觀測和描繪，通過測定其空間功率譜中的重子聲學(xué)振蕩特征來確認(rèn)暗能量的性質(zhì)或狀態(tài)方程式，從而實(shí)現(xiàn)暗能量的探測研究。本文根據(jù)中國科學(xué)院國家天文臺提出的“天籟計(jì)劃”需求，設(shè)計(jì)一種小規(guī)模暗能量探測實(shí)驗(yàn)專用的天線陣列，并進(jìn)行電性能分析。
　　論文首先分析了目前國內(nèi)外的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡陣列研究現(xiàn)狀，探討了暗能量探測所需的天線陣分辨率

2、和靈敏度，指出現(xiàn)有的射電望遠(yuǎn)鏡視場較小，且難以在合理的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)天區(qū)大面積巡天和高靈敏度觀測，而暫時(shí)無法進(jìn)行暗能量觀測的缺點(diǎn)。并根據(jù)R. Ansari等對暗能量探測的陣型分析，闡述了“天籟計(jì)劃”小規(guī)模實(shí)驗(yàn)所需的天線陣規(guī)模和技術(shù)指標(biāo)，即3組40?15m的天線陣列。
　　然后，對比分析了兩種不同陣列形式的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膬?yōu)缺點(diǎn)，提出了一種由拋物柱面天線單元組成的天線陣列初始方案，建立了天線的三維有限元模型，并用 MSC.Patran/Nas

3、tran有限元軟件進(jìn)行靜力學(xué)和模態(tài)分析，結(jié)果表明初始方案在各工況下的形變小、應(yīng)力情況良好，但結(jié)構(gòu)剛度裕量較大、饋源支撐架的諧振頻率偏小。為此，進(jìn)行天線陣結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)拓?fù)溥x優(yōu)，獲得了最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案，使天線陣結(jié)構(gòu)總重量控制在17噸以內(nèi)，自振頻率達(dá)到5.5Hz。在饋源支撐架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析中，提出了立柱式和人字撐桿式結(jié)構(gòu)方案，力學(xué)分析表明人字撐桿式結(jié)構(gòu)具有最佳性能。隨后詳細(xì)設(shè)計(jì)了天線反射面、背架、支撐架、饋源支撐架、滑動(dòng)機(jī)構(gòu)和調(diào)整機(jī)構(gòu)等。

4、用 HFSS等電磁場軟件分別對初始寬頻帶饋源和改進(jìn)后的兩種饋源結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行電性能分析，運(yùn)用 GRASP軟件對拋物柱面天線進(jìn)行增益和方向圖等估算，結(jié)果表明天線增益在23.3~28dBi之間，滿足指標(biāo)要求。
　　最后闡述了天線陣的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，探討了天線基礎(chǔ)、支撐架、反射面及饋源支撐架的安裝過程和安裝精度檢測手段與方法。
　　本文所提出的單元拋物柱面天線結(jié)構(gòu)及天線陣列方案，符合“天籟計(jì)劃”的需求，為項(xiàng)目的進(jìn)一步開展，奠定了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的