暗能量探測天線陣結構及其電性能研究.pdf

1、暗能量問題是當前自然科學研究的熱點，隨著宇宙學研究的深入，科學家們提出利用射電觀測技術，對宇宙大尺度結構進行精密觀測和描繪，通過測定其空間功率譜中的重子聲學振蕩特征來確認暗能量的性質或狀態(tài)方程式，從而實現暗能量的探測研究。本文根據中國科學院國家天文臺提出的“天籟計劃”需求，設計一種小規(guī)模暗能量探測實驗專用的天線陣列，并進行電性能分析。
　　論文首先分析了目前國內外的綜合孔徑射電望遠鏡陣列研究現狀，探討了暗能量探測所需的天線陣分辨率

2、和靈敏度，指出現有的射電望遠鏡視場較小，且難以在合理的時間內實現天區(qū)大面積巡天和高靈敏度觀測，而暫時無法進行暗能量觀測的缺點。并根據R. Ansari等對暗能量探測的陣型分析，闡述了“天籟計劃”小規(guī)模實驗所需的天線陣規(guī)模和技術指標，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驗模型的優(yōu)缺點，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有限元軟件進行靜力學和模態(tài)分析，結果表明初始方案在各工況下的形變小、應力情況良好，但結構剛度裕量較大、饋源支撐架的諧振頻率偏小。為此，進行天線陣結構優(yōu)化設計及結構拓撲選優(yōu)，獲得了最優(yōu)結構方案，使天線陣結構總重量控制在17噸以內，自振頻率達到5.5Hz。在饋源支撐架的結構設計與分析中，提出了立柱式和人字撐桿式結構方案，力學分析表明人字撐桿式結構具有最佳性能。隨后詳細設計了天線反射面、背架、支撐架、饋源支撐架、滑動機構和調整機構等。

4、用 HFSS等電磁場軟件分別對初始寬頻帶饋源和改進后的兩種饋源結構方案進行電性能分析，運用 GRASP軟件對拋物柱面天線進行增益和方向圖等估算，結果表明天線增益在23.3~28dBi之間，滿足指標要求。
　　最后闡述了天線陣的基礎結構，探討了天線基礎、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構及天線陣列方案，符合“天籟計劃”的需求，為項目的進一步開展，奠定了一個堅實的