衛(wèi)星光通信終端光學天線溫度特性研究.pdf

1、衛(wèi)星在空間運行的過程中受到空間環(huán)境的影響很大。空間環(huán)境直接作用于光學天線上，導致光學天線溫度分布不均，從而導致光學系統形變。光學系統作為衛(wèi)星激光通信系統中的核心部件，其形變將影響傳輸光束的質量，進而可能嚴重地影響通信質量。所以研究溫度場的變化對于衛(wèi)星激光通信的影響具有很重要的作用，這對于優(yōu)化衛(wèi)星激光通信系統的性能、提高其通信質量等具有重要的意義。
　　本文基于反射式卡塞格倫系統的設計，首先對其光學系統的機械支撐結構進行了設計，并建

2、立光學天線的有限元分析模型；在光學鏡面為不同材料，以及不同幾何形狀的加熱片加熱下，主要研究光學系統的溫度特性。對其溫度特性的研究包括了熱載荷下主次鏡的溫度場分布情況，形變量情況，最后通過Zernike多項式擬合得到主次鏡鏡面的形變量，利用CODE V分析得到系統成像的波前畸變、光斑能量分布、MTF等，同時對相同條件下兩種材料系統的光束質量進行了對比分析。圍繞上述內容，具體工作內容如下：
　?。?）設計光學系統的支撐結構。光學系統的

3、支撐結構包括主鏡底座和次鏡支架。采用三點支撐的方式連接主次鏡，支架和次鏡底座采用同一材料經過切割而制成。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。通過對支撐結構進行設計，將光學系統實體化。
　?。?）建立光學天線有限元分析模型，對光學系統的溫度特性進行仿真研究。對于光學元件材料分別為微晶玻璃和K9的光學系統，其主鏡背面，分別采用了三種不同的加熱方式加熱。通過分析得到三種加熱片下光學系統的溫度場和形變場的

4、數值隨溫度的升高呈線性遞增。
　?。?）研究了形變對光學系統性能的影響。利用Zernike多項式擬合，得到相應形變后的光學系統，通過CODEV光學分析軟件得到相應的光束質量變化情況。其RMS值、P-V值隨溫度升高呈線性遞增。
　　（4）對比分析得到徑向加熱片對光學系統光束質量的影響小，周向等積加熱片次之，周向等徑加熱片最大。對兩種材料而言，在熱源溫度相同時，微晶材料系統的影響小于K9材料的系統。
　　綜上，光學天線的溫