《電磁場、微波技術(shù)與天線》課件-第12章

第12章面天線12.1引言12.2等效原理(FieldEquivalenceTheorem)與惠更斯元的輻射12.3平面口徑(PlanarAperture)的輻射12.4喇叭天線(HornAntenna)12.5旋轉(zhuǎn)拋物面天線12.6卡塞格倫天線

12.1引言

面天線(ApertureAntenna)用在無線電頻譜的高頻端,尤其是微波波段。面天線的種類很多,常見的有喇叭天線、拋物面天線、卡塞格倫天線等。這類天線所載的電流是分布在金屬面上的,而金屬面的口徑尺寸遠(yuǎn)大于工作波長。面天線在雷達(dá)、導(dǎo)航、衛(wèi)星通信以及射電天文和氣象等無線電技術(shù)設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。

分析面天線的輻射問題,通常采用口徑場法,它基于惠更斯菲涅爾原理。即在空間任一點的場,是包圍天線的封閉曲面上各點的電磁擾動產(chǎn)生的次級輻射在該點疊加的結(jié)果。對于面天線而言,常用的分析方法就是根據(jù)初級輻射源求出口徑面上的場分布,進(jìn)而求出輻射場。

12.2等效原理(FieldEquivalenceTheorem)與惠更斯元的輻射

如圖12-2-1所示,面天線通常由金屬面S1和初級輻射源組成。設(shè)包圍天線的封閉曲面由金屬面的外表面S1以及金屬面的口徑面S2共同組成,由于S1為導(dǎo)體的外表面,其上的場為零,于是面天線的輻射問題就轉(zhuǎn)化為口徑面S2的輻射。由于口徑面上存在著口徑場ES

和HS,根據(jù)惠更斯原理(HuygensPrinciple),將口徑面S2分割成許多面元,這些面元稱為惠更斯元或二次輻射源。

由所有惠更斯元的輻射之和即得到整個口徑面的輻射場。為方便計算,口徑面S2通常取為平面。當(dāng)由口徑場求解輻射場時,每一個面元的次級輻射可用等效電流元與等效磁流元來代替,口徑場的輻射場就是由所有等效電流元(等效電基本振子)和等效磁流元(等效磁基本振子)所共同產(chǎn)生的。這就是電磁場理論中的等效原理。

圖12-2-1口徑場法原理圖

如果仍定義相應(yīng)的等效電流元的方向沿y軸方向,則由于其長度為dy,因此其數(shù)值為

而此面元上的等效面磁流密度為

相應(yīng)的等效磁流元的方向沿x軸方向,其長度為dx,數(shù)值為

于是,這樣一個惠更斯元的輻射即為相互正交放置的等效電流元和等效磁流元的輻射場之和。圖12-2-2惠更斯元的輻射及其坐標(biāo)

E平面(yOz平面)如圖12-2-3所示,在此平面內(nèi),電流元產(chǎn)生的輻射場為

磁流元產(chǎn)生的輻射場為圖12-2-3E平面的幾何關(guān)系

于是,惠更斯元在E平面上的輻射場為

H平面(xOz平面)如圖12-2-4所示,在此平面內(nèi),根據(jù)上述同樣的分析,電基本振子產(chǎn)生的輻射場為

磁基本振子產(chǎn)生的輻射場為

于是,惠更斯元在H平面上的輻射場為圖12-2-4H平面的幾何關(guān)系

由式(12-2-8)和式(12-2-11)可看出,兩主平面的歸一化方向函數(shù)均為

其歸一化方向圖如圖12-2-5所示。由方向圖的形狀可以看出,惠更斯元的最大輻射方向與其本身垂直。單純由Ey

激勵的惠更斯元在兩主平面的極化方式為線極化。如果平面口徑由這樣的面元組成,而且各面元同相激勵,則此同相口徑面的最大輻射方向勢必垂直于該口徑面,并且口徑面積越大,方向性越強。

12.3平面口徑(PlanarAperture)的輻射

12.3.1一般計算公式如圖12-3-1所示,設(shè)有一任意形狀的平面口徑位于xOy平面內(nèi),口徑面積為S,其上的口徑場仍為Ey,因此該平面口徑輻射場的極化與惠更斯元的極化相同。圖12-3-1平面口徑坐標(biāo)系

坐標(biāo)原點至觀察點M(r,θ,φ)為r,面元dS(xS,yS)到觀察點的距離為R,將惠更斯元的主平面輻射場積分可得到平面口徑在遠(yuǎn)區(qū)的兩個主平面輻射場為

式(12-3-3)和式(12-3-4)是計算平面口徑輻射場的常用公式。只要給定口徑面的形狀和口徑面上的場分布,就可以求得兩個主平面的輻射場,分析其方向性變化規(guī)律。

上式是求同相平面口徑方向系數(shù)的重要公式?？梢钥闯雒娣e利用系數(shù)ν反映了口徑場分布的均勻程度,口徑場分布越均勻,ν值越大。當(dāng)口徑場為完全均勻分布時,ν=1。

12.3.2同相平面口徑的輻射

如圖12-3-2所示,常用的口徑平面有矩形和圓形,設(shè)矩形口徑的尺寸為a×b,圓形口徑的半徑為a,無論口徑場Ey

分布為均勻或者不均勻,但只要Ey

的分布函數(shù)給定,利用式(12-3-3)和式(12-3-4)都可以分析出兩主平面的輻射特性。

圖12-3-2平面口徑示意圖

圖12-3-3繪出了a=2λ,b=3λ的矩形口徑的主平面方向圖,由于口徑在E平面的尺寸較大,所以E面方向圖比H面方向圖主瓣窄,并且E面波瓣個數(shù)多于H面波瓣個數(shù)。又因為余弦分布只體現(xiàn)在x坐標(biāo)上,所以對應(yīng)的方向圖只在H面上主瓣變寬,而E面方向圖維持不變。圖12-3-3矩形口徑的主平面方向圖(a=2λ,b=3λ)

圖12-3-4繪出了a=3λ,b=2λ的矩形口徑的立體方向圖,從圖上仍然可以看出尺寸a和尺寸b如何分別影響了H面和E面方向圖的方向性。圖12-3-4矩形口徑立體方向圖

圖12-3-5平面口徑的方向函數(shù)

對平面同相口徑而言,可歸納出如下的重要結(jié)論:

(1)平面同相口徑的最大輻射方向一定位于口徑面的法線方向;

(2)在口徑場分布規(guī)律一定的情況下,口徑面的電尺寸越大,主瓣越窄,方向系數(shù)越大;

(3)當(dāng)口徑電尺寸一定時,口徑場分布越均勻,其面積利用系數(shù)越大,方向系數(shù)越大,但是副瓣電平越高;

(4)口徑輻射的副瓣電平以及面積利用系數(shù)只取決于口徑場的分布情況,而與口徑的電尺寸無關(guān)。

12.3.3相位偏移對口徑輻射場的影響

假設(shè)口徑場振幅分布仍然均勻,常見的口徑場相位偏移有如下幾種:

直線律相位偏移相當(dāng)于一平面波傾斜投射到平面口徑上,平方律相位偏移相當(dāng)于球面波或柱面波的投射。圖12-3-6、圖12-3-7和圖12-3-8分別計算了以上三種情況的H面方向圖。從計算結(jié)果可以分析出,直線律相位偏移帶來了最大輻射方向的偏移,可以利用此特點產(chǎn)生電掃描效應(yīng)。平方律相位偏移帶來了零點模糊、主瓣展寬、主瓣分裂以及方向系數(shù)下降,在天線設(shè)計中應(yīng)力求避免。立方律相位偏移不僅產(chǎn)生了最大輻射方向偏轉(zhuǎn),而且還會導(dǎo)致方向圖不對稱,在主瓣的一側(cè)產(chǎn)生了較大的副瓣,對雷達(dá)而言,此種情況極易混淆目標(biāo)。圖12-3-6直線律相位偏移的矩形口徑方向圖圖12-3-7平方律相位偏移的矩形口徑方向圖圖12-3-8立方律相位偏移的矩形口徑方向圖

12.4喇叭天線(HornAntenna)

喇叭天線是最廣泛使用的微波天線之一。它的出現(xiàn)與早期應(yīng)用可追溯到19世紀(jì)后期。喇叭天線除了大量用作反射面天線的饋源以外,也是相控陣天線的常用單元,還可以用作對其他高增益天線進(jìn)行校準(zhǔn)和增益測試的通用標(biāo)準(zhǔn)。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、饋電簡便、頻帶較寬、功率容量大和高增益的整體性能。

喇叭天線由逐漸張開的波導(dǎo)構(gòu)成。如圖12-4-1所示,逐漸張開的過渡段既可以保證波導(dǎo)與空間的良好匹配,又可以獲得較大的口徑尺寸以加強輻射的方向性。根據(jù)口徑的形狀有矩形喇叭天線和圓形喇叭天線等。圖12-4-1中,圖(a)保持了矩形波導(dǎo)的窄邊尺寸不變,逐漸展開寬邊而得到H面扇形喇叭(H-PlaneSectorHorn);圖(b)保持了矩形波導(dǎo)的寬邊尺寸不變,逐漸展開窄邊而得到E面扇形喇叭(E-PlaneSectorHorn);圖(c)為矩形波導(dǎo)的寬邊和窄邊同時展開而得到角錐喇叭(PyramidalHorn);圖(d)為圓波導(dǎo)逐漸展開形成的圓錐喇叭。由于喇叭天線是反射面天線的常用饋源,它的性能直接影響反射面天線的整體性能,所以喇叭天線還有很多其他的改進(jìn)型。圖12-4-1普通喇叭天線

12.4.1矩形喇叭天線的口徑場與方向圖

喇叭天線可以作為口徑天線來處理。圖12-4-2顯示了角錐喇叭的尺寸和坐標(biāo),圖中LE、LH

分別為E面和H面的長度,a、b為波導(dǎo)的寬邊和窄邊尺寸,ah、bh為相應(yīng)的口徑尺寸。當(dāng)LE≠LH時,為楔形角錐喇叭;當(dāng)LE=LH時,為尖頂角錐喇叭;當(dāng)ah=a或LH=∞時,為E面喇叭;當(dāng)bh=b或LE=∞時,為H面喇叭。喇叭天線的口徑場可近似地由矩形波導(dǎo)至喇叭結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的相應(yīng)截面的導(dǎo)波場來決定。圖12-4-2角錐喇叭的尺寸與坐標(biāo)

在忽略波導(dǎo)連接處及喇叭口徑處的反射及假設(shè)矩形波導(dǎo)內(nèi)只傳輸TE10模式的條件下,喇叭內(nèi)場結(jié)構(gòu)可以近似看做與波導(dǎo)的內(nèi)場結(jié)構(gòu)相同,只是因為喇叭是逐漸張開的,所以扇形喇叭內(nèi)傳輸?shù)臑橹娌?尖頂角錐喇叭內(nèi)傳輸?shù)慕茷榍蛎娌?。因?在一級近似的條件下,喇叭口徑上場的相位分布為平方律,角錐喇叭口徑場為

口徑場的最大相位偏移發(fā)生在口徑頂角,其值為

有了口徑場的表達(dá)式,根據(jù)式(1233)和式(1234)就可以分別計算角錐喇叭的E面和H面的輻射場。盡管寫出其解析表達(dá)式比較困難,但是卻可以依靠計算軟件求出數(shù)值解,畫出方向圖。

圖12-4-3和圖12-4-4分別計算了角錐喇叭的通用E面和H面方向圖,圖中的參數(shù)s、t反映了喇叭口徑的E面、H面的相位偏移的嚴(yán)重程度。s、t越大,相位偏移越嚴(yán)重,方向圖上零點消失,主瓣變寬,甚至θ=0°方向不再是最大輻射方向,呈現(xiàn)出馬鞍形狀態(tài),而這是不希望看到的情況。該圖可以轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)方向圖,只要根據(jù)喇叭天線的具體尺寸計算出橫坐標(biāo)的變換范圍(θ=0°~90°),便可將該區(qū)域內(nèi)的直角坐標(biāo)方向圖轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)方向圖。圖12-4-3E面喇叭和角錐喇叭的通用E面方向圖圖12-4-4H面喇叭和角錐喇叭的通用H面方向圖

為了獲得較好的方向圖,工程上通常規(guī)定E面允許的最大相差為

H面允許的最大相差為

由于H面的口徑場為余弦分布,邊緣場幅小,所以φmH可大于φmE。

圖12-4-5和圖12-4-6分別為依據(jù)式(1237)而計算的矩形喇叭天線的方向系數(shù)。圖12-4-5E面喇叭方向系數(shù)圖12-4-6H面喇叭方向系數(shù)

從圖中可以看出,在喇叭長度一定的條件下,起初增大口徑尺寸可以增大口徑面積,進(jìn)而增大了方向系數(shù);但是當(dāng)口徑尺寸增大到超過某定值后,繼續(xù)再增大口徑尺寸,方向系數(shù)反而減小。這表明扇形喇叭存在著最佳喇叭尺寸(LE,bhopt)(LH,ahopt),對于此尺寸,可以得到最大的方向系數(shù)。實際上,最佳尺寸即為E面和H面分別允許的最大相差尺寸,表示為

最佳扇形喇叭的面積利用系數(shù)υ=0.64,所以其方向系數(shù)為

角錐喇叭的最佳尺寸就是其E面扇形和H面扇形都取最佳尺寸,其面積利用系數(shù)ν=0.51,其方向系數(shù)為

對于角錐喇叭,還必須做到喇叭與波導(dǎo)在頸部的尺寸配合。由圖12-4-7可看出,必須使RE=RH=R,于是由幾何關(guān)系可得

若所選擇的喇叭尺寸不滿足上式,則應(yīng)加以調(diào)整。

圖12-4-7

12.4.2圓錐喇叭(ConicalHorn)

如圖12-4-8所示,圓錐喇叭一般用圓波導(dǎo)饋電,描述圓錐喇叭的尺寸有口徑直徑dm、喇叭長度L。圓錐喇叭的口徑場的振幅分布與圓波導(dǎo)中的TE11相同,但是相位按平方律沿半徑方向變化。盡管分析方法與矩形喇叭相似,但數(shù)學(xué)過程比較復(fù)雜,這里只介紹其基本特性。

圖12-4-8圓錐喇叭尺寸

圖12-4-9給出了不同軸向長度圓錐喇叭的方向系數(shù)與口徑直徑的關(guān)系。從圖中可以看出,圓錐喇叭仍然存在著最佳尺寸。與矩形喇叭類似,當(dāng)軸向長度一定時,增大口徑尺寸的效果將以增大口徑面積為優(yōu)勢逐漸地轉(zhuǎn)向以平方相位偏移為優(yōu)勢。圖12-4-9圓錐喇叭的方向系數(shù)

最佳圓錐喇叭的主瓣寬度與方向系數(shù)可以由以下公式近似計算:

普通喇叭天線由于口徑場的不對稱性,因此其兩主平面的方向圖也不對稱,兩主平面的相位中心也不重合,因此不適宜做旋轉(zhuǎn)對稱型反射面天線的饋源。通常要針對反射面天線對饋源的特殊要求,如輻射方向圖對稱性好、低交叉極化、極寬的頻帶特性以及圓極化等,對喇叭天線進(jìn)行改進(jìn)。其中常用的有多模喇叭、波紋喇叭以及雙脊喇叭等,讀者可自行查閱相關(guān)文獻(xiàn)。

12.5旋轉(zhuǎn)拋物面天線

12.5.1幾何特性與工作原理如圖12-5-1所示,拋物線上動點M(ρ,Ψ)所滿足的極坐標(biāo)方程為圖12-5-1拋物面的幾何關(guān)系

M(y,z)所滿足的直角坐標(biāo)方程為

式中,f為拋物線的焦距;Ψ為拋物線上任一點M到焦點的連線與焦軸(oz)之間的夾角;ρ為點M與焦點F之間的距離。

一條拋物線繞其焦軸(oz)旋轉(zhuǎn)所得的曲面就是旋轉(zhuǎn)拋物面。旋轉(zhuǎn)拋物面所滿足的方程為

旋轉(zhuǎn)拋物面天線具有以下兩個重要性質(zhì):

(1)點F發(fā)出的光線經(jīng)拋物面反射后,所有的反射線都與拋物面軸線平行,即

(2)由點F發(fā)出的球面波經(jīng)拋物面反射后成為平面波。等相面是垂直O(jiān)F的任一平面。即

以上兩個光學(xué)性質(zhì)是拋物面天線工作的基礎(chǔ)。如果饋源是理想的點源,拋物面尺寸無限大,則饋源輻射的球面波經(jīng)拋物面反射后,將成為理想的平面波。考慮到一些實際情況,如反射面尺寸有限,口徑邊緣的繞射和相位畸變,盡管饋源的輻射經(jīng)拋物面反射以后不是理想的平面波,但是反射以后的方向性也會大大加強。

如圖12-5-2所示,拋物面天線常用的結(jié)構(gòu)參數(shù)有f:拋物面焦距;2Ψ0:拋物面口徑張角;R0:拋物面反射面的口徑半徑;D=2R0:拋物面反射面的口徑直徑。圖12-5-2拋物面的口徑與張角

根據(jù)拋物面張角的大小,拋物面的形狀分為如圖12-5-3所示的三種。一般而言,長焦距拋物面天線電特性較好,但天線的縱向尺寸太長,使機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜。焦距口徑比f/D是一個重要的參數(shù),從增益出發(fā)確定口徑D以后,如再選定f/D,則拋物面的形狀就可以確定了。根據(jù)式(12-5-8),再求出饋源需要照射的角度2Ψ0,也就給定了設(shè)計饋源的基本出發(fā)點。圖12-5-3拋物面張角的類型

12.5.2拋物面天線的口徑場

利用幾何光學(xué)法計算口徑面上場分布時作如下假定:

(1)饋源的相位中心置于拋物面的焦點上,且輻射球面波;

(2)拋物面的焦距遠(yuǎn)大于一個波長,因此反射面處于饋源遠(yuǎn)區(qū),且對饋源的影響忽略;

(3)服從幾何光學(xué)的反射定律(f?λ時滿足)。圖12-5-4拋物面天線的口徑場及其計算

上式即為拋物面天線口徑場振幅分布的表示式,可以看出,口徑場的振幅分布是Ψ的函數(shù)?？趶竭吘壟c中心的相對場強為

其衰減的分貝數(shù)為

口徑場的極化情況決定于饋源類型與拋物面的形狀、尺寸。一般口徑場有兩個垂直極化分量。如圖12-5-5所示,如果饋源的極化為y方向極化,口徑場的極化為x和y兩個極化方向。通常在長焦距情況下,口徑場Ey分量遠(yuǎn)大于Ex分量,Ey為主極化分量,而Ex

為交叉極化(CrossPolarization)分量。如圖12-5-6所示,如果是短焦距拋物面天線,口徑上還會出現(xiàn)反向場區(qū)域,它們將在最大輻射方向起抵消主場的作用,這些區(qū)域稱為有害區(qū),因此一般不宜采用短焦距拋物面。如因某種特殊原因必須采用短焦距拋物面天線,則最好切去有害區(qū)。如果饋源方向圖具有理想的軸對稱,口徑場無交叉極化分量。圖12-5-5拋物面口徑場的極化圖12-5-6短焦距拋物面口徑場的極化

12.5.3拋物面天線的輻射場

求出了拋物面天線的口徑場分布以后,仍然可以利用式(1233)和式(1234)來計算拋物面天線E面、H面的輻射場和方向圖。以饋源為沿y軸放置的帶圓盤反射器的偶極子為例,圖12-5-7給出了這種饋源的旋轉(zhuǎn)拋物面天線在不同R0/f條件下兩主平面方向圖。圖12-5-7饋源為帶圓盤反射器的偶極子的拋物面天線方向圖

從圖中可以看出,由于饋源在E面方向性較強,對拋物面E面的照射不如H面均勻,故拋物面天線的H面方向性反而強于E面方向性。

拋物面天線的方向系數(shù)仍然由式其中,ν為面積利用系數(shù),S=為拋物面的口徑面積。

超高頻天線中,由于天線本身的損耗很小,可以認(rèn)為天線效率η＝≈1,所以G≈D,但在拋物面天線中,天線口徑截獲的功率Prs只是饋源所輻射的總功率Pr的一部分,還有一部分為漏射損失。

如圖12-5-8所示,定義口徑截獲效率為

則拋物面天線的增益系數(shù)G可寫成

式中,g=νηA稱為增益因子。圖12-5-8截獲功率與漏射功率

如果饋源也是旋轉(zhuǎn)對稱的,其歸一化方向函數(shù)為F(Ψ),根據(jù)式(12-5-10)可得

可以得到面積利用系數(shù)為

口徑截獲效率為

在多數(shù)情況下,饋源的方向函數(shù)近似地表示為下列形式

其中,n越大表示饋源方向圖越窄,反之則越寬。

圖12-5-9給出了拋物面天線的面積利用系數(shù)、效率及增益因子隨口徑張角的變化曲線。從圖中可以看出,由于面積利用系數(shù)、效率與口徑張角之間的變化關(guān)系恰好相反,所以存在著最佳張角,使得增益因子對應(yīng)著最大值gmax≈0.83。盡管最佳張角與饋源方向性有關(guān),但是和此最佳張角對應(yīng)的口徑邊緣的場強都比中心場強低10~20dB。因此可以得到如下結(jié)論:不論饋源方向如何,當(dāng)口徑邊緣電平比中心低11dB時,拋物面天線的增益因子最大?？紤]到實際的安裝誤差、饋源的旁瓣以及支架的遮擋等因素,增益因子比理想值要小,通常取g≈0.5~0.6,使用高效率饋源時,g可達(dá)0.7~0.8。

在最大增益因子條件下,拋物面天線的半功率波瓣寬度可按下列公式近似計算圖12-5-9拋物面天線的面積利用系數(shù)、效率及增益因子隨口徑張角的計算曲線

12.5.4拋物面天線的饋源(Feeds)

饋源是拋物面天線的基本組成部分,它的電性能和結(jié)構(gòu)對天線有很大的影響,為了保證天線性能良好,對饋源有以下基本要求:

(1)饋源應(yīng)有確定的相位中心,并且此相位中心置于拋物面的焦點,以使口徑上得到等相位分布。

(2)饋源方向圖的形狀應(yīng)盡量符合最佳照射,同時副瓣和后瓣盡量小,因為它們會使得天線的增益下降,副瓣電平抬高。

(3)饋源有較小的體積,減少其對拋物面的口面的遮擋。

(4)饋源應(yīng)具有一定的帶寬,因為拋物面天線的帶寬主要取決于饋源的帶寬。

饋源的形式很多,所有弱方向性天線都可作拋物面天線的饋源,例如振子天線、喇叭天線、對數(shù)周期天線、螺旋天線等。饋源的設(shè)計是拋物面天線設(shè)計的核心問題?，F(xiàn)在的通信體制多樣化,所以對饋源的要求也不盡相同,例如超寬頻帶、雙極化以及雙波束等,高效率的饋源勢必會有效地提高拋物面天線的整體性能。

12.5.5FAST

中國科學(xué)院國家天文臺主導(dǎo)建設(shè)完成的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡,簡稱FAST。FAST是目前世界上最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡,被譽為“中國天眼”,如圖12-5-10所示。射電望遠(yuǎn)鏡就是接收天體射電波(天文學(xué)上把微波及其以下波段稱為射電波)的天線及接收機系統(tǒng),FAST的工作頻率范圍為70MHz~3GHz。FAST與號稱“地面最大的機器”的德國波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比,靈敏度提高了約10倍;與美國Arecibo300米望遠(yuǎn)鏡相比(已損壞,于2020年11月19日退役),靈敏度高了2.25倍。作為世界最大的單口徑望遠(yuǎn)鏡,FAST將在未來20~30年保持世界領(lǐng)先地位。圖12-5-10500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡

FAST由主動反射面系統(tǒng)、饋源支撐系統(tǒng)、測量與控制系統(tǒng)、接收機與終端及觀測基地等幾大部分構(gòu)成,下面主要介紹與本課程有關(guān)的前兩個系統(tǒng)。

(1)主動反射面系統(tǒng):包括一個口徑500米由近萬根鋼索組成的反射面索網(wǎng)主體、反射面單元、促動器裝置、地錨、圈梁等。反射面索網(wǎng)安裝在環(huán)形圈梁上,在索網(wǎng)上安裝4450塊三角形反射面單元,索網(wǎng)的2225個節(jié)點下方連接下拉鋼索和促動器裝置,促動器再與地錨連接,形成了完整的主動反射面系統(tǒng)。索網(wǎng)采取主動變位的獨特工作方式,即根據(jù)觀測天體的方位,利用促動器控制下拉索,在500米口徑反射面的不同區(qū)域形成口徑為300米的拋物面,以實現(xiàn)天體觀測。

(2)饋源支撐系統(tǒng):在洼地周邊山峰上建造6個百米高的支撐塔,安裝鋼索柔性支撐體系及其導(dǎo)索、卷索機構(gòu),以實現(xiàn)饋源艙的一級空間位置調(diào)整;饋源艙的直徑約13米,重30噸,饋源艙內(nèi)安裝精調(diào)系統(tǒng),用于二級調(diào)整;利用兩級調(diào)整機構(gòu)之間的轉(zhuǎn)向機構(gòu)輔助調(diào)整饋源艙的姿態(tài)角。

FAST設(shè)計了主動反射面系統(tǒng),如前面介紹,用可拉動的大小