28、静电控制可展开膜天线的仿真与实验研究

静电控制可展开膜天线的仿真与实验研究

1. 引言

利用静电力将薄膜转变为曲面反射面的概念，最早于1932年由Muller在英国专利中提出。1967年，H.S. Jones对这一概念进行了完善和详细设计并获得专利。基于此概念，1978年通用研究公司首次提出了薄膜静电成型的方法，20世纪80年代，美国国家航空航天局（NASA）设计并制造了口径为4.88米的静电薄膜反射器。

随着光学级聚合物薄膜材料和制造工艺的发展，21世纪以来，静电控制可展开膜天线（ECDMA）再次引起了人们的关注。一些膜镜已经被设计和制造出来，并且通过电极主动控制和主动边界控制等方式取得了令人满意的测试结果。此外，2004年SRS技术公司和诺斯罗普·格鲁曼公司完成了一个5米轻量级主动控制膜传感器原型，这才是真正意义上的ECDMA。目前，ECDMA的研究仍在进行中，未来有望生产出更大口径、更高表面精度的ECDMA结构。

然而，现有的ECDMA有限元模型（FEM）往往与实际结构存在差异，无法准确预测结构的变化，也难以指导膜面形状的调整。常见的模型误差主要有以下三种：
- 模型参数误差 ：包括薄膜和电缆的杨氏模量、泊松比、质量密度等，这些参数可通过材料测试来测量。
- 模型结构误差 ：由薄膜和电缆的非线性行为引起。本文通过高精度数字摄影测量获取薄膜的几何构型和电缆端点位置，采用重定位平衡法确定薄膜和电缆的应力分布。
- 静电力误差 ：大多数情况下，静电力被认为是恒定的，但实际上，随着薄膜的大变形，静电力是变化的。本文在薄膜每次变形时都重新计算电极施加在膜面上的静电力，这显然是一个