为了提高某GEO对地激光通信系统的可通率, 改善光学天线主镜、次镜的温度水平和温度不均匀性,对其遮光罩进行了优化设计。结合地球同步轨道外热流特点, 在不降低通信信号性能的前提下, 提出了内壁等间距排布栅板的遮光罩结构。首先, 以能量遮挡率不高于5%为约束条件, 讨论栅板、遮光罩内壁对主镜阳光辐射角系数的影响, 得出遮光罩优化设计方案;其次, 采用IDEAS软件开展系统热设计仿真分析, 考核栅板布局对主镜和次镜温度指标的影响; 最后, 计算采用优化后的遮光罩时的激光通信可通率。从温控的角度分析, 遮光罩内壁平行和垂直于赤道面方向都等间距布置4块栅板时, 与采用传统空心圆柱形遮光罩相比, 可通率从81.51%提高到91.21%。

为保证GEO激光通信系统主镜的面形误差、主镜组件的结构刚度满足设计要求, 需要进行主镜组件结构参数优化设计。由于组件的结构参数较多,为避免参数之间重复优化, 提高优化设计效率,采用正交优化方法,用9种结构参数组合完成全部81种参数组合的主镜优化设计, 保证了1 g重力、2 ℃径向温差分别作用时的面形误差RMS值满足RMS≤λ/50(λ=632.8 nm)的面形精度要求, 并且改善了5 ℃均匀温升作用下的面形误差RMS值; 在此基础上,进行了柔性支撑优化设计。仿真分析表明,主镜组件一阶频率为213 Hz, 高于要求的200 Hz固有频率,主镜在1 g重力、2 ℃镜体径向温差和5 ℃均匀温升共同作用下的最大面形误差为10.78 nm, 满足面形精度要求。经实验测试: 5℃均匀温升的面形误差RMS值为7.27 nm, 优于设计要求。优化设计为主镜组件的设计、加工、装校提供了技术支撑。

为了改善厚屏频率选择表面(FSS)的滤波特性，实现FSS在雷达天线罩上的应用，设计了具有圆孔单元的厚屏FSS结构，并将其单元内填充介质，制备出了相应的实验件。理论分析时，首先建立等效问题；接着用Floquet定理将无限大厚屏FSS上所有阵列单元的场展开为无穷多个平面电磁波；然后在单元边界处强加边界条件；最后用矩量法求解等效的磁场积分方程。在微波暗室测试后，发现测试值与计算值基本一致。结果表明：中心频率的变化主要取决于单元间距、入射角和介电常数等3个参数；其中，当单元间距由30 mm增加到36 mm，电磁波的入射角由10°增加到30°，填充介质的介电常数由2.5增加到7.0时，中心频率分别减小了2.1，1.5，1.9 GHz；另外，单元直径增大使得带宽增加，当单元直径由14 mm增加到17 mm，带宽增加了1.2 GHz。可以看出，改善厚屏FSS的传输特性是多参数优化的问题，如果合理选择填充介质并适当选取其他参数，能够获得理想的传输特性。