CN106602207B - 四棱柱模块化可展开抛物柱面天线 - Google Patents

四棱柱模块化可展开抛物柱面天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种四棱柱模块化可展开抛物柱面天线，主要解决现有模块化天线同步性难易保证的问题。其包括索网结构(1)、折展支撑结构(2)、支撑立柱(3)和金属反射网(4)，该折展支撑结构，由若干个基本折展支撑模块(8)通过拼接装置(9)拼接而成，每个基本折展支撑模块由四个基本折展支撑单元相互正交而成，金属反射网和支撑立柱分别位于索网结构的上方和下方，折展支撑结构位于支撑立柱的下方，折展支撑结构展开到位后，索网结构的上表面张成抛物柱面形状(5)，且在各基本折展支撑模块的上、下表面分别形成两个大小不同的同轴圆柱面(6)和(7)。本发明展开同步性高、收拢体积小，可用于实现空间可展开天线的大型化与轻质化。

Description

四棱柱模块化可展开抛物柱面天线
技术领域
本发明属于可展开天线技术领域，具体涉及一种可展开抛物柱面天线，可用于移动通信、卫星通信、电子侦察、地球观测、陆地遥感和深空探测。
背景技术
随着空间科学技术领域的蓬勃发展，对更高精度更高效率的卫星通讯***设计的需求与日剧增。其中，天线作为***的“眼睛”和“耳朵”，其结构性能是先进卫星通讯***的基础和前提。为了满足多频段、大功率的要求，天线向大口径、高型面精度发展。受运载空间和能力的限制，轻质化、可收展是大型天线的必然趋势，而模块化可展开天线就是其中一种非常具有潜力的结构形式。
“模块化”这个概念在具有旋转对称性质的旋转抛物面天线上已有应用，最典型的是日本ETS-VIII卫星上携带的“六棱柱模块化”可展开天线，目前正处于在轨服役状态。ETS-VIII天线是由19个模块拼接而成，每个模块由六个结构相同的基本肋单元构成，具有满足大口径、收拢体积小、型面精度高的特点。旋转抛物面天线具有“单轴”旋转对称的特点，所有模块具有同一焦点，从而保证了它在几何上具有运动协调性。但是对于具有旋转轴和对称轴“双轴”对称性质且焦点为一直线的抛物柱面天线来说，“六棱柱模块化”无论是在拼接还是收展运动性能上都存在致命的缺陷，主要表现为：第一，无法用旋转对称的模块完成拼接；第二，六棱柱中至少有四个运动单元与旋转轴和对称轴均不平行，拼接过程中存在拼接缝隙，且无法实现展开过程中的运动分解保证两个轴的运动协调性，造成在收展过程中卡死。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种四棱柱模块化可展开抛物柱面天线，以实现模块与模块之间的无缝拼接，并保证天线在收拢与展开过程中的运动协调性。
实现本发明目的技术构思是：根据抛物柱面天线双轴对称性，采用四棱柱模块拼接的方式实现抛物柱面的“模块化”,并采用四边形基本折展支撑单元作为四棱柱模块的一个基本单元，以实现天线的展开和收拢。
本发明的四棱柱模块化可展开抛物柱面天线，包括索网结构、折展支撑结构、支撑立柱和金属反射网，金属反射网和支撑立柱分别位于索网结构的上方和下方，折展支撑结构位于支撑立柱的下方，其特征在于：
所述的折展支撑结构，由若干个基本折展支撑模块通过拼接装置拼接而成，每个基本折展支撑模块，由两个沿yz轴分布的四边形基本折展支撑单元和两个沿xz轴分布的四边形基本折展支撑单元相互正交而成；
折展支撑结构展开到位后，索网结构的上表面张成抛物柱面形状，且在各基本折展支撑模块的上表面和下表面分别形成两个大小不同的同轴圆柱面。
作为优选，所述的每个基本折展支撑模块中的四个四边形基本折展支撑单元均由上弦杆、下弦杆、外杆、斜腹杆和中心杆构成，且中心杆为四个四边形基本折展支撑单元的共用杆，该中心杆上设置有驱动源，用于同时驱动四个四边形基本折展支撑单元的收拢与展开。
作为优选，所述每个基本折展支撑模块中沿yz轴分布的四边形基本折展支撑单元的外杆分别与上弦杆和下弦杆的夹角均小于90°；沿xz轴分布的四边形基本折展支撑单元的外杆分别与上弦杆和下弦杆均垂直；且四个基本折展支撑单元的上弦杆、下弦杆和斜腹杆长度相同。
作为优选，所述索网结构由若干个基本索网单元构成，每个基本索网单元包括前索网、背索网和张紧索，背索网位于前索网下方，前索网与背索网之间通过张紧索连接，形成双层索网结构。
作为优选，所述拼接装置连接在外杆上，且沿yz轴分布的四边形基本折展支撑单元的外杆和拼接装置可以沿z轴相对滑动，用于确保折展支撑结构的自由收拢与展开。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.本发明根据抛物柱面天线具有双轴对称性的特征，采用“四棱柱模块化”，在圆柱面上设计折展支撑结构，并在圆柱面上方采用双层索网结构张成抛物柱面以支撑金属丝网反射面，保证了天线拼接的整体性以及收展运动的同步性与可靠性。
2.本发明的折展支撑结构由若干个基本折展支撑模块通过拼接装置拼接而成，且沿xz轴分布的四边形基本折展支撑单元的外杆和拼接装置可以沿z轴相对滑动，确保了折展支撑结构的自由收拢与展开。每个基本折展支撑模块由两个沿yz轴分布的四边形基本折展支撑单元和两个沿xz轴分布的四边形基本折展支撑单元相互正交而成。
附图说明
图1是本发明的整体展开结构示意图；
图2是本发明中的基本折展支撑模块的结构示意图；
图3是图2的局部放大示意图；
图4是本发明中的索网结构示意图；
图5是本发明中基本索网单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步的描述：
参照图1，本发明包括索网结构1、折展支撑结构2、支撑立柱3和金属反射网4。金属反射网4和支撑立柱3分别位于索网结构1的上方和下方，支撑立柱3垂直固定在折展支撑结构2上，与折展支撑结构2共同支撑索网结构1和金属反射网4。折展支撑结构2由若干个基本折展支撑模块8通过拼接装置9拼接而成，且在天线展开时，每个基本折展支撑模块8展开到位后，其上表面和下表面分别形成两个大小不同的同轴圆柱面6和7。
参照图2和图3，每个基本折展支撑模块8是由两个沿yz轴分布的四边形基本折展支撑单元21和两个沿xz轴分布的四边形基本折展支撑单元22构成；每个四边形基本折展支撑单元均由上弦杆201、下弦杆202、外杆203、斜腹杆204和中心杆205构成，且中心杆205为四个四边形基本折展支撑单元的共用杆，该中心杆205上设置有驱动源206，驱动源206为弹簧滑块，该滑块沿中心杆205上下移动，同时驱动四个四边形基本折展支撑单元的展开与收拢；每个四边形基本折展支撑单元中的上弦杆201、下弦杆202、外杆203、斜腹杆204和中心杆205之间分别通过铰链10相互连接，以保证各杆之间可以相对转动。
每个四边形基本折展支撑单元的外杆203上连接有拼接装置9，用于将沿yz轴分布的四边形基本折展支撑单元与沿xz轴分布的四边形基本折展支撑单元进行拼接，且使沿yz轴分布的四边形基本折展支撑单元的外杆与拼接装置9能沿z轴相对滑动，以确保折展支撑结构2的自由收拢与展开；
每个基本折展支撑模块8中沿yz轴分布的四边形基本折展支撑单元21的外杆与上弦杆和下弦杆之间的夹角均小于90°；沿xz轴分布的四边形基本折展支撑单元22的外杆均与上弦杆和下弦杆垂直；这四个基本折展支撑单元的上弦杆201、下弦杆202和斜腹杆204长度相同；
参照图4和图5，索网结构1由若干个基本索网单元11构成，每个基本索网单元11由前索网110、背索网111和张紧索112组成，背索网111位于前索网110下方，前索网110与背索网111上相对应的每个结点通过一个张紧索112连接，通过张紧索112为前索网110提供向下的力；
基本索网单元11由支撑立柱3支撑在基本折展支撑模块8上，天线在展开时，每个基本索网单元11在支撑立柱3的带动下展开；展开到位后，前索网和背索网形成双层索网结构，且前索网张成抛物柱面形状5；天线在收拢时，基本折展支撑模块8上方的支撑立柱3带动基本索网单元11向中间收拢，收拢完成后，基本索网单元11收拢于基本折展支撑模块8的上方。

Claims (5)

1.一种四棱柱模块化可展开抛物柱面天线，包括索网结构(1)、折展支撑结构(2)、支撑立柱(3)和金属反射网(4)，金属反射网(4)和支撑立柱(3)分别位于索网结构(1)的上方和下方，折展支撑结构(2)位于支撑立柱(3)的下方，其特征在于：
所述的折展支撑结构(2)，由若干个基本折展支撑模块(8)通过拼接装置(9)拼接而成，每个基本折展支撑模块(8)，由两个沿yz轴分布的四边形基本折展支撑单元(21)和两个沿xz轴分布的四边形基本折展支撑单元(22)相互正交而成；
索网结构(1)由多片独立的工字型网面(11)组成，每一片工字型网面(11)的端点通过支撑立柱(3)与折展支撑结构(2)相连；
折展支撑结构(2)展开到位后，索网结构(1)的上表面张成抛物柱面形状(5)，且在各基本折展支撑模块(8)的上表面和下表面分别形成两个大小不同的同轴圆柱面(6)和(7)。
2.如权利要求1所述的天线，其特征在于：每个基本折展支撑模块(8)中的四个四边形基本折展支撑单元均由上弦杆(201)、下弦杆(202)、外杆(203)、斜腹杆(204)和中心杆(205)构成，且中心杆(205)为四个四边形基本折展支撑单元的共用杆，该中心杆(205)上设置有驱动源(206)，用于同时驱动四个四边形基本折展支撑单元的收拢与展开。
3.如权利要求2所述的天线，其特征在于：每个基本折展支撑模块(8)中沿yz轴分布的四边形基本折展支撑单元(21)的外杆分别与上弦杆和下弦杆之间的夹角均小于90°；沿xz轴分布的四边形基本折展支撑单元(22)的外杆分别与上弦杆和下弦杆均垂直；且四个基本折展支撑单元的上弦杆(201)、下弦杆(202)和斜腹杆(204)长度相同。
4.如权利要求1所述的天线，其特征在于：每个多片独立的工字型网面(11)包括前索网(110)、背索网(111)和张紧索(112)，背索网(111)位于前索网(110)下方，前索网与背索网之间通过张紧索连接，形成双层索网结构。
5.如权利要求1或2所述的天线，其特征在于：拼接装置(9)连接在外杆(203)上，且沿yz轴分布的四边形基本折展支撑单元的外杆和拼接装置可以沿z轴相对滑动，用于确保折展支撑结构(2)的自由收拢与展开。
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