CN100411251C

CN100411251C - 肋板支撑充气展开式大口径抛物面形天线

Info

Publication number: CN100411251C
Application number: CNB2005100102985A
Authority: CN
Inventors: 谭惠丰; 苗常青; 李云良; 谢志民; 杜星文
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2025-09-02
Also published as: CN1734840A

Abstract

肋板支撑充气展开式大口径抛物面形天线，它涉及一种发射和接收电磁波的卫星通信天线。本发明解决了已有大口径抛物面形天线存在不易折叠、发射体积大、发射重量重、制造成本高的问题。本发明的反射体由一组沿抛物面半径间隔开的扇形单元充气室(1-1)组成，相邻两个扇形单元充气室(1-1)之间固接有肋板(3)，肋板(3)与支撑架总成中的分隔板(2-1)固接，每个肋板(3)与中心连接架(4)固接，每个肋板(3)的上端面附着有反射面层(6)，每个单元充气室(1-1)与充气装置(5)固接，反射体的口径Φ为5～25m，反射体由中间为铝箔材料、两侧为塑料薄膜的三层复合材料制成。本发明具有折叠效率高、发射体积小、重量轻、气密性能好、聚焦性能和集射能力强的优点，是理想的卫星通信天线。

Description

肋板支撑充气展开式大口径抛物面形天线

技术领域：

本发明涉及一种发射和接收电磁波的卫星通信天线，具体涉及一种肋板支撑充气展开式大口径抛物面形天线。

背景技术：

天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。现在卫星上使用的通信天线，由于受到火箭发射体积和有效发射载荷的限制，多采用线状天线或小口径的面状天线。经试验证明，线状天线或小口径的面状天线在聚焦性和集射能力方面均不如大口径抛物面形天线，因此大口径抛物面形天线特别适合在长距离的卫星通信上使用。而现有的大口径抛物面形天线由于存在不易折叠、发射体积大、发射重量重、制造成本高的问题，已经阻碍了大口径抛物面形天线在卫星通信方面的应用，因此急需要一种易折叠、发射重量轻、发射体积小、制造成本低的大口径抛物面形天线。

发明内容：

本发明的目的是为解决已有的大口径抛物面形天线存在不易折叠、发射体积大、发射重量重、制造成本高的问题而提供的一种肋板支撑充气展开式大口径抛物面形天线。它包括抛物面形的反射体、支撑架总成、反射面层6；它还包括曲面形的肋板3、中心连接架4、充气装置5；所述的反射体由一组沿抛物面半径间隔开的扇形单元充气室1-1组成，相邻两个扇形单元充气室1-1之间固定连接有所述的肋板3，每个肋板3靠近中心连接架4的一端与中心连接架4固定连接，每个肋板3的上端面上附着有所述的反射面层6，每个扇形单元充气室1-1靠近充气装置5的一端与充气装置5固定连接，所述的支撑架总成与反射体同轴，所述的反射体的口径Φ为5～25m，所述的反射体由中间为铝箔材料、两侧为塑料薄膜的三层复合材料制成，所述的肋板3靠近中心连接架4的一端具有直角形折弯，肋板3通过其上的直角形折弯将肋板3弯折成长板和短板3-2，短板3-2上具有固定孔3-3，肋板3的短板3-2与中心连接架4固定连接；所述的支撑架总成由连接座2-2、充气式的支撑管2-3、分隔板2-1、进气嘴2-4组成；每个支撑管2-3通过三个分隔板2-1分隔成三个容积相等的腔室2-3-1，每个腔室2-3-1的侧壁上固定连接有进气嘴2-4，腔室2-3-1与分隔板2-1粘接，三个分隔板2-1的交汇处采用缝合的方式相互连接，连接座2-2的下端面沿圆周方向均匀固定连接有三个支撑管2-3，每个支撑管2-3上的分隔板2-1的上端面与连接座2-2的下端面固定连接，三个支撑管2-3呈锥体形状放置，每个支撑管2-3上的分隔板2-1的下端面与相对应的肋板3的上端面固定连接；所述的支撑管2-3采用封闭式结构；所述的中心连接架4包括槽形梁4-1、L形板4-2、第一固定环4-3；每个槽形梁4-1与每个L形板4-2之间固定装有所述的肋板3的短板3-2，每个肋板3的短板3-2与第一固定环4-3固定连接，所述的槽形梁4-1上具有长孔4-1-1，所述的L形板4-2与槽形梁4-1上的长孔4-1-1相对应的位置上具有孔4-2-1；所述的充气装置5由充气支管5-1、气嘴5-2、充气总管5-3组成；每根充气支管5-1的一端与扇形单元充气室1-1靠近充气装置5的一端固定连接，每根充气支管5-1的另一端穿过肋板3上的固定孔3-3、槽形梁4-1上的长孔4-1-1及L形板4-2上的孔4-2-1与充气总管5-3外壁上相对应的孔固定连接，充气总管5-3与气嘴5-2固定连接。

本发明具有以下有益效果：一、本发明的反射体由于采用充气式结构，并且反射体由一组沿抛物面半径间隔开的扇形单元充气室组成一个抛物面形结构，每个扇形单元充气室的尾端与充气装置相连接，相邻两个扇形单元充气室由肋板固定连接，这样不仅可大大减轻天线的发射重量，同时还可减小天线的发射体积，使发射成本大大降低。二、反射体采用中间为铝箔材料、两侧为塑料薄膜的三层复合材料制成，其质量轻、强度好，采用充气膨胀的方式实现天线的展开，因而该天线具有折叠效率高、发射体积小、重量轻、表面精度高、气密性能好的优点。三、该天线具有很高的展开可靠性，通过实际的折叠展开实验(共进行了数十次)发现，天线每次都能顺利展开并形成稳固的抛物面形状，且天线展开后，肋板没有出现由于折叠而产生的明显的局部变形。四、本发明的反射体采用大口径抛物面形状，反射体的口径Φ选择在5～25m范围内，其聚焦性能和集射能力都要远远优于线状天线或小口径的面状天线，该天线的研制成功可满足大口径抛物面形天线在卫星通信方面的应用。

附图说明：

图1是本发明的外部结构示意图，图2是支撑管2-3与分隔板2-1装配在一起的俯视图，图3是图2的主视图，图4是图2的后视图，图5是本发明去掉支撑架总成后的俯视图，图6是图5的A-A剖面图，图7是肋板3的主视图，图8是图7的俯视图，图9是肋板3上具有镂空3-4的主视剖面图。

具体实施方式：

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式由抛物面形的反射体、支撑架总成、曲面形的肋板3、中心连接架4、充气装置5、反射面层6组成；所述的反射体由一组沿抛物面半径间隔开的扇形单元充气室1-1组成，相邻两个扇形单元充气室1-1之间固定连接有所述的肋板3，肋板3的上端面与相对应的支撑架总成中的分隔板2-1的下端面固定连接，每个肋板3靠近中心连接架4的一端与中心连接架4固定连接，每个肋板3的上端面上附着有所述的反射面层6，每个扇形单元充气室1-1靠近充气装置5的一端与充气装置5固定连接，所述的支撑架总成与反射体同轴，所述的反射体的口径Φ为5～25m，所述的反射体由中间为铝箔材料、两侧为塑料薄膜的三层复合材料制成。每个肋板3的上端面上附着有所述的反射面层6，所述的反射面层6采用网状结构，用于接收和发射电磁波。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的反射体由三十六个沿抛物面半径间隔开的扇形单元充气室1-1组成，相邻两个扇形单元充气室1-1的侧面之间通过粘接和缝合与肋板3的两侧面固定连接。采用三十六个沿抛物面半径间隔开的扇形单元充气室1-1，相邻两个扇形单元充气室1-1通过肋板3固定连接组成一个反射体，由肋板3支撑反射体形成抛物面形状，反射体由每个扇形单元充气室1-1充气膨胀展开而形成，因而该反射体具有重量轻，折叠效率高的优点。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1、图2、图3、图4说明本实施方式，本实施方式的支撑架总成由连接座2-2、充气式的支撑管2-3、分隔板2-1、进气嘴2-4组成；每个支撑管2-3通过三个分隔板2-1分隔成三个容积相等的腔室2-3-1，每个腔室2-3-1的侧壁上固定连接有进气嘴2-4，腔室2-3-1与分隔板2-1粘接，三个分隔板2-1的交汇处采用缝合的方式相互连接，连接座2-2的下端面沿圆周方向均匀固定连接有三个支撑管2-3，每个支撑管2-3上的分隔板2-1的上端面与连接座2-2的下端面固定连接，三个支撑管2-3呈锥体形状放置，每个支撑管2-3上的分隔板2-1的下端面与相对应的肋板3的上端面固定连接；所述的支撑管2-3采用封闭式结构。采用分隔板2-1一方面可将支撑管2-3分隔成三个容积相等的腔室2-3-1；另一面起到对支撑管2-3支撑的作用，利用连接座2-2连接馈源，支撑管2-3采用充气式结构，可减轻支撑架总成的整体重量，三个支撑管2-3呈锥体形状放置，具有支撑效果好，支撑牢固的优点。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的支撑管2-3由中间为铝箔材料、两侧为塑料薄膜的三层复合材料制成，因而具有质量轻、强度好、表面精度高、气密性能好的优点。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1、图2、图3、图4说明本实施方式，本实施方式的分隔板2-1由薄铝板制成。采用薄铝板制成的分隔板2-1，不仅可满足支撑架总成的整体强度要求，同时还可降低支撑架总成的整体重量。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式六：结合图1、图6、图7、图8说明本实施方式，本实施方式的肋板3采用薄铝板制成，肋板3为曲面形，肋板3的曲率半径R1小于扇形单元充气室1-1的曲率半径R2，肋板3靠近中心连接架4的一端具有直角形折弯，肋板3通过其上的直角形折弯将肋板3弯折成长板和短板3-2，短板3-2上具有固定孔3-3，肋板3的短板3-2与中心连接架4固定连接。肋板3的作用是：其一用以支撑反射体形成抛物面形状；其二是用以与中心连接架4固定连接，肋板3采用薄铝板制成，不仅可减轻反射体的总体重量，同时还可防止肋板3锈蚀。为了进一步减轻该天线的重量，在保证肋板3强度可靠的前提下，肋板3还可以采用镂空3-4的结构形式(参见附图9)。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：结合图1、图5、图6说明本实施方式，本实施方式的中心连接架4由槽形梁4-1、L形板4-2、第一固定环4-3组成；每个槽形梁4-1与每个L形板4-2之间固定装有所述的肋板3的短板3-2，每个肋板3的短板3-2与第一固定环4-3固定连接，所述的槽形梁4-1上具有长孔4-1-1，所述的L形板4-2与槽形梁4-1上的长孔4-1-1相对应的位置上具有孔4-2-1。中心连接架4的作用是将三十六个肋板3的端部连在一起，以形成稳定的结构。安装时将肋板3的短板3-2的两侧面分别用L形板4-2和槽形梁4-1夹紧并用螺栓紧固，然后再与第一固定环4-3固定连接，从而将三十六个沿抛物面半径间隔开的扇形单元充气室1-1与中心连接架4连接在一起形成一个整体。槽形梁4-1上的长孔4-1-1和L形板4-2上的孔4-2-1用于固定充气装置5上的充气支管5-1。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：结合图1、图5、图6说明本实施方式，本实施方式的槽形梁4-1和L形板4-2均由铝板制成。选用铝板制作槽形梁4-1和L形板4-2，不仅可减轻中心连接架4的重量，同时还可防止中心连接架4锈蚀。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图1、图6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式七的不同点是：本实施方式的中心连接架4还增加有第二固定环4-4；第二固定环4-4位于第一固定环4-3的正下方，第二固定环4-4与每个肋板3的短板3-2固定连接。增加第二固定环4-4可使每个肋板3与中心连接架4连接更加牢固。

具体实施方式十：结合图1、图5、图6说明本实施方式，本实施方式的充气装置5由充气支管5-1、气嘴5-2、充气总管5-3组成；每根充气支管5-1的一端与扇形单元充气室1-1靠近充气装置5的一端固定连接，每根充气支管5-1的另一端穿过肋板3上的固定孔3-3、槽形梁4-1上的长孔4-1-1及L形板4-2上的孔4-2-1与充气总管5-3外壁上相对应的孔固定连接，充气总管5-3与气嘴5-2固定连接。采用此结构，可将三十六个充气支管5-1固定在支撑架总成上，每个充气支管5-1与充气总管5-3相连接，当对充气总管5-3进行充气时，利用充气支管5-1进行对三十六个沿抛物面半径间隔开的扇形单元充气室1-1进行充气，使每个扇形单元充气室1-1充气均匀。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式十一：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式的反射体的口径Φ为5m。经测试，采用此参数的天线重量为30Kg、表面精度为0.3mm、气密性能为10Pa/h、折叠效率为15-625(折叠前的体积/折叠后的体积)。

具体实施方式十二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式的反射体的口径Φ为15m。经计算分析，采用此参数的天线重量为130Kg、表面精度为0.8mm、气密性能为15Pa/h、折叠效率为50.241(折叠前的体积/折叠后的体积)。

具体实施方式十三：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式的反射体的口径Φ为25m。经计算分析，采用此参数的天线重量为200Kg、表面精度为1.5mm、气密性能为20Pa/h、折叠效率为80.024(折叠前的体积/折叠后的体积)。

Claims

1. 一种肋板支撑充气展开式大口径抛物面形天线，它包括抛物面形的反射体、支撑架总成、反射面层(6)；其特征在于它还包括曲面形的肋板(3)、中心连接架(4)、充气装置(5)；所述的反射体由一组沿抛物面半径间隔开的扇形单元充气室(1-1)组成，相邻两个扇形单元充气室(1-1)之间固定连接有所述的肋板(3)，每个肋板(3)靠近中心连接架(4)的一端与中心连接架(4)固定连接，每个肋板(3)的上端面上附着有所述的反射面层(6)，每个扇形单元充气室(1-1)靠近充气装置(5)的一端与充气装置(5)固定连接，所述的支撑架总成与反射体同轴，所述的反射体的口径Φ为5～25m，所述的反射体由中间为铝箔材料、两侧为塑料薄膜的三层复合材料制成，所述的肋板(3)靠近中心连接架(4)的一端具有直角形折弯，肋板(3)通过其上的直角形折弯将肋板(3)弯折成长板和短板(3-2)，短板(3-2)上具有固定孔(3-3)，肋板(3)的短板(3-2)与中心连接架(4)固定连接；所述的支撑架总成由连接座(2-2)、充气式的支撑管(2-3)、分隔板(2-1)、进气嘴(2-4)组成；每个支撑管(2-3)通过三个分隔板(2-1)分隔成三个容积相等的腔室(2-3-1)，每个腔室(2-3-1)的侧壁上固定连接有进气嘴(2-4)，腔室(2-3-1)与分隔板(2-1)粘接，三个分隔板(2-1)的交汇处采用缝合的方式相互连接，连接座(2-2)的下端面沿圆周方向均匀固定连接有三个支撑管(2-3)，每个支撑管(2-3)上的分隔板(2-1)的上端面与连接座(2-2)的下端面固定连接，三个支撑管(2-3)呈锥体形状放置，每个支撑管(2-3)上的分隔板(2-1)的下端面与相对应的肋板(3)的上端面固定连接；所述的支撑管(2-3)采用封闭式结构；所述的中心连接架(4)包括槽形梁(4-1)、L形板(4-2)、第一固定环(4-3)；每个槽形梁(4-1)与每个L形板(4-2)之间固定装有所述的肋板(3)的短板(3-2)，每个肋板(3)的短板(3-2)与第一固定环(4-3)固定连接，所述的槽形梁(4-1)上具有长孔(4-1-1)，所述的L形板(4-2)与槽形梁(4-1)上的长孔(4-1-1)相对应的位置上具有孔(4-2-1)；所述的充气装置(5)由充气支管(5-1)、气嘴(5-2)、充气总管(5-3)组成；每根充气支管(5-1)的一端与扇形单元充气室(1-1)靠近充气装置(5)的一端固定连接，每根充气支管(5-1)的另一端穿过肋板(3)上的固定孔(3-3)、槽形梁(4-1)上的长孔(4-1-1)及L形板(4-2)上的孔(4-2-1)与充气总管(5-3)外壁上相对应的孔固定连接，充气总管(5-3)与气嘴(5-2)固定连接。

2. 根据权利要求1所述的肋板支撑充气展开式大口径抛物面形天线，其特征在于所述的反射体由三十六个沿抛物面半径间隔开的扇形单元充气室(1-1)组成，相邻两个扇形单元充气室(1-1)的侧面之间通过粘接和缝合与肋板(3)的两侧面固定连接。

3. 根据权利要求1所述的肋板支撑充气展开式大口径抛物面形天线，其特征在于所述的支撑管(2-3)由中间为铝箔材料、两侧为塑料薄膜的三层复合材料制成。

4. 根据权利要求1所述的肋板支撑充气展开式大口径抛物面形天线，其特征在于所述的分隔板(2-1)由薄铝板制成。

5. 根据权利要求1所述的肋板支撑充气展开式大口径抛物面形天线，其特征在于所述的肋板(3)采用薄铝板制成，肋板(3)的曲率半径R1小于扇形单元充气室(1-1)的曲率半径R2。

6. 根据权利要求1所述的肋板支撑充气展开式大口径抛物面形天线，其特征在于所述的槽形梁(4-1)和L形板(4-2)均由铝板制成。

7. 根据权利要求1所述的肋板支撑充气展开式大口径抛物面形天线，其特征在于所述的中心连接架(4)还包括第二固定环(4-4)；第二固定环(4-4)位于第一固定环(4-3)的正下方，第二固定环(4-4)与每个肋板(3)的短板(3-2)固定连接。