CN103490165B - 一种环形天线展开结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环形天线展开结构，为一个由多个结构完全相同的平行四边形单元（1）通过铰链连接成的封闭多边形环；每个平行四边形单元（1）包括两根竖杆（2）、一根斜杆（3）、一根上端横杆（4）和一根下端横杆（5），相邻两个平行四边形单元（1）共用一根竖杆（2）。本发明在各杆件的铰链处将竖杆和斜杆布局在同一层上、上端横杆和下端横杆布局在同一层上，实现杆件在环形天线径向方向上的多层重叠，通过各杆件的分层布局安装，有效地缩小了环形天线展开结构的收拢直径，同时，由于布局时杆件在同一层内不发生重叠，保证了竖杆、斜杆、上端横杆和下端横杆都处于竖直自由无应力状态，保证了天线收拢后结构的可靠性。

Description

一种环形天线展开结构
技术领域
本发明属于卫星天线技术领域，特别涉及一种星载环形天线结构。
背景技术
环形天线展开结构是其收拢与展开的运动部件，同样也决定了环形天线收拢与展开尺寸，一定程度上会影响到卫星的轻量化和小型化。目前的环形天线展开结构，是多个结构完全相同的平行四边形单元1通过夹角120的铰链连接成的一个封闭的多边形环，如图1所示。每个平行四边形单元1由竖杆2、斜杆3、上端横杆4和下端横杆5组成，如图2所示。环形天线的收拢直径是环形天线结构设计的重要指标，缩小环形天线收拢直径一直是环形天线结构设计的重要内容。
美国Northrop Grumman公司将12米AM（Astromesh）环形天线改进为AM-1环形天线，是通过缩小杆件之间间隙的方法缩小环形天线的收拢直径。国内进行环形天线研究，缩小环形天线收拢直径的方法同样也是通过缩小杆件之间的间隙。
然而，从图3可以看到，在每个平行四边形单元1的竖杆2与两根下端横杆5（或者上端横杆4）相交处的三点铰链6，3根杆件位于同一平面内；图4中，竖杆2与两根斜杆3、两根上端横杆4（或者下端横杆5）相交形成的五点铰链7，同一个平行四边形单元的竖杆2、斜杆3和上端横杆4（或者下端横杆5）位于同一平面内。因此，一方面，当天线收拢、缩小杆件之间间隙时，则上端横杆和下端横杆切向投影重叠，斜杆在环形天线收拢状态处于S型弯曲应力状态，会导致环形天线的斜杆在环形天线收拢状态发生变形处于S型受应力状态，如图5所示，在发射载荷的作用下容易发生结构破坏。另一方面，天线收拢后的直径缩小的不够。如图6所示，为由30个平行四边形单元组成的天线收拢后的剖视图，其内径961mm、外径1027mm，收拢后的天线直径缩小的较小。
发明内容
本发明的技术解决问题是，克服现有技术的不足，提供一种能大幅缩小环形天线收拢直径，且可靠性高的环形天线展开结构。
本发明的技术解决方案是，一种环形天线展开结构，为一个由多个结构完全相同的平行四边形单元通过铰链连接成的封闭多边形环，其特征在于：每个平行四边形单元包括两根竖杆、一根斜杆、一根上端横杆和一根下端横杆，相邻两个平行四边形单元共用一根竖杆，其特征在于：在竖杆与两根横杆相交的三点铰链处，竖杆与横杆在水平方向上错位布局，竖杆在内层，两根横杆在外层；在竖杆与两根斜杆、两根横杆相交形成的五点铰链处，竖杆和两根斜杆位于内层，两根横杆位于外层。
本发明与现有技术相比的有益效果：
1.本发明的技术方案，将环形天线平行四边单元竖杆、斜杆和上端横杆、下端横杆分层布局安装，使竖杆和斜杆布局在同一层上、上端横杆和下端横杆布局在同一层上，实现杆件在环形天线径向方向上的多层重叠，改变了简单依靠缩小杆件之间间隙缩小收拢直径的方法，有效地缩小了环形天线的收拢直径。经测试，将该方法应用到现有环形天线中，能够有效缩小环形天线收拢直径34%。
2.通过本发明的结构设计，使杆件布局时杆件在同一层内不发生重叠，保证竖杆、斜杆、上端横杆和下端横杆都处于竖直自由无应力状态，保证了天线收拢后结构的可靠性。
附图说明
图1为现有环形天线展开示意图；
图2为平行四边形单元示意图；
图3为现有技术的平行四边形单元中三点铰链示意图；
图4为现有技术的平行四边形单元中五点铰链示意图；
图5为不分层天线杆件收拢时隙斜杆S型状态示意图；
图6为不分层天线杆件收拢时的剖视图；
图7为本发明的平行四边形单元中三点铰链示意图；
图8为本发明的平行四边形单元中五点铰链示意图；
图9为本发明天线杆件收拢时的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明的一种环形天线展开结构，为一个由多个结构完全相同的平行四边形单元1通过铰链连接成的封闭多边形环，每个平行形单元的两根竖杆（2）、一根斜杆（3）、一根上端横杆（4）和一根下端横杆（5）分层布局安装，缩小环形天线展开结构的收拢尺寸；每个平行四边形单元1包括两根竖杆2、一根斜杆3、一根上端横杆4和一根下端横杆5，相邻两个平行四边形单元1共用一根竖杆2；在竖杆2与两根横杆相交的三点铰链6处，竖杆2与横杆在水平方向上错位布局，竖杆2在内层，两根横杆在外层；在竖杆2与两根斜杆3、两根横杆相交形成的五点铰链7处，竖杆2和两根斜杆3位于内层，两根横杆位于外层。
图7为本发明的平行四边形单元1中三点铰链6的示意图，图8为本发明的平行四边形单元1中五点铰链7的示意图。可以看出，环形天线平行形单元1的竖杆2、斜杆3、上端横杆4和下端横杆5分外层和内层两层布局安装。四边形单元的竖杆2和斜杆3布局在同一层上，并使其位于内层；上端横杆4和下端横杆5布局在同一层上，并使其位于外层。
当天线收拢状态时，竖杆2和斜杆3在内层上不发生重叠，上端横杆4和下端横杆5在外层上也不发生重叠，保证了竖杆2、斜杆3、上端横杆4和下端横杆5都处于竖直自由无应力状态，实现了四边形单元的竖杆2、斜杆3、上端横杆4和下端横杆5在环形天线径向方向上的多层重叠。
通过采用本发明的方法，平行四边形单元1的竖杆2、斜杆3和上端横杆4、下端横杆5位于不同层上。采用与图6中天线同样的杆件尺寸，以由30个平行四边形单元组成的天线为例，其收拢后内径560.4mm、外径675.7mm，可以有效地缩小环形天线的收拢直径34%，如图9所示。同时，消除了缩小杆件间隙引起斜杆3处于S型应力状态，所有杆件都处于竖直自由无应力状态。
当然，杆件分三层或者更多层布局安装等对本发明的各组成部件、位置关系及连接方式在不改变其功能的情况下，进行的等效变换或替代，也落入本发明的保护范围。
本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (1)

1.一种环形天线展开结构，为一个由多个结构完全相同的平行四边形单元（1）通过铰链连接成的封闭多边形环，其特征在于：每个平行四边形单元（1）包括两根竖杆（2）、一根斜杆（3）、一根上端横杆（4）和一根下端横杆（5），相邻两个平行四边形单元（1）共用一根竖杆（2），其特征在于：在竖杆（2）与两根横杆相交的三点铰链（6）处，竖杆（2）与横杆在水平方向上错位布局，竖杆（2）在内层，两根横杆在外层；在竖杆（2）与两根斜杆（3）、两根横杆相交形成的五点铰链（7）处，竖杆（2）和两根斜杆（3）位于内层，两根横杆位于外层。
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