CN104269657A - 一种伞状天线反射器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种伞状天线反射器，包括底座、固面部分、可展部件、网面部分、驱动组件；其中，固面部分为固面反射器，可展部件包括多个展开肋，网面部分包括前张力网和后张力网，驱动组件包括电动机和动力绳索；固面部分与底座固定连接，可展部件与底座铰链连接，网面部分设置在可展部件上，通过驱动组件可以顺利实现本伞状天线反射器的展开。本发明的伞状天线反射器为大口径、高精度的伞状天线反射器，具有型面精度高、型面保持能力强、稳定性高、展开肋刚度大、反射效率高等优点，应用于太空中。

Description

一种伞状天线反射器

技术领域

本发明涉及于一种天线反射器，尤其涉及一种应用于太空中的大口径高精度伞状天线反射器。

背景技术

应用于太空中的伞状天线反射器和雨伞的结构比较类似，主要由展开肋和金属反射网组成。展开肋通过铰链连接在伞状天线反射器的底座上，金属反射网铺设在展开肋上。天线反射器首先收拢成柱状，在天线反射器到达太空中的预定位置之后，再通过天线反射器底部的展开机构驱动各条展开肋进行展开，展开到位之后的天线反射器就类似一把撑开的雨伞。

在现有的各类伞状天线反射器中，根据网面结构和展开方式可以主要分为：单层网面结构并且通过中心螺杆展开、双层网面结构并且通过中心螺杆展开、双层网面结构并且通过肋铰链自主动力展开等等。在现有的各类伞状天线反射器中，伞状天线反射器的口径大多都在5米左右，还没有出现过口径在10米以上的大型可展开的伞状天线反射器。从表面上看，似乎只要简单地提高展开肋的长度，就可以提高伞状天线反射器的口径，进而将天线反射器的口径从5米左右提高到10米以上。而实际上，由于伞状天线反射器自身结构复杂，并且在太空中运行时要经历严酷的高低温环境，对于本领域的技术人员而言，要制造出口径在10米以上的大型可展开的伞状天线反射器是非常困难的，需要突破新型大型可展开反射器的整体结构设计技术、高精度网面成型与保持技术、低热膨胀和高模量复合材料结构研制技术、大型可展开高精度天线型面调整和测试技术、大型伞状天线反射器的展开技术等关键技术。

针对口径为10米以上的大型高精度伞状天线反射器，如果采用目前伞状天线的结构形式就会至少存在以下问题：

1、伞状天线反射器根本无法顺利展开，即使反射器能够勉强展开，天线反射器展开后的型面精度也很难达到要求。

2、当天线反射器的口径进一步加大时，天线反射器所需要的展开动力进一步增大，使得展开机构变得异常庞大，天线反射器的重量急剧增加，同时导致天线反射器的有效反射面积大量损失，严重影响天线反射器的性能。

3、在太空中严酷的高低温环境下，天线反射器的型面容易发生变化，型面系统的稳定性不高，不具有较高的型面精度和型面保持能力。

4、展开肋重量大刚度小，尤其是展开肋的根部容易发生变形，进而影响到天线反射器的型面稳定，影响天线反射器的性能。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于太空中的大口径高精度的伞状天线反射器。

本发明公开了一种伞状天线反射器，固定在天线支架上，包括底座、固面部分、可展部件、网面部分、驱动组件；底座为腔体结构，底座的其中一面固定在天线支架(未示出)上，另一面与固面部分相固定，在所述两个面之间为底座边缘，底座边缘优选为圆筒形边缘或者多边形边缘；固面部分为固面反射器；可展部件包括多个展开肋，每个展开肋包括顶部和根部，根部的横截面要大于顶部的横截面，每个展开肋分别与底座的边缘铰链连接；网面部分包括前张力网、后张力网，前张力网和后张力网都与展开肋固定连接，并且前张力网设置在伞状天线反射器抛物面型面的内侧，后张力网设置在伞状天线反射器抛物面型面的外侧，在可展部件展开后前张力网与固面反射器处于同一抛物面并一起构成完整的反射面；驱动组件包括电动机和与电动机连接的动力绳索，电动机位于展开肋的根部下方并与底座边缘固定连接，展开肋和底座边缘通过动力绳索连接，通过驱动组件可以实现可展部件的展开。

优选地，网面部分还包括张力阵，张力阵设置在前张力网和后张力网之间并与前张力网和后张力网相互连接。

优选地，前张力网由前张力绳索组成，后张力网由后张力绳索组成，张力阵由调整绳索组成，在多个展开肋两两之间固定连接前张力绳索和相应的后张力绳索，前张力绳索和相应的后张力绳索之间再通过调整绳索相互连接。

优选地，在底座边缘上设置有多个第一过绳轮，在展开肋的端部上靠近底座边缘的位置处设置有多个与第一过绳轮相对应的第二过绳轮，动力绳索依次穿过第一过绳轮和第二过绳轮，从而在驱动电动机收紧动力绳索时，动力绳索通过第一和第二过绳轮使展开肋绕着铰链连接位置处转动，从而实现展开肋的展开。

优选地，前张力网和所述后张力网相互对称。

优选地，张力阵采用竖向投影方向。

优选地，展开肋采用中空式的蜂窝夹层式结构。

优选地，铰链连接是通过多个转动轴穿过设置在展开肋的端部上的双耳板和设置在底座边缘上相对应的单耳板来实现的，转轴两两之间设置有十字万向节。

优选地，电动机为至少两对成对设置于底座边缘上，而且成对设置的电动机的位置相互对称。

优选地，伞状天线反射器上还设置有锁定机构，用于将展开到位后的可展部件锁定。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明的展开机构不仅可以顺利实现可展部件的展开，而且不会影响反射面的有效面积，极大地提高了天线反射器的反射效果，其结构形式简便可行，具有体积小、质量轻、成本低、效果好等优点，特别适用于大口径、高精度的伞状天线反射器；

2.本发明通过设置张力阵可以使得前张力网和后张力网在沿着展开肋的方向上形成所需要的型面，提高了型面的调整能力；

3.本发明的伞状天线反射器由于前张力网和后张力网采用了对称设计，从而在高低温下型面不会有变化，实现了高热稳定性型网面结构，与现有技术中的伞状天线反射器相比，具有更高的型面精度和型面保持能力；

4.本发明的伞状天线反射器的张力阵采用竖向投影方向，使得网面部分的结点沿张力阵方向刚度较大，温度变化条件下结点位移较小，使得本发明的伞状天线反射器的系统稳定性更高；

5.本发明对展开肋的截面进行了优化，采用中空式的蜂窝夹层式结构，在不改变展开肋重量的前提下，提高了展开肋的刚度，增强了展开肋抵抗变形的能力，具有显著的效果。

附图说明

图1为本发明的伞状天线反射器在展开状态下的示意图。

图2为本发明的伞状天线反射器在收拢状态下的示意图。

图3为本发明的伞状天线反射器在未安装网面部分时的示意图。

图4为本发明的伞状天线反射器的底座的示意图。

图5为本发明的伞状天线反射器的网面部分的示意图。

图6为本发明的伞状天线反射器的展开肋与底座的连接关系的示意图。

图7为本发明的伞状天线反射器的驱动组件与第一第二过绳轮连接关系的示意图。

图8为本发明的伞状天线反射器的十字万向节连接转动轴的示意图。

附图标记：

底座 1

固面部分 2

展开肋 3

网面部分 4

前张力绳索 51、后张力绳索 52、调整绳索 53

电动机 6

动力绳索 7

第一过绳轮 81、第二过绳轮 82

双耳板 91、单耳板 92、转动轴 93、十字万向节 94

锁定结构 10

具体实施方式

以下将结合具体实施例以及附图进一步阐述本发明的优点。

如图1至图7中所示，本发明的伞状天线反射器，包括底座1、固面部分2、可展部件、网面部分4和驱动组件。如图3和图4所示，底座1为腔体结构，底座1的其中一面固定在所述天线支架(未示出)上，另一面与固面部分2相固定，在所述两个面之间为底座边缘，底座边缘优选为圆筒形边缘或者多边形边缘。固面部分2为固面反射器。可展部件包括多个展开肋3，展开肋3的数量可以根据实际情况来具体设置。展开肋3包括顶部和根部，其根部的横截面要大于顶部的横截面，展开肋3的根部分别与底座的边缘铰链连接，从而使得每个展开肋3能够绕着根部与底座边缘铰链连接的位置处展开。本发明的伞状天线反射器还包括网面部分4，网面部分4包括前张力网、后张力网。前张力网和后张力网都与展开肋3固定连接，并且前张力网设置在伞状天线反射器抛物面型面的内侧，后张力网设置在伞状天线反射器抛物面型面的外侧，在可展部件展开后，前张力网与固面反射器处于同一抛物面并一起构成完整的反射面。本发明的伞状天线反射器还包括驱动组件，驱动组件包括电动机6和与电动机6连接的动力绳索7。电动机6位于展开肋3的根部下方并与底座边缘固定连接，展开肋3和底座边缘通过动力绳索7连接，通过驱动组件可以实现所述可展部件的展开。在传统天线反射器中，都是将驱动组件设置在天线反射器的中心区域，导致反射器的有效利用面积减少，极大地影响了天线反射器的反射效果。而在本实施例中，电动机6被设置在展开肋3的根部下方并与底座边缘固定连接，展开肋3和底座边缘通过动力绳索7连接，通过这样的设计不仅可以顺利实现可展部件的展开，而且不会影响反射面的有效面积，极大提高了天线反射器的反射效果，适用于大口径、高精度的伞状天线反射器。

优选地，网面部分还包括张力阵，张力阵设置在前张力网和后张力网之间并与前张力网和后张力网相互连接。如图5所示，前张力网由前张力绳索51组成，后张力网由后张力绳索52组成，张力阵由调整绳索53组成，在多个展开肋3两两之间固定连接前张力绳索51和相应的后张力绳索52，前张力绳索51和相应的后张力绳索52之间再通过调整绳索53相互连接，连接之处即为结点。由于在前张力网和后张力网之间设置了张力阵，就可以通过改变调整绳索53的长度和方向来调整前张力绳索51和后张力绳索52，进而能够使得前张力网和后张力网在沿着展开肋3的方向上形成所需要的型面。

优选地，如图7所示，在底座边缘上设置有多个第一过绳轮81，在展开肋3的根部上靠近底座边缘的位置处设置有多个与第一过绳轮81相对应的第二过绳轮82，动力绳索7依次穿过第一过绳轮81和第二过绳轮82，从而在驱动电动机6收紧动力绳索7时，动力绳索7通过第一过绳轮81和第二过绳轮82使展开肋3绕着所述铰链连接位置处转动，从而实现展开肋3的展开。通过设置第一过绳轮81和第二过绳轮82来实现展开肋3的展开，结构形式简便可行，具有体积小、质量轻、成本低、效果好等优点。

优选地，前张力网和后张力网相互对称。天线反射器在太空中在轨运行时要经历严酷的高低温环境，由于任何一种材料的热膨胀系数都不会为零，空间结构的在轨热变形是无法避免的。传统上，为了降低反射器收拢高度，前张力网和后张力网采用非对称设计。但是，非对称设计的前张力网和后张力网在温度环境下稳定性较差。具体而言，前张力网和后张力网的材料热膨胀系数为负，高温情况下网面结点整体向前张力网方向偏离，低温情况下网面结点整体向后张力网方向偏离。这一偏离的原因是因为两个网面焦距的不同(拱高不同)，但是每个索段在温度变化△T时产生力△F相同，即△F＝EAa△T，其中，E是弹性模量，A是截面积，a是热膨胀系数。由于前张力网的网面焦距小于后张力网的网面焦距，前张力网每个索段的△F的竖向分量ΔF_y大于后张力网中索段△F的竖向分量ΔF_y，所以出现温度升高整体向上变形，温度降低整体向下变形的趋势。因此，本发明的伞状天线反射器由于前张力网和后张力网采用了对称设计，从而在高低温下型面不会有变化，实现了高热稳定性型网面结构。与现有技术中的伞状天线反射器相比，具有更高的型面精度和型面保持能力。

优选地，张力阵采用竖向投影方向。由于本发明的伞状天线反射器的张力阵采用竖向投影方向，使得网面部分4的结点沿张力阵方向刚度较大，温度变化条件下结点位移较小，使得本发明的伞状天线反射器的系统稳定性较高。

优选地，展开肋3采用中空式的蜂窝夹层式结构。由于网面部分4是通过展开肋3来获得支撑，展开肋3的变形对网面部分4的型面影响比较大，尤其是当展开肋3根部发生变形时，对网面部分4的影响更为严重，因此天线反射器通常对展开肋3的刚度都有着较高的要求。在现有技术中，虽然可以通过加大加粗展开肋3的方式来提高展开肋3的刚度，但也因此导致展开肋重量增加，进而导致天线反射器的重量增加，影响天线反射器的运行。本发明对展开肋3的截面进行了优化，采用中空式的蜂窝夹层式结构，在不改变展开肋重量的前提下，提高了展开肋的刚度，增强了展开肋抵抗变形的能力，具有显著的效果。

优选地，如图6和图8所示，展开肋3的根部与底座的边缘铰链连接是通过多个转动轴93穿过设置在所述展开肋3的端部上的双耳板91和设置在所述底座边缘上相对应的单耳板92来实现的，并且在所述转动轴93两两之间还设置有十字万向节94。动力绳索7在经过第一第二过绳轮81、82时，由于摩擦力的影响，展开力会逐渐减小，这就会造成展开肋3在展开过程中存在一定程度的不同步性。因此，本发明采用在展开肋3的转动轴93之间安装十字万向节94，以在最大程度上减小展开肋3的不同步性，使本发明的伞状天线反射器顺利展开。

优选地，电动机6为至少两对成对设置于底座边缘上，而且成对设置的电动机6的位置相互对称。增加电动机6的数量并且呈对称式设置可以进一步地提高展开肋3的同步性，使本发明的伞状天线反射器更加顺利地展开。

优选地，伞状天线反射器上还设置有锁定机构10，用于将展开到位后的所述可展部件锁定，从而进一步锁定本发明的伞状天线反射器。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种伞状天线反射器，固定在天线支架上，包括底座、固面部分、可展部件、网面部分、驱动组件，其特征在于，

所述底座为腔体结构，所述底座的其中一面固定在所述天线支架上，另一面与所述固面部分相固定，在所述两个面之间为底座边缘；

所述固面部分为固面反射器；

所述可展部件包括多个展开肋，每个所述展开肋包括顶部和根部，所述根部的横截面要大于所述顶部的横截面，每个所述展开肋分别与所述底座的边缘铰链连接；

所述网面部分包括前张力网、后张力网，所述前张力网和所述后张力网都与所述展开肋固定连接，并且所述前张力网设置在所述伞状天线反射器抛物面型面的内侧，所述后张力网设置在所述伞状天线反射器抛物面型面的外侧，在所述可展部件展开后所述前张力网与所述固面反射器处于同一抛物面并一起构成完整的反射面；

所述驱动组件包括电动机和与所述电动机连接的动力绳索，所述电动机位于所述展开肋的根部下方并与所述底座边缘固定连接，所述展开肋和所述底座边缘通过所述动力绳索连接，通过所述驱动组件可以实现所述可展部件的展开。

2.如权利要求1所述的一种伞状天线反射器，其特征在于，所述网面部分还包括张力阵，所述张力阵设置在所述前张力网和所述后张力网之间并与所述前张力网和所述后张力网相互连接。

3.如权利要求2所述的一种伞状天线反射器，其特征在于，所述前张力网由前张力绳索组成，所述后张力网由后张力绳索组成，所述张力阵由调整绳索组成，在多个所述展开肋两两之间固定连接所述前张力绳索和相应的所述后张力绳索，所述前张力绳索和相应的所述后张力绳索之间再通过所述调整绳索相互连接。

4.如权利要求3所述的伞状天线反射器，其特征在于，在所述底座边缘上设置有多个第一过绳轮，在所述展开肋的根部上靠近所述底座边缘的位置处设置有多个与所述第一过绳轮相对应的第二过绳轮，所述动力绳索依次穿过所述第一过绳轮和所述第二过绳轮，从而在驱动所述电动机收紧所述动力绳索时，所述动力绳索通过所述第一和第二过绳轮使所述展开肋绕着所述铰链连接位置处转动，从而实现所述展开肋的展开。

5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的伞状天线反射器，其特征在于，所述前张力网和所述后张力网相互对称。

6.如权利要求2至3中任一权利要求所述的伞状天线反射器，其特征在于，所述张力阵采用竖向投影方向。

7.如权利要求6所述的伞状天线反射器，其特征在于，所述展开肋采用中空式的蜂窝夹层式结构。

8.如权利要求7所述的伞状天线反射器，其特征在于，所述铰链连接是通过多个转动轴穿过设置在所述展开肋的根部上的双耳板和设置在所述底座边缘上相对应的单耳板来实现的，所述转轴两两之间设置有十字万向节。

9.如权利要求8所述的伞状天线反射器，其特征在于，所述电动机为至少两对成对设置于所述底座边缘上，而且所述成对设置的电动机的位置相互对称。

10.如权利要求9所述的伞状天线反射器，其特征在于，所述伞状天线反射器上还设置有锁定机构，用于将展开到位后的所述可展部件锁定。