CN104836011B - 星载螺旋天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种星载螺旋天线，该天线包括反射板、绝缘板、基座、螺旋天线本体和保护罩；所述反射板、基座、绝缘板通过螺钉固定，绝缘板被二者压紧在中层，三者固定为一个整体；所述螺旋天线本体的下端固定在绝缘板上、上端固定在保护罩内；当螺旋天线本体被压缩至最大压缩状态时，所述保护罩完全罩住基座和螺旋天线本体，且通过螺钉与基座连接固定。本发明折叠尺寸小，压缩率高，压缩后的天线储存、安装方便，强度高，可承受较大的冲击载荷；压缩对天线不产生任何不可逆变形，释放后迅速恢复至原状态。

Description

星载螺旋天线

技术领域

本发明涉及可折叠及自动展开的抗恶劣太空环境的螺旋天线本体机构，适用于装载于卫星平台的螺旋天线本体，尤其适用于星载ADS-B天线。

背景技术

受搭载平台、发射载荷等因素限制，星载天线发射时往往要求折叠到有限的小空间内，折叠不得损坏天线自身结构，且方便固定，折叠后的机构能满足剧烈的发射冲击载荷。

卫星入轨后天线根据地面指令自动展开，要求展开机构简单可靠，展开状态可以固定，展开过程中不得对卫星平台产生不可控的冲击载荷，且不能向太空抛弃任何固体垃圾。

天线展开后处于大尺寸状态，为微重力环境，随卫星平台发生公转和自转，受卫星平台的激励。天线如果刚度不足会导致非正常形变，天线指向偏移，指标发生改变。展开的螺旋天线本体为不稳定结构，这个问题尤显突出。

天线工作状态下直接裸露在太空中，受太空辐射，处于高低温交替状态，温度变化幅度达-90°～110°，易导致材料脆裂、老化。天线材料应能满足太空辐射、高低温环境交替变化的要求。

综上所述，星载螺旋天线应能满足尺寸折叠、自动展开及特殊情况下的刚度、强度指标。本发明设计了一种新型星载螺旋天线，能满足上述要求。

发明内容

本发明的目的在于：设计一种星载螺旋天线，可满足天线尺寸折叠、自动展开及特殊情况下的刚度、强度指标。

本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：

星载螺旋天线，其特征在于，该天线包括反射板、绝缘板、基座、螺旋天线本体和保护罩；所述反射板、基座、绝缘板通过螺钉固定，绝缘板被二者压紧在中层，三者固定为一个整体；所述螺旋天线本体的下端固定在绝缘板上、上端固定在保护罩内；当螺旋天线本体被压缩至最大压缩状态时，所述保护罩完全罩住基座和螺旋天线本体，且通过螺钉与基座连接固定。

优选的，该天线包括多根保形线，所述多根保形线沿螺旋天线本体的外周均匀设置，每根保形线的下端固定在反射板上、上端固定在保护罩内。

优选的，每根保形线与螺旋天线本体在每个螺距的交叉处均绑定连接。

优选的，所述基座包括基座本体、助推弹簧和支臂；所述基座本体为下端开口的腔体，基座本体的腔体内设有两个导向柱；所述导向柱所对的腔体壁上开有通槽；所述支臂包括天线本体固定部和滑套部，所述滑套部套在导向柱上，所述天线本体固定部的一端与滑套部连接、另一端伸出通槽与螺旋天线本体连接；所述助推弹簧套在导向柱上，其上端抵接滑套部。

优选的，所述导向柱设有至少两个；所述助推弹簧和支臂的数量与导向柱相同。

优选的，所述对应每个导向柱所开的通槽的长度与螺旋天线本体自由伸长时，最下一圈的螺旋天线本体的高度相匹配。

优选的，每根助推弹簧根据安装位置的不同，具有不同的刚度系数，以保证螺旋天线本体展开时，各助推弹簧的助推力接近。

优选的，所述保护罩内设有立柱，所述基座本体的上部设有方形孔，所述滑套部的两侧各设有一个平衡板；当螺旋天线本体被压缩一定程度时，立柱能穿过方形孔压在平衡板上。

优选的，所述导向柱下端对应的反射板和绝缘板上开有拆卸口，该拆卸口内设有弹簧压板，所述助推弹簧的下端抵在弹簧压板上。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、折叠尺寸小，压缩率高，压缩后的天线储存、安装方便，强度高，可承受较大的冲击载荷；压缩对天线不产生任何不可逆变形，释放后迅速恢复至原状态；

2、天线可根据地面指令自动展开，展开机构无需借助任何外部能量，对卫星平台无冲击，展开过程不抛弃任何垃圾物体；

3、天线展开状态刚度好，具有较好的保形性，天线指向准确，电性能指标稳定；

4、天线抗-90℃-110℃高低温交替，抗太空辐射及老化，可在太空环境下长期稳定工作。

附图说明

图1是本发明星载螺旋天线自然伸长时的正视结构示意图；

图2是图1的左视结构示意图；

图3是本发明星载螺旋天线自然伸长时的立体结构示意图；

图4是星载螺旋天线压缩状态图；

图5是星载螺旋天线仰视结构示意图；

图6是保护罩的结构示意图；

图7是支臂的结构示意图；

图8是图1中A处的局部放大图；

图9是图2中B处的局部放大图。

附图标注说明：

1为反射板，2为绝缘板，3为基座，4为螺旋天线本体，5为保护罩，6为固定支座，7为保形线，8为连接保护罩与基座的连接螺钉，9为绝缘板及反射板上与卫星平台适配的螺钉孔、10为电连接器，11为弹簧压板；

31为基座本体，32为导向柱，33为助推弹簧，34为支臂；

311为通槽，312为方形孔；

341为天线本体固定部，342为滑套部，343为平衡板；

51为立柱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明提供一种星载螺旋天线，如图1～图9所示，该天线包括反射板1、绝缘板2、基座3、螺旋天线本体4和保护罩5。绝缘板2安放在反射板1的上表面，基座3安放在绝缘板2的上表面的中间，通过反射板1底部的螺钉将基座3、绝缘板2、反射板1固定为一整体。绝缘板2的上表面靠近基座3的位置设有固定支座6，螺旋天线本体4的下端固定在固定支座6上、上端固定在保护罩5内。电连接器10安装在天线底部的反射板1上。当螺旋天线本体4被压缩至最大压缩状态时，保护罩5完全罩住基座3和螺旋天线本体4，且通过螺钉8与基座3连接固定；当拧掉螺钉8时，螺旋天线本体4将会自由恢复到伸长状态。

此外，该天线还可以增加多根保形线7。多根保形线7沿螺旋天线本体4的外周均匀设置，每根保形线7的下端固定在反射板1上、上端固定在保护罩5内。每根保形线7与螺旋天线本体4在每个螺距的交叉处均绑定连接。由于保形线为柔性绝缘线，当处于伸长状态的螺旋天线本体4产生弯曲时，其螺距发生改变：一侧缩小，另一侧则增大，此时，螺距增大的一侧会使绑定的保形线张紧，保形线将产生与弯曲方向相反的回复力，因而起到保形的作用。根据螺旋天线本体中径的大小及刚度情况，保形线可适当增减，最少为两根。

为了使天线能迅速恢复到伸长状态，本发明还对基座3进行了设计。本实施例。的基座3包括基座本体31、、助推弹簧33和支臂34。基座本体31为下端开口的腔体。在基座本体31的腔体内设有导向柱32。导向柱32所对的基座本体31的腔体壁上开有通槽311。支臂34包括天线本体固定部341和滑套部342，滑套部342套在导向柱32上，天线本体固定部341的一端与滑套部342连接、另一端伸出通槽311与螺旋天线本体4连接。助推弹簧33套在导向柱32上，其上端抵接滑套部342。在助推弹簧33的作用下支臂34可在通槽311内上下滑动，支臂34滑动及助推弹簧33伸缩时，依靠导向柱32导向，能避免支臂34歪斜和助推弹簧33歪曲。此外，支臂34还与安装在绝缘板2和反射板1上的固定支座6一起形成支撑点对螺旋天线本体4进行固定，支撑点的数目可以根据螺旋天线本体中径的大小及刚度适当增加，但最少为3个，即一个固定支座，2个支臂。当需要多个支臂时，相应的导向柱32、助推弹簧33的数量也要跟着变化。对应每个导向柱32所开的通槽311的长度与螺旋天线本体4自由伸长时，最下一圈的螺旋天线本体4的高度相匹配。每根助推弹簧33根据安装位置的不同，具有不同的刚度系数，以保证螺旋天线本体4展开时，各助推弹簧33的助推力接近。

为了避免在压缩天线时，支臂34在滑动过程中受力不均，保护罩5内设有立柱51，基座本体31的上部设有方形孔312，滑套部342的两侧各设有一个平衡板343。当螺旋天线本体4被压缩一定程度时，立柱51能穿过方形孔312压在平衡板343上。

为了避免在压缩天线时，支臂34受偏转力矩过大导致损坏，导向柱32下端对应的反射板1和绝缘板2上开有拆卸口，该拆卸口内设有弹簧压板11，助推弹簧33的下端抵在弹簧压板11上。

本实施例的材质选择如下：保形线选用线径为0.4mm左右，抗拉强度高，适用于太空环境的PE塑线；保护罩、基座、绝缘板、支臂等绝缘材料选材选用强度高，可机加工和注塑生产的聚砜塑料；螺旋天线本体选用具有较好弹性且能满足电性能指标的琴钢丝、不锈弹簧钢丝、铝合金或具备形状记忆功能镍钛合金。反射板选用航空铝合金。

本发明的使用方法如下：

储存时，下压保护罩5，进而压缩螺旋天线本体4至最大压缩状态时，采用螺钉8连接保护罩5与基座3，整个天线处于稳定的压缩状态，抗冲击及振动性能好，可用于保存及地面运输。该天线压缩前长609.5mm，压缩后仅长47.5mm，尺寸压缩率达92.2％。

需要注意的是，在下压保护罩5前，先取下反射板1底部的弹簧压板11进而卸下助推弹簧33，以免在下压过程中支臂34受偏转力矩过大导致损坏。保护罩5上的四个立柱51在下压到一定程度后穿过基座3上的方形孔312压在两个支臂34两侧的平衡板343上，避免支臂34在滑动过程中受力不均。当保护罩5压缩到位后，再从反射板1底部安装助推弹簧33。

天线随卫星发射前，用螺钉将储存状态下的天线通过绝缘板及反射板上与卫星平台适配的螺钉孔9安装到预定位置，再将保护罩5与熔断器之间的熔断线连接并张紧(保护罩5上固定航天热熔线，热熔线穿过基座3、绝缘板2和反射板1连接到熔断器)，再取下保护罩5上的固定螺钉8，依靠熔断线保持天线处于压缩状态。

天线释放时，地面指令熔断器加热使熔断线断裂。依靠螺旋天线本体4自身以及助推弹簧33的恢复力使天线恢复至原状态。恢复力为螺旋天线本体内力，对卫星平台的冲击扰动很小。此时，支臂34在助推弹簧33的推动下滑动到预定位置(由通槽311的高度决定)，助推弹簧33剩余的恢复力可以支撑支臂34，保持支臂34位置不变。两个助推弹簧33根据安装位置的设计为不同的刚度系数，以保证展开时两个助推弹簧的助推力接近，避免受力差距过大导致螺旋天线本体扭曲卡滞。天线在轨工作时，基本处于失重状态，天线在助推弹簧及保形线的辅助下保持形状的稳定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.星载螺旋天线，其特征在于，该天线包括反射板、绝缘板、基座、螺旋天线本体和保护罩；所述反射板、基座、绝缘板通过螺钉固定，绝缘板被二者压紧在中层，三者固定为一个整体；所述螺旋天线本体的下端固定在绝缘板上、上端固定在保护罩内；当螺旋天线本体被压缩至最大压缩状态时，所述保护罩完全罩住基座和螺旋天线本体，且通过螺钉与基座连接固定；所述基座包括基座本体、助推弹簧和支臂；所述基座本体为下端开口的腔体，基座本体的腔体内设有两个导向柱；所述导向柱所对的腔体壁上开有通槽；所述支臂包括天线本体固定部和滑套部，所述滑套部套在导向柱上，所述天线本体固定部的一端与滑套部连接、另一端伸出通槽与螺旋天线本体连接；所述助推弹簧套在导向柱上，其上端抵接滑套部。

2.根据权利要求1所述的星载螺旋天线，其特征在于，该天线包括多根保形线，所述多根保形线沿螺旋天线本体的外周均匀设置，每根保形线的下端固定在反射板上、上端固定在保护罩内。

3.根据权利要求2所述的星载螺旋天线，其特征在于，每根保形线与螺旋天线本体在每个螺距的交叉处均绑定连接。

4.根据权利要求1所述的星载螺旋天线，其特征在于，所述导向柱设有至少两个；所述助推弹簧和支臂的数量与导向柱相同。

5.根据权利要求4所述的星载螺旋天线，其特征在于，所述对应每个导向柱所开的通槽的长度与螺旋天线本体自由伸长时，最下一圈的螺旋天线本体的高度相匹配。

6.根据权利要求4所述的星载螺旋天线，其特征在于，每根助推弹簧根据安装位置的不同，具有不同的刚度系数，以保证螺旋天线本体展开时，各助推弹簧的助推力接近。

7.根据权利要求1所述的星载螺旋天线，其特征在于，所述保护罩内设有立柱，所述基座本体的上部设有方形孔，所述滑套部的两侧各设有一个平衡板；当螺旋天线本体被压缩一定程度时，立柱能穿过方形孔压在平衡板上。

8.根据权利要求1所述的星载螺旋天线，其特征在于，所述导向柱下端对应的反射板和绝缘板上开有拆卸口，该拆卸口内设有弹簧压板，所述助推弹簧的下端抵在弹簧压板上。