CN107069176B - 一种基于拉索调节形面精度的可展开柱状抛物面天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于拉索调节形面精度的可展开柱状抛物面天线，包括一个能够伸缩的周边支撑结构，沿周边支撑结构上通过连接扣件连接有反射膜面，在周边支撑结构上设有反射面精度调节装置，膜面卷轴位于周边支撑结构的一个周边桁架上；所述周边支撑结构包括周边桁架、横向支撑结构、纵向支撑结构、连接在周边桁架上的上层索网和下层索网，以及在上层索网和下层索网之间连接的中间调节索。该装置有效提高了柱状抛物面天线整体结构的稳定性和反射膜面的精度；极大地节省了存储空间，有效地减少了运输过程中因产生的震动而发生结构变形。

Description

一种基于拉索调节形面精度的可展开柱状抛物面天线

技术领域

本发明涉及卫星通讯技术领域，具体是指一种基于拉索调节形面精度的可展开柱状抛物面天线装置。

背景技术

抛物面天线是一种发射和接收空间电磁波的装置，它由馈源和抛物面反射器构成，天线的反射面由形状为抛物面的导体表面构成，馈源放置在抛物面的焦点上。由于抛物面天线具有高增益、低副瓣、强方向性和高可靠性等特点，可应用于超高频、微波乃至毫米波波段的通信卫星，是各类卫星上使用最多的天线形式之一。

柱状抛物面天线可以在一个方向上聚焦波束，有效接收信号，另一个方向提供一个比较均匀的视场，且可用较低成本实现较大的接收面积，同时也可以通过近距离阵列多个馈源提高天线的频带，越来越受到科研者的青睐。

随着现代技术的发展，天线在雷达通讯和军事工程等领域的广泛应用，对天线性能的要求也越来越高，如大口径、多频段、高精度以及轻质量等。就反射面天线的精度而言，高精度的反射面天线具有强大的信号收发能力，然而实际应用中的反射面天线除了承受结构自重载荷的影响，还会不可避免的承受太阳照射所引起的热载荷的影响，这些载荷导致天线反射面变形，且随着天线口径的增大，竖向索数目增多，导致形面调整比较困难，形面精度不易控制，均影响天线性能。

目前大型空间可展开天线形式主要有固面展开天线、伞状可展开天线、构架式可展开天线、充气可展开天线、半刚性可展开天线、环形可展开天线等。固面可展开天线展开后形面精度较高，但存在重量重、收拢体积大的缺陷。伞状可展开天线虽然有轻质量、高收纳率的优点，但天线的形面精度难以达到理想效果。构架式可展开天线虽然有较大的收纳率，但同时存在重量大的问题，不适合制作为大口径天线。充气可展开天线虽然有着质量轻、收拢体积小、成本低的优点，但有在轨形面自硬化的缺陷，影响反射面的形面精度。而半刚性天线有轻质量、高精度的优点，但他的收纳率较低，也不适合做成大口径天线。而桁架可展开天线的结构形式简明，在一定范围内口径增大不改变结构形式，质量也不会成比例增加，且型面精度高，是大型卫星天线理想的结构形式。

因此，在抛物面天线研制过程中，提出一种可调节形面精度且结构稳定的可展开柱状抛物面天线具有特殊的重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于拉索调节反射面形面精度的可展开柱状抛物面天线装置。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种基于拉索调节形面精度的可展开柱状抛物面天线，包括一个能够伸缩的周边支撑结构，沿周边支撑结构上通过连接扣件连接有反射膜面，在周边支撑结构上设有反射面精度调节装置，膜面卷轴位于周边支撑结构的一个周边桁架上；所述周边支撑结构包括周边桁架、横向支撑结构、纵向支撑结构、连接在周边桁架上的上层索网和下层索网，以及在上层索网和下层索网之间连接的中间调节索；

在周边支撑结构为收拢状态时，周边桁架和纵横向支撑结构收缩在一起；周边支撑结构展开时，周边桁架和纵横向支撑结构先沿长度方向或宽度方向展开，另一方向的周边桁架和纵横向支撑结构随后展开。

作为优选，所述周边桁架为由两两相对的四组平面桁架组成的矩形桁架，每组平面桁架均由独立的可展开桁架单元组成；所述可展开桁架单元为平行四边形状，且平行四边形设对角连杆，为可伸缩的套管。

作为优选，所述横向支撑结构和纵向支撑结构由一组平面桁架组成，纵、横向支撑结构为伸缩结构，纵向支撑结构位于横向支撑结构上方交错分布，固定在周边桁架内部。

作为优选，上层索网和下层索网由多片平面网片构成，各平面网片中上下索的形状均为由若干索段组成的抛物线；各组网片中的上下索在各索段对应结点处通过长度方向上的柔性索连接在一起，上层索网和下层索网连接到周边桁架上。

作为优选，所述反射膜面是由若干条状膜面拼接而成，条状膜面的边缘粘贴在柔性加强索上，柔性加强索上分布有垂直向下的竖向索和连接索，所述连接索位于整体反射膜面外围的柔性拉索上，反射膜面上两端的连接索分别连接在周边桁架一侧的连接扣件耳孔处；所述竖向索的另一端连接在上层索网对应结点处，保证反射膜面在展开时的形状为柱状抛物面。

作为优选，所述连接扣件由内半片扣件和外半片扣件对接扣合后连接而成，内、外两半片扣件上半部分为直板，直板上开有对应螺纹孔，下半部分为半圆环，在内半片扣件的侧壁的螺纹孔等高处设有一个半圆状的耳孔。

作为优选，所述反射面精度调节装置包括支撑扣件，连接在支撑扣件上的滑轮调节支撑机构、设在滑轮调节支撑机构上的弹簧微调机构和滑轮组；

进一步，所述滑轮调节支撑机构为框型结构，连接在支撑扣件两半片扣件上半部分的直板上，在滑轮调节支撑机构顶部连接弹簧微调机构和滑轮组，滑轮组中的拉索连接到连接扣件的耳孔上。

进一步，所述弹簧微调机构是内部设有阶梯孔的矩形薄板，在中间孔内设有柱状滑块，柱状滑块两侧均设有带有耳孔的长杆，一侧耳孔连接到反射膜面的连接索上，另一侧耳孔连接恒力弹簧后通过拉索穿过滑轮组连接到连接扣件的耳孔上。

作为优选，所述膜面卷轴包括一个下凸型非封闭式框架结构的支撑架，卷轴圆管套在支撑架的横向杆上；支撑架在非封闭的两杆末端通过销钉和扭簧固定在周边桁架长度方向的桁架单元杆上。

作为优选，在柱状反射膜面无曲率的两侧边上，一侧通过连接索和连接扣件直接固定在基础支撑结构上，对应一侧在拉索和连接扣件间加入反射面精度调节装置；在柱状反射膜面有曲率的两侧边上，在连接索和连接扣件间均加入反射面精度调节装置，所不同的是，一侧的反射面精度调节装置中加入恒力弹簧，另一侧不加恒力弹簧。

本发明有如下优点：

1.在矩形周边桁架结构里添加纵横向支撑结构，有效提高了柱状抛物面天线整体结构的稳定性，防止失稳；

2.在连接反射膜面时加入反射面精度调节装置，通过弹簧的作用可以时时调节反射面的形面精度，有效提高了反射膜面的精度；

3.采用可展开的周边桁架，柱状抛物面天线在运输的过程中可以保持收拢状态，在工作时展开，极大地节省了存储空间，又以收拢的状态有效减少运输过程中因产生的震动而发生结构变形。

附图说明

图1是本发明实例提供的一种基于拉索调节反射面形面精度的柱状抛物面天线整体结构示意图；

图2是本发明实例提供的周边支撑结构的结构示意图；

图3是本发明实例上下索网的结构示意图；

图4是本发明实例提供的连接扣件实体图；

图5是本发明实例提供的反射面精度调节装置局部视图；

图6是本发明实例提供的弹簧微调机构剖视图；

图7是本发明实例提供膜面单元拼接示意图；

图8是本发明实例提供的展开的单元卷轴机构；

图9是本发明实例提供的膜面卷轴的卷轴圆管详细视图；

图10是本发明实例提供的连接索和连接扣件间加入反射面精度调节装置局部视图。

图中：1、周边支撑结构；1-1、周边桁架；1-2、横向支撑结构；1-3、纵向支撑结构；1-4、上层索网；1-5、下层索网；1-6、中间调节索；2、连接扣件柔性加强索；2-1、内半片扣件；2-2、外半片扣件；2-3、耳孔；3、反射面精度调节装置；3-1、滑轮组；3-2、弹簧微调机构；3-2-1、弹簧机构耳孔；3-2-2、柱状滑块；3-2-3、恒力弹簧；3-2-4、长杆；3-3、滑轮调节支撑机构；3-4支撑扣件；4、反射膜面；4-1、条状膜面；5、膜面卷轴；5-1、卷轴圆管；5-1-1、销钉；5-1-2、扭簧；5-2、支撑架；6、竖向索；7、连接索；8、柔性加强索。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

参见图1所示，一种基于拉索调节形面精度的可展开柱状抛物面天线，包括一个能够伸缩的周边支撑结构1，沿周边支撑结构1上通过连接扣件2连接有反射膜面4，在周边支撑结构1上设有反射面精度调节装置3，膜面卷轴5位于周边支撑结构1的一个周边桁架1-1上。

如图2、3所示，所述周边支撑结构包括周边桁架1-1、横向支撑结构1-2、纵向支撑结构1-3、连接在周边桁架1-1上的上层索网1-4和下层索网1-5，以及中间调节索1-6。周边桁架1-1是由两两相对的四组平面桁架组成的矩形桁架，每组平面桁架均由独立的可展开桁架单元组成。所述可展开桁架单元由通过铰链连接在一起的五根杆件构成，其中两根竖杆、两根横杆组成一个平行四边形框架，斜杆是平行四边形的对角连杆，为可伸缩的套管，在桁架单元收拢和展开过程中可自由伸缩。

如图2所示，所述横向支撑结构1-2和纵向支撑结构1-3由一组平面桁架组成，横向支撑结构1-2的每组平面桁架与周边桁架1-1的横向平面桁架长度保持一致，沿横向平行分布内镶在矩形周边桁架1-1中；同理，所述纵向支撑结构1-3的每组平面桁架与周边桁架1-1的纵向平面桁架长度保持一致，并沿纵向平行内镶在矩形周边桁架1-1中；并且，纵、横向支撑结构为伸缩结构，纵向支撑结构1-3位于横向支撑结构1-2上方交错分布，固定在周边桁架1-1内部。横向支撑结构1-2和纵向支撑结构1-3的架设位置高度在周边桁架1-1的下方靠底部位置。

如图2所示，在周边支撑结构1为收拢状态时，周边桁架1-1和纵横向支撑结构收缩在一起，周边支撑结构1展开时，周边桁架和横向支撑结构先沿长度方向展开，宽度方向的周边桁架和纵向支撑结构随后展开。

如图3所示，周边桁架1-1上连接有上层索网1-4和下层索网1-5，上下层索网由多片平面网片构成，各平面网片中上下索的形状均为由若干索段组成的抛物线，即索段结点分别位于给定的抛物线上，各组网片中的上下索在各索段对应结点处通过长度方向上的柔性索连接在一起，上下层索网连接到周边桁架1-1上；在上层索网1-4和下层索网1-5之间连接有中间调节索1-6，中间调节索1-6是用于连接上下层索网对应结点的柔性拉索，对该索长进行调整可保证各片上索网形成指定的抛物线形状。

如图4所示，连接扣件2是由内半片扣件2-1和外半片扣件2-2对接扣合后连接而成，内、外两半片扣件上半部分为直板，直板上开有对应螺纹孔，下半部分为半圆环，可以配合安装在周边桁架1-1的杆件上；用螺栓将扣件固定在周边支撑桁架1上端的周边杆件上。在内半片扣件2-2的侧壁的螺纹孔等高处设有一个半圆状的耳孔2-3。

如图5所示，反射面精度调节装置3包括支撑扣件3-4，连接在支撑扣件3-4上的滑轮调节支撑机构3-3、设在滑轮调节支撑机构3-3上的弹簧微调机构3-2和滑轮组3-1。支撑扣件3-4与连接扣件2结构相似，不同的是宽度大于连接扣件2，滑轮调节支撑机构3-3为框型结构，连接在两半片扣件上半部分的直板上，在滑轮调节支撑机构3-3顶部连接弹簧微调机构3-2和滑轮组3-1，滑轮组3-1中的拉索连接到连接扣件2的耳孔2-3上。

如图5、10所示，滑轮组3-1和弹簧微调机构3-2分别固定在凹形滑轮调节支撑结构3-3底部左右两侧，滑轮调节支撑机构3-3通过螺栓和支撑扣件3-4固定在周边桁架上。滑轮组3-1由滑轮和支撑座组成，支撑座截面呈凹槽形，左右两侧的薄片上开设螺纹孔，对应在滑轮中心开有螺纹孔，用螺钉穿过滑轮和支撑座的螺纹孔将其固定在支撑座上，支撑座底部固定在滑轮调节支撑结构底部一侧。

如图6所示，弹簧微调机构3-2是内部设有阶梯孔的矩形薄板，中间孔的尺寸略大于两边孔的尺寸，在中间孔内设有柱状滑块3-2-2，柱状滑块3-2-2的直径与中间孔的直径相同，柱状滑块3-2-2长度小于中间孔的深度，滑块可在中间孔内自由移动；柱状滑块3-2-2两侧均设有长杆3-2-4，两个长杆顶端均设有耳孔3-2-1，一侧耳孔用于连接拉索，拉索的另一端连接在反射膜面的连接索7上，另一侧耳孔连接有恒力弹簧3-2-3，恒力弹簧3-2-3的另一侧连接拉索，拉索再穿过滑轮组3-1的滑轮连接在连接扣件2的耳孔2-3上。

如图7所示，反射膜面4是由若干条状膜面4-1拼接而成，条状膜面的边缘粘贴在柔性加强索8上，柔性加强索8上分布有垂直向下的竖向索6和水平分布的连接索7，连接索7分布在整体反射膜面外围的柔性拉索8上，参见图1。反射膜面一端的连接索7连接在周边桁架一侧的连接扣件2的耳孔2-3处，另一端的连接索7连接在周边桁架对应一侧连接扣件2的耳孔2-3处，从而使反射膜面支撑在展开的周边支撑桁架上。竖向索6的另一端连接在上层索网1-4对应结点处，保证反射膜面在展开时的形状为柱状抛物面。

膜面卷轴5由卷轴圆管5-1和支撑架5-2组成，如图8所示，支撑架5-2是下凸型非封闭式框架，卷轴圆管5-1套在支撑架5-2的横向杆上，如图9所示，支撑架5-2在非封闭的两杆末端通过销钉5-1-1和扭簧5-1-2固定在周边桁架1-1长度方向的桁架单元杆上。

在周边桁架1-1收缩时，多个条状膜面4-1单元卷绕在各自的膜面卷轴5上，由于扭簧5-1-2的作用致使膜面卷轴5外翻一定的角度，使周边桁架的收缩体积更小，卷轴圆管5-2的长度比长度方向桁架单元杆的长度略长，以使相邻条状膜片4-1之间的间距足够小，保证了反射膜片4展开时的完整性。

在周边桁架展开时，反射膜面4通过连接扣件2和连接索7支撑于周边桁架1-1上，参见图1，为方便调节精度，在柱状反射膜面无曲率的两侧边上，一侧通过连接索7和连接扣件2直接固定在基础支撑结构上，对应一侧在拉索和连接扣件间加入反射面精度调节装置3，达到调节反射膜面精度的作用。

参见图1、图10，在柱状反射膜面有曲率的两侧边上，在连接索7和连接扣件2间均加入反射面精度调节装置3，在与反射膜面对应结点高度处，将调节装置的支撑扣件固定在周边桁架的竖向杆件上；所不同的是，一侧的反射面精度调节装置中加入恒力弹簧3-2-3，另一侧不加恒力弹簧3-2-3，以达到调节反射膜面精度的作用。

以上所述仅为本发明提供的一种实例而已，本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于拉索调节形面精度的可展开柱状抛物面天线，其特征在于：包括一个能够伸缩的周边支撑结构(1)，沿周边支撑结构(1)上通过连接扣件(2)连接有反射膜面(4)，在周边支撑结构(1)上设有反射面精度调节装置(3)，膜面卷轴(5)位于周边支撑结构(1)的一个周边桁架(1-1)上；

所述周边支撑结构(1)包括周边桁架(1-1)、横向支撑结构(1-2)、纵向支撑结构(1-3)、连接在周边桁架(1-1)上的上层索网(1-4)和下层索网(1-5)，以及在上层索网(1-4)和下层索网(1-5)之间连接的中间调节索(1-6)；

所述周边桁架(1-1)为由两两相对的四组平面桁架组成的矩形桁架，每组平面桁架均由独立的可展开桁架单元组成；

在周边支撑结构为(1)收拢状态时，周边桁架和纵向支撑结构(1-3)、横向支撑结构(1-2)收缩在一起；周边支撑结构展开时，周边桁架(1-1)和横向支撑结构(1-2)先沿矩形桁架长度方向展开，宽度方向的周边桁架和纵向支撑结构(1-3)随后展开。

2.根据权利要求1所述的一种基于拉索调节形面精度的可展开柱状抛物面天线，其特征在于：所述可展开桁架单元为平行四边形状，且平行四边形设对角连杆，对角连杆为可伸缩的套管。

3.根据权利要求1所述的一种基于拉索调节形面精度的可展开柱状抛物面天线，其特征在于：所述横向支撑结构(1-2)和纵向支撑结构(1-3)分别各由一组平面桁架组成，纵、横向支撑结构为伸缩结构，纵向支撑结构(1-3)位于横向支撑结构(1-2)上方交错分布，固定在周边桁架(1-1)内部。

4.根据权利要求1所述的一种基于拉索调节形面精度的可展开柱状抛物面天线，其特征在于：上层索网(1-4)和下层索网(1-5)由多片平面网片构成，各平面网片中上下索的形状均为由若干索段组成的抛物线；各组网片中的上下索在各索段对应结点处通过所述矩形桁架长度方向上的柔性索连接在一起，上层索网(1-4)和下层索网(1-5)连接到周边桁架(1-1)上。

5.根据权利要求1所述的一种基于拉索调节形面精度的可展开柱状抛物面天线，其特征在于：所述反射膜面(4)是由若干条状膜面拼接而成，条状膜面的边缘粘贴在柔性加强索(8)上，柔性加强索(8)上分布有垂直向下的竖向索(6)和连接索(7)，所述连接索(7)位于整体反射膜面(4)外围的柔性拉索上，反射膜面(4)上两端的连接索(7)分别连接在周边桁架(1-1)一侧的连接扣件耳孔处；所述竖向索(6)连接在上层索网(1-4)对应结点处，保证反射膜面在展开时的形状为柱状抛物面。

6.根据权利要求1所述的一种基于拉索调节形面精度的可展开柱状抛物面天线，其特征在于：所述连接扣件(2)由内半片扣件(2-1)和外半片扣件(2-2)对接扣合后连接而成，内、外两半片扣件上半部分为直板，直板上开有对应螺纹孔，下半部分为半圆环，在内半片扣件(2-2)的侧壁的螺纹孔等高处设有一个半圆状的耳孔(2-3)。

7.根据权利要求1所述的一种基于拉索调节形面精度的可展开柱状抛物面天线，其特征在于：所述反射面精度调节装置(3)包括支撑扣件(3-4)，连接在支撑扣件(3-4)上的滑轮调节支撑机构(3-3)、设在滑轮调节支撑机构(3-3)上的弹簧微调机构(3-2)和滑轮组(3-1)；

所述滑轮调节支撑机构(3-3)为框型结构，连接在支撑扣件(3-4)两半片扣件上半部分的直板上，在滑轮调节支撑机构(3-3)顶部连接弹簧微调机构(3-2)和滑轮组(3-1)，滑轮组(3-1)中的拉索连接到连接扣件(2)的耳孔(2-3)上。

8.根据权利要求7所述的一种基于拉索调节形面精度的可展开柱状抛物面天线，其特征在于：所述弹簧微调机构(3-2)是内部设有阶梯孔的矩形薄板，在中间孔内设有柱状滑块(3-2-2)，柱状滑块(3-2-2)两侧均设有带有耳孔(3-2-1)的长杆(3-2-4)，一侧耳孔(3-2-1)连接到反射膜面的连接索(7)上，另一侧耳孔连接恒力弹簧(3-2-3)后通过拉索穿过滑轮组(3-1)连接到连接扣件(2)的耳孔(2-3)上。

9.根据权利要求1所述的一种基于拉索调节形面精度的可展开柱状抛物面天线，其特征在于：所述膜面卷轴(5)包括一个下凸型非封闭式框架结构的支撑架(5-2)，卷轴圆管(5-1)套在支撑架(5-2)的横向杆上；支撑架(5-2)在非封闭的两杆末端通过销钉(5-1-1)和扭簧(5-1-2)固定在所述矩形桁架的周边桁架(1-1)长度方向的桁架单元杆上。

10.根据权利要求1所述的一种基于拉索调节形面精度的可展开柱状抛物面天线，其特征在于：在柱状反射膜面无曲率的两侧边上，一侧通过连接索(7)和连接扣件(2)直接固定在基础支撑结构上，对应一侧在拉索和连接扣件间加入反射面精度调节装置(3)；

在柱状反射膜面有曲率的两侧边上，在连接索(7)和连接扣件(2)间均加入反射面精度调节装置(3)，所不同的是，一侧的反射面精度调节装置(3)中加入恒力弹簧(3-2-3)，另一侧不加恒力弹簧(3-2-3)。