CN107978836A - 用于立方星的螺旋形天线系统及其展开方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于立方星的螺旋形天线系统，用于提高立方体卫星的通信天线的增益。本发明通过将天线设计成螺旋形且使其具备良好的电磁波特性以及可压缩和伸张的弱弹力性能，并结合双重安全锁死装置，使螺旋形天线在卫星发射前能够被压缩在天线盒内，发射入轨后能够顺利从天线盒中伸出展开至正常伸展状态。解决了传统立方体卫星的通信天线增益较小，不适合远距离数据传输的问题。达到了提高立方星通信天线的增益的目的。

Description

用于立方星的螺旋形天线系统及其展开方法

技术领域

本发明涉及立方体卫星领域，特别是涉及一种用于立方星的螺旋形天线系统及其展开方法。

背景技术

传统立方体卫星的天线结构都采取全向性多普勒天线进行通信，这种通信天线的增益较小，不适合远距离传输，特别是数据的传输。传统的办法是通过增加星上发射机的反射功率来进行补偿，然而受到星上电源的限制，发射模块的功率也受到了限制。因此，必须有新的方法来通过增加天线的尺寸，进而增加天线的增益，保证数据传输能力。另外，随着立方体卫星的功能越来越强大，特别是在数据传输方面的应用急需新型的高增益天线，来满足立方体卫星的体积小，重量轻，标准化模块的特点。

发明内容

基于此，有必要针对传统立方体卫星的通信天线增益较小，不适合远距离数据传输的问题，提供一种用于立方星的螺旋形天线系统及其展开方法。

一种包括：

天线盒，所述天线盒固定在立方体卫星的结构架底部；

天线盒盖；

双重安全锁死装置，所述双重安全锁死装置锁紧或解锁时所述天线盒盖与所述天线盒闭合或打开；

螺旋形天线，所述螺旋形天线设置于所述天线盒内，所述螺旋形天线的一端固定在所述天线盒的底部，另一端与所述天线盒盖接触，所述螺旋形天线具备良好的可压缩和伸张的弹力性能；

当所述天线盒盖与所述天线盒闭合时，所述螺旋形天线被压缩存储于所述天线盒内；当所述天线盒盖与所述天线盒打开时，所述螺旋形天线从所述天线盒内伸展至自然状态。

在其中一个实施例中，所述双重安全锁死装置包括：

安全锁环，所述安全锁环设置于所述天线盒盖的侧壁上且两端分别开设有扣合口；

电磁锁扣，所述电磁锁扣与所述安全锁环对应地设置于所述天线盒的侧壁靠近顶部开口位置处，所述电磁锁扣的两端分别可旋转地连接有一个电磁锁臂，连接在所述电磁锁扣的两端的两个所述电磁锁臂各自的另一端均旋入所述安全锁环两端的扣合口时所述双重安全锁死装置锁紧，连接在所述电磁锁扣的两端的两个所述电磁锁臂各自的另一端中至少有一个旋出所述安全锁环两端的扣合口时所述双重安全锁死装置解锁。

在其中一个实施例中，所述用于立方星的螺旋形天线系统还包括电磁铁，所述电磁铁与所述电磁锁臂相对应地设置于所述天线盒内；当所述电磁铁通电或断电时所述电磁锁臂旋入或旋出所述安全锁环。

在其中一个实施例中，所述双重安全锁死装置和所述电磁铁均为多个。

在其中一个实施例中，所述天线盒的底部设置有Micro-D接口，所述Micro-D接口与所述电磁铁连接，用以控制所述电磁铁通电或断电。

在其中一个实施例中，所述天线盒的底部还设置有SMA接口，所述SMA接口与星载通信系统连接。

在其中一个实施例中，所述螺旋形天线是通过天线固定压片固定在所述天线盒的底部。

在其中一个实施例中，所述天线盒的底部开设有安装孔，所述天线盒通过所述安装孔固定在立方体卫星的结构架底部。

在其中一个实施例中，所述天线盒的侧面设置有螺纹孔，所述天线盒通过所述螺纹孔与立方星的侧面结构固定连接。

一种用于立方星的螺旋形天线系统的展开方法，其特征在于，包括以下步骤：

在立方星发射入轨后，根据卫星飞行软件设置的天线展开时序，星载计算机通过Micro-D接口给电磁铁通电；

电磁铁开始动作，推动电磁锁臂向两边打开，解除安全锁环的锁死；

天线盒盖在螺旋形天线的弱推动力下弹开并与立方星分离，螺旋形天线从天线盒中伸出展开至正常伸展状态；

电磁铁断电。

上述用于立方星的螺旋形天线系统及其展开方法，通过将天线设计成螺旋形且使其具备良好的电磁波特性以及可压缩和伸张的弱弹力性能，并结合双重安全锁死装置，使螺旋形天线在卫星发射前能够被压缩在天线盒内，发射入轨后能够顺利从天线盒中伸出展开至正常伸展状态。解决了传统立方体卫星的通信天线增益较小，不适合远距离数据传输的问题。达到了提高立方星通信天线的增益的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的用于立方星的螺旋形天线系统顶部示意图(不包括天线盒盖)；

图2为本发明实施例的用于立方星的螺旋形天线系统的侧面(电磁锁面)结构示意图；

图3为本发明实施例的用于立方星的螺旋形天线系统的底部结构示意图；

图4为本发明实施例的用于立方星的螺旋形天线系统的侧面(固定螺纹孔面)结构示意图；

图5为本发明实施例的用于立方星的螺旋形天线系统的天线展开结构示意图；

图6为本发明实施例的用于立方星的螺旋形天线系统的电磁锁锁死结构示意图；

图7为本发明实施例的用于立方星的螺旋形天线系统的电磁锁打开结构示意图。

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，以下结合附图及实施例，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仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。相反，当元件被称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参见图1至图2，本发明一实施例提供的用于立方星的螺旋形天线系统，包括：天线盒100，所述天线盒100固定在立方体卫星的结构架底部。天线盒盖200，所述天线盒盖200能够扣合在所述天线盒100上。双重安全锁死装置，所述双重安全锁死装置锁紧或解锁时所述天线盒盖200与所述天线盒100闭合或打开。螺旋形天线300，所述螺旋形天线300设置于所述天线盒100内，所述螺旋形天线300的一端固定在所述天线盒100的底部，另一端与所述天线盒盖200接触，所述螺旋形天线300具备良好的可压缩和伸张的弹力性能。当所述天线盒盖与所述天线盒闭合时，所述螺旋形天线被压缩存储于所述天线盒内；当所述天线盒盖与所述天线盒打开时，所述螺旋形天线从所述天线盒内伸展至自然状态。

可选地，所述天线盒100与所述天线盒盖200想配合形成放置螺旋形天线300的盒体。盒体的结构可以为正方体或圆柱体等等，其形状根据卫星适配器实际的结构和空间进行具体的设计，在此不做限定。

进一步，所述的天线壳100和天线盒盖200均采用7057铝一次加工成型，并通过阳极氧化实现表面层的保护处理。

具体地，所述的螺旋形天线300采用电磁波特性非常好的且具有弱弹性的金属材料，制成螺旋形状，具备一定的弱弹性。在接收到打开指令前，其处于压缩状态，可以紧密压缩到天线盒100内，并利用天线盒盖200扣合在内。在接收到打开信号后，天线盒盖200打开，天线盒盖200在螺旋形天线300的弱弹性下弹开，螺旋形天线300释放为正常工作状态。

如图2、图6和图7所示，在本发明的一个实施例中，所述双重安全锁死装置包括：

安全锁环400，所述安全锁环400设置于所述天线盒盖200的侧壁上且两端分别开设有扣合口；

电磁锁扣500，所述电磁锁扣500与所述安全锁环400对应地设置于所述天线盒100的侧壁靠近顶部开口位置处，所述电磁锁扣500的两端分别可旋转地连接有一个电磁锁臂600，连接在所述电磁锁扣500的两端的两个所述电磁锁臂600各自的另一端均旋入所述安全锁环400两端的扣合口时所述双重安全锁死装置锁紧，连接在所述电磁锁扣500的两端的两个所述电磁锁臂600各自的另一端中至少有一个旋出所述安全锁环400两端的扣合口时所述双重安全锁死装置解锁。

上述双重安全锁死装置是一种双重备份强电磁装置，结合精心设计的安全扣环，在非通电状态，双重安全锁死装置处于锁定状态，在通电状态，其立即解除锁定状态，保证天线盒盖200在所述螺旋形天线300的弱弹性下打开。

进一步，在本发明的一个实施例中，所述用于立方星的螺旋形天线系统还包括电磁铁700，所述电磁铁700与所述电磁锁臂600相对应地设置于所述天线盒100内；当所述电磁铁700通电或断电时所述电磁锁臂600旋入或旋出所述安全锁环400。

具体地，在电磁铁700断电时，保证其电磁锁臂600处于直立状态与安全锁环400紧扣，保证天线盒盖200与天线盒100的闭合。在电磁铁700通电时，保证其电磁锁臂600处于打开状态与安全锁环400解除锁死，保证天线盒盖200与天线盒100的安全分离。

在发射前，螺旋形天线300被压缩在天线盒100内部，并利用天线盒盖200进行密封，而天线盒盖200则是通过天线盒盖200两侧的安全锁环400与天线盒100两侧的电磁锁扣500进行锁死，此时电磁锁扣的电磁锁臂600处于直立状态，电磁铁700处于断电闭合状态。

可选地，所述双重安全锁死装置和所述电磁铁700均为多个。当电磁铁700通电时，通过其内部联动结构，使电磁锁臂600向两边运动，成打开状态；当电磁铁700断电时，通过其内部联动结构，使电磁锁臂600向直立状态运动，成闭合状态；对于每一对电磁锁臂600，只要其中的任何一个电磁锁臂600打开，就能保证电磁锁扣500的打开，保证螺旋形天线300的安全打开。

请参见图3，在本发明的一个实施例中，所述天线盒100的底部设置有Micro-D接口110，所述Micro-D接口与所述电磁铁700连接，用以控制所述电磁铁700通电或断电。

进一步，所述天线盒100的底部还设置有SMA接口120，所述SMA接口120与星载通信系统连接。

在电连接方面，其通过上述Micro-D接口110与电磁铁700连接和SMA接口120与星载通信系统连接，实现电信号和数据信号的连通。在立方星发射入轨后，根据卫星飞行软件设置的天线展开时序，星载计算机通过Micro-D接口110给电磁铁700通电，此时电磁铁700开始动作，推动电磁锁臂600向两边打开，解除安全锁环400的锁死，然后天线盒盖200在螺旋形天线300的弱推动力下弹开并与立方星分离，螺旋形天线300展开至其正常伸展状态。最后星载计算机根据飞行时序，在给电磁铁700通电后的一段时间后关断电磁铁700的电源，电磁锁臂600恢复到原始锁紧状态，螺旋形天线系统展开成功。

请参见图1，在本发明的一个实施例中，所述螺旋形天线300是通过天线固定压片130固定在所述天线盒100的底部。

请参见图4，在本发明的一个实施例中，所述天线盒100的底部开设有安装孔140，所述天线盒100通过所述安装孔140固定在立方体卫星的结构架底部。

在本发明的一个实施例中，所述天线盒100的侧面设置有螺纹孔150，所述天线盒100通过所述螺纹孔150与立方星的侧面结构固定连接。

整个螺旋形天线系统可以通过上述底面的安装孔140固定在立方体卫星的结构架底部，并通过上述侧面的螺纹孔150将其固定在立方星的侧面结构上，保证其在发射是满足所有的力学环境。

可选地，上述安装孔140和螺纹孔150均可以为多个。

一种用于立方星的螺旋形天线系统的展开方法，包括以下步骤：

在立方星发射入轨后，根据卫星飞行软件设置的天线展开时序，星载计算机通过Micro-D接口110给电磁铁700通电；

电磁铁700开始动作，推动电磁锁臂600向两边打开，解除安全锁环400的锁死；

天线盒盖200在螺旋形天线300的弱推动力下弹开并与立方星分离，螺旋形天线300从天线盒100中伸出展开至正常伸展状态；

电磁铁700断电。

具体地，当立方体卫星进入外太空预定轨道时，整个卫星系统开始上电，根据飞行程序，当天线系统接收到卫星发来的电信号以后，固定天线盒盖200的双重安全锁死装置通电并打开，这时用来锁定天线盒盖200的电磁锁臂600分别向两侧打开，这时天线盒盖200的安全锁环400与电磁锁扣500的电磁锁臂600分离，天线盒盖200处于自由运动状态，此时具有弱弹性的螺旋形天线300通过自身的弱弹性把天线盖200弹开，螺旋形天线300恢复到正常状态，天线系统安全实现分离。

上述用于立方星的螺旋形天线系统及其展开方法，通过将天线设计成螺旋形且使其具备良好的电磁波特性以及可压缩和伸张的弱弹力性能，并结合双重安全锁死装置，使螺旋形天线300在卫星发射前能够被压缩在天线盒100内，发射入轨后能够顺利从天线盒100中伸出展开至正常伸展状态。解决了传统立方体卫星的通信天线增益较小，不适合远距离数据传输的问题。达到了提高立方星通信天线的增益的目的。

本发明的有益效果在于：

第一，所采用的天线外形设计为螺旋形，既可以保证其小的体积、轻的质量，同时在天线正常打开后可以满足提供天线高增益的目的。

第二、在进行地面测试时，可以通过壳体外部的SMA射频接口和Micro-D数据接口进行测试。由于其电磁锁装置可以重复使用，在测试完毕后只需要把天线压缩到天线盒内然后扣上电磁锁即可，方便测试。

第三、本系统的外形尺寸完全兼容现有的立方星的标注，可以通过其底部的基于PC104尺寸的定位孔安装在立方星的结构内，满足快速装配的需求。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于立方星的螺旋形天线系统，其特征在于，包括：

天线盒，所述天线盒固定在立方体卫星的结构架底部；

天线盒盖；

双重安全锁死装置，所述双重安全锁死装置锁紧或解锁时所述天线盒盖与所述天线盒闭合或打开；

螺旋形天线，所述螺旋形天线设置于所述天线盒内，所述螺旋形天线的一端固定在所述天线盒的底部，另一端与所述天线盒盖接触，所述螺旋形天线具备良好的可压缩和伸张的弹力性能；

当所述天线盒盖与所述天线盒闭合时，所述螺旋形天线被压缩存储于所述天线盒内；当所述天线盒盖与所述天线盒打开时，所述螺旋形天线从所述天线盒内伸展至自然状态。

2.根据权利要求1所述的用于立方星的螺旋形天线系统，其特征在于，所述双重安全锁死装置包括：

安全锁环，所述安全锁环设置于所述天线盒盖的侧壁上且两端分别开设有扣合口；

电磁锁扣，所述电磁锁扣与所述安全锁环对应地设置于所述天线盒的侧壁靠近顶部开口位置处，所述电磁锁扣的两端分别可旋转地连接有一个电磁锁臂，连接在所述电磁锁扣的两端的两个所述电磁锁臂各自的另一端均旋入所述安全锁环两端的扣合口时所述双重安全锁死装置锁紧，连接在所述电磁锁扣的两端的两个所述电磁锁臂各自的另一端中至少有一个旋出所述安全锁环两端的扣合口时所述双重安全锁死装置解锁。

3.根据权利要求2所述的用于立方星的螺旋形天线系统，其特征在于，所述用于立方星的螺旋形天线系统还包括电磁铁，所述电磁铁与所述电磁锁臂相对应地设置于所述天线盒内；当所述电磁铁通电或断电时所述电磁锁臂旋入或旋出所述安全锁环。

4.根据权利要求3所述的用于立方星的螺旋形天线系统，其特征在于，所述双重安全锁死装置和所述电磁铁均为多个。

5.根据权利要求3所述的用于立方星的螺旋形天线系统，其特征在于，所述天线盒的底部设置有Micro-D接口，所述Micro-D接口与所述电磁铁连接，用以控制所述电磁铁通电或断电。

6.根据权利要求3所述的用于立方星的螺旋形天线系统，其特征在于，所述天线盒的底部还设置有SMA接口，所述SMA接口与星载通信系统连接。

7.根据权利要求1所述的用于立方星的螺旋形天线系统，其特征在于，所述螺旋形天线通过天线固定压片固定在所述天线盒的底部。

8.根据权利要求1所述的用于立方星的螺旋形天线系统，其特征在于，所述天线盒的底部开设有安装孔，所述天线盒通过所述安装孔固定在立方体卫星的结构架底部。

9.根据权利要求1所述的用于立方星的螺旋形天线系统，其特征在于，所述天线盒的侧面设置有螺纹孔，所述天线盒通过所述螺纹孔与立方星的侧面结构固定连接。

10.一种如权利要求5所述的用于立方星的螺旋形天线系统的展开方法，其特征在于，包括以下步骤：

在立方星发射入轨后，根据卫星飞行软件设置的天线展开时序，星载计算机通过Micro-D接口给电磁铁通电；

电磁铁开始动作，推动电磁锁臂向两边打开，解除安全锁环的锁死；

天线盒盖在螺旋形天线的弱推动力下弹开并与立方星分离，螺旋形天线从天线盒中伸出展开至正常伸展状态；

电磁铁断电。