CN107978837B - 充气式柔性天线及其展开方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种充气式柔性天线及其展开方法，其中天线组件在展开前折叠在容器内部，在发射后，天线系统接收到展开指令后，容器打开释放所述天线组件，天线组件在填充材料的作用下展开，并形成一个球形天线结构体。此设计结构可以大大减小整个天线系统的发射体积和质量。

Description

充气式柔性天线及其展开方法
技术领域
本发明涉及天线领域，特别是涉及一种充气式柔性天线及其展开方法。
背景技术
天线是整个卫星通信系统的核心部分，关系着整个卫星系统的成败。传统的天线结构都是采用固定结构的天线，在卫星发射前后整个天线结构没有变化，由于天线结构一般体积较大，质量较重，严重限制了整个卫星系统的体积和质量，从而限制了所述卫星系统的应用。
发明内容
基于此，有必要提供一种可折叠和展开使用的充气式柔性天线及其展开方法。
一种充气式柔性天线，包括盒体组件、驱动机构和天线组件，所述盒体组件包括底板、四个侧面挡板、盖板、盖板电磁锁和盖板电磁锁扣；所述底板、所述四个侧面挡板和所述盖板能够组成矩形盒体；所述四个侧面挡板分别与所述底板转动连接；所述盖板的一侧与其中一个所述侧面挡板连接，所述盖板的其他三侧分别设置有所述盖板电磁锁或所述盖板电磁锁扣，其他三个所述侧面挡板分别对应设置有所述盖板电磁锁扣或所述盖板电磁锁；所述驱动机构与所述四个侧面挡板连接，用于带动所述四个侧面挡板相对于所述底板转动，从而使所述四个侧面挡板处于闭合状态或打开状态；所述天线组件包括可折叠的球形支撑结构、柔性天线面、固定拉绳和填充材料；所述柔性天线面和所述填充材料设置于所述球形支撑结构内；所述球形支撑结构折叠后能够容纳于所述矩形盒体中；所述固定拉绳的一端与所述球形支撑结构连接，另一端与所述盒体组件连接。
在其中一个实施例中，所述盒体组件包括盖板锁死结构，所述盖板通过所述盖板锁死结构与所述其中一个侧面挡板转动连接，当所述盒体组件处于打开状态时，所述盖板锁死结构能够使所述盖板相对于设置于所述其中一个侧面挡板具有一固定位置，当所述盖板偏离所述固定位置时，在没有外力的作用下，所述盖板锁死结构能够使所述盖板回到所述固定位置。
在其中一个实施例中，所述驱动机构包括分别与所述四个侧面挡板连接的伸缩杆，当所述伸缩杆伸长或缩短时，带动所述侧面挡板相对于所述底板进行转动。
在其中一个实施例中，当所述球形支撑结构完全展开后，所述柔性天线面固定在经过所述球形支撑结构的球心的圆面上。
在其中一个实施例中，所述固定拉绳包括多个第一固定拉绳和多个第二固定拉绳；所述多个第一固定拉绳的第一端分布于经过所述球形支撑结构且平行于所述底板的第一圆面上，所述多个第一固定拉绳的第二端分别与所述四个侧面挡板连接；所述多个第二固定拉绳的第一端分布于经过所述球形支撑结构且平行于所述底板的第二圆面上，所述多个第二固定拉绳的第二端分别与所述底板连接。
在其中一个实施例中，所述第一圆面经过所述球形支撑结构的球心，所述第二圆面靠近所述底板设置。
在其中一个实施例中，还包括馈元组件，所述馈元组件包括天线馈元和馈元支撑架，所述馈元支撑架与所述球形支撑结构连接，所述馈元组件设置于所述馈元支撑架上。
在其中一个实施例中，还包括安装法兰，所述安装法兰与所述底板连接，用于将所述盒体组件和天线组件安装到卫星上。
在其中一个实施例中，所述底板上设置有射频SMA接口和MicroD信号接口。
一种所述充气式柔性天线的展开方法，包括在展开前，所述四个侧面挡板在所述驱动机构的作用下处于闭合状态，所述盖板与所述底板相对设置，所述盖板电磁锁扣扣合在所述盖板电磁锁中，从而使所述底板、所述四个侧面挡板和所述盖板组成锁死的矩形盒体，所述球形支撑结构和所述柔性天线面折叠且容纳于所述矩形盒体中；当需要展开所述充气式柔性天线时，所述盖板电磁锁扣从所述盖板电磁锁中释放，所述驱动机构驱动所述四个侧面挡板向远离所述底板的方向转动，所述侧面挡板带动所述盖板运动，从而将所述天线组件暴露出来，此时，所述填充材料填充所述球形支撑结构并使所述球形支撑结构展开。
本发明提供的性可充气式卫星天线，在卫星发射前可以折叠放入容器中，在卫星发射入轨后容器可以打开，设置于所述容器内的柔性天线可以通过填充物进行展开并进入工作状态，此设计结构可以大大减小整个天线系统的发射体积和质量。
附图说明
图1为本发明提供的充气式柔性天线的结构示意图；
图2为本发明提供的盒体组件在打开状态的结构示意图；
图3为本发明提供的天线组件折叠后的形状示意图；
图4为本发明提供的盖板电磁锁扣和盖板电磁锁的结构示意图；
其中：
10-盒体组件；110-底板；112-射频SMA接口；114-MicroD信号接口；120-侧面挡板；130-盖板；140-盖板电磁锁；150-盖板电磁锁扣；160-盖板锁死结构；
20-驱动机构；
30-天线组件；310-球形支撑结构；320-柔性天线面；330-固定拉绳；331-第一固定拉绳；332-第二固定拉绳；
40-馈元组件；410-天线馈元；420-馈元支撑架；
50-安装法兰。
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，以下通过实施例，并结合附图，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种充气式柔性天线，包括盒体组件10、驱动机构20和天线组件30。
所述盒体组件10可包括底板110、四个侧面挡板120、盖板130、盖板电磁锁140和盖板电磁锁扣150。所述底板110、所述四个侧面挡板120和所述盖板130能够组成矩形盒体。所述四个侧面挡板120分别与所述底板110转动连接。所述盖板130的一侧可与其中一个所述侧面挡板120连接。所述盖板130的其他三侧可分别设置有所述盖板电磁锁140或所述盖板电磁锁扣150，其他三个所述侧面挡板120可分别对应设置有所述盖板电磁锁扣150或所述盖板电磁锁140。
所述四个侧面挡板120分别与所述驱动机构20连接。所述驱动机构20可以带动所述四个侧面挡板120相对于所述底板110转动。在所述驱动机构20的带动下，所述四个侧面挡板120可以处于闭合状态或打开状态。当所述四个侧面挡板120处于闭合状态时，所述四个侧面挡板120围成一个两端开口的矩形盒体，并可以与所述底板110和盖板130形成密闭的矩形盒体。当所述四个侧面挡板120处于打开状态时，所述四个侧面挡板120向所述底板110的四侧分散，从而将所述天线组件30暴露出来。优选地，所述四个侧面挡板120处于打开状态时，可以与所述底板110处于同一个平面上。
所述天线组件30可包括可折叠的球形支撑结构310、柔性天线面320、固定拉绳330和填充材料(图未示)。所述柔性天线面320和所述填充材料可设置于所述球形支撑结构310内。所述球形支撑结构310折叠后能够容纳于所述矩形盒体中。所述固定拉绳330的第一端与所述球形支撑结构310连接，第二端与所述盒体组件10连接。
所述充气式柔性天线在展开前，所述四个侧面挡板120在所述驱动机构20的作用下处于闭合状态，所述盖板130与所述底板110相对设置，所述盖板电磁锁扣150扣合在所述盖板电磁锁140中，从而使所述底板110、所述四个侧面挡板120和所述盖板130组成锁死的矩形盒体，所述球形支撑结构310和所述柔性天性面320折叠且容纳于所述矩形盒体中。当需要展开所述充气式柔性天线时，所述盖板电磁锁扣150从所述盖板电磁锁140中释放，所述驱动机构20驱动所述四个侧面挡板120向远离所述底板110的方向转动，所述侧面挡板120带动所述盖板130运动，从而将所述天线组件30暴露出来，此时，所述填充材料填充整个球形支撑结构310，填充完毕的球形支撑结构310在所述固定拉绳330的作用下固定在盒体组件10上，使得所述天线组件完全展开并进入工作状态。
本发明提供的性可充气式卫星天线，在卫星发射前可以折叠放入封闭的容器中，在卫星发射入轨后容器可以打开，设置于所述容器内的柔性天线可以通过填充物进行展开并进入工作状态，此设计结构可以大大减小整个天线系统的发射体积和质量。
所述盒体组件10还可包括盖板锁死结构160，所述盖板130可通过所述盖板锁死结构160与所述侧面挡板120转动连接。当所述盒体组件10处于打开状态时，所述盖板锁死结构160能够使所述盖板130相对于与所述盖板130连接的侧面挡板120具有一固定位置。当所述盖板130偏离所述固定位置时，在没有外力的作用下，所述盖板锁死结构160能够使所述盖板130回到所述固定位置，从而使得当所述盖板电磁锁扣150从所述盖板电磁锁140中释放时，所述盖板130能够在所述矩形盒体上打开。在一实施例中，所述盖板锁死结构为具有复位功能的弹簧铰链结构。
所述盖板电磁锁140和所述盖板电磁锁扣150哪个设置于所述盖板130上，哪个设置于所述第二侧的侧面挡板120上可以根据实际需要进行选择。在一实施例中，所述盖板电磁锁140设置于所述第二侧的侧面挡板120的顶端，所述盖板电磁锁扣150设置于所述盖板130靠近所述第二侧的一端。
所述底板110上可还设置有射频SMA接口112和MicroD信号接口114，用于与卫星的电源系统连接和通信系统连接。
所述驱动机构20可以控制所述四个侧面挡板120的闭合和打开。在一实施例中，所述驱动机构20可包括分别与所述四个侧面挡板120连接的伸缩杆，当所述伸缩杆伸长或缩短时，可带动所述侧面挡板120相对于所述底板110进行转动，从而实现所述四个侧面挡板120的闭合和打开。
所述球形支撑结构310在完全展开后可形成一个球体。所述柔性天线面320可与所述球形支撑结构310固定连接，在所述球形支撑结构310处于折叠状态时，所述柔性天线面320也可处于折叠状态，当所述球形支撑结构310完全展开后，在所述球形支撑结构310的带动下，所述柔性天线面320也完全展开。优选地，在所述球形支撑结构310完全展开后，所述柔性天线面320可以固定在经过所述球形支撑结构310的球心的圆面上。
所述填充材料可以是一种在受到太阳照射时升温就可以产生气体的粉末，例如叠氮化钠等，由于外太空中的外部气压特别低，因此只需要少量的气体就可以使整个球形支撑结构310展开。
所述固定拉绳330可包括多个第一固定拉绳331和所述多个第二固定拉绳332。所述多个第一固定拉绳331的第一端可以分布于经过所述球形支撑结构310且平行于所述底板110的第一圆面上，所述多个第一固定拉绳331的第二端可以分别与所述四个侧面挡板120连接；所述多个第二固定拉绳332的第一端可以分布于经过所述球形支撑结构310且平行于所述底板110的第二圆面上，所述多个第二固定拉绳332的第二端可以分别与所述底板110连接，这样的固定方式更牢靠。优选地，所述第一圆面经过所述球形支撑结构310的球心，所述第二圆面靠近所述底板110设置。
所述充气式柔性天线还可包括馈元组件40。所述馈元组件40可包括天线馈元410和馈元支撑架008，所述馈元支撑架008可与所述球形支撑结构310连接，所述馈元组件40可设置于所述馈元支撑架008上。优选地，所述馈元支撑架008也是可折叠结构，可在所述球形支撑结构310的带动下折叠或展开。所述馈元组件40可与所述球形支撑结构310一起折叠后收纳在所述矩形盒体中。
所述充气式柔性天线还可包括安装法兰50。所述安装法兰50可与所述底板110连接，用于将所述盒体组件10和天线组件20安装到卫星上。所述安装法兰50可设置于所述底板110远离所述盖板130的一面。
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)

1.一种充气式柔性天线，包括盒体组件、驱动机构和天线组件，其特征在于，
所述盒体组件包括底板、四个侧面挡板、盖板、盖板电磁锁和盖板电磁锁扣；所述底板、所述四个侧面挡板和所述盖板能够组成矩形盒体；所述四个侧面挡板分别与所述底板转动连接；所述盖板的一侧与其中一个所述侧面挡板连接，所述盖板的其他三侧分别设置有所述盖板电磁锁或所述盖板电磁锁扣，其他三个所述侧面挡板分别对应设置有所述盖板电磁锁扣或所述盖板电磁锁；
所述驱动机构与所述四个侧面挡板连接，用于带动所述四个侧面挡板相对于所述底板转动，从而使所述四个侧面挡板处于闭合状态或打开状态；所述驱动机构包括分别与所述四个侧面挡板连接的伸缩杆，当所述伸缩杆伸长或缩短时，带动所述侧面挡板相对于所述底板进行转动；所述四个侧面挡板处于打开状态时，与所述底板处于同一个平面上；
所述天线组件包括可折叠的球形支撑结构、柔性天线面、固定拉绳和填充材料；所述柔性天线面和所述填充材料设置于所述球形支撑结构内；所述球形支撑结构折叠后能够容纳于所述矩形盒体中；所述固定拉绳的一端与所述球形支撑结构连接，另一端与所述盒体组件连接；所述填充材料为叠氮化钠。
2.根据权利要求1所述的充气式柔性天线，其特征在于，所述盒体组件包括盖板锁死结构，所述盖板通过所述盖板锁死结构与所述其中一个侧面挡板转动连接，当所述盒体组件处于打开状态时，所述盖板锁死结构能够使所述盖板相对于设置于所述其中一个侧面挡板具有一固定位置，当所述盖板偏离所述固定位置时，在没有外力的作用下，所述盖板锁死结构能够使所述盖板回到所述固定位置。
3.根据权利要求1所述的充气式柔性天线，其特征在于，所述盖板的其他三侧分别设置有所述盖板电磁锁扣，其他三个所述侧面挡板分别对应设置有所述盖板电磁锁；
或者，所述盖板的其他三侧分别设置有所述盖板电磁锁，其他三个所述侧面挡板分别对应设置有所述盖板电磁锁扣。
4.根据权利要求1所述的充气式柔性天线，其特征在于，当所述球形支撑结构完全展开后，所述柔性天线面固定在经过所述球形支撑结构的球心的圆面上。
5.根据权利要求1所述的充气式柔性天线，其特征在于，所述固定拉绳包括多个第一固定拉绳和多个第二固定拉绳；
所述多个第一固定拉绳的第一端分布于经过所述球形支撑结构且平行于所述底板的第一圆面上，所述多个第一固定拉绳的第二端分别与所述四个侧面挡板连接；
所述多个第二固定拉绳的第一端分布于经过所述球形支撑结构且平行于所述底板的第二圆面上，所述多个第二固定拉绳的第二端分别与所述底板连接。
6.根据权利要求5所述的充气式柔性天线，其特征在于，所述第一圆面经过所述球形支撑结构的球心，所述第二圆面靠近所述底板设置。
7.根据权利要求1所述的充气式柔性天线，其特征在于，还包括馈元组件，所述馈元组件包括天线馈元和馈元支撑架，所述馈元支撑架与所述球形支撑结构连接，所述馈元组件设置于所述馈元支撑架上。
8.根据权利要求1所述的充气式柔性天线及其展开方法，其特征在于，还包括安装法兰，所述安装法兰与所述底板连接，用于将所述盒体组件和天线组件安装到卫星上。
9.根据权利要求1所述的充气式柔性天线，其特征在于，所述底板上设置有射频SMA接口和MicroD信号接口。
10.一种如权利要求1~9任一项所述的充气式柔性天线的展开方法，其特征在于，所述充气式柔性天线在展开前，所述四个侧面挡板在所述驱动机构的作用下处于闭合状态，所述盖板与所述底板相对设置，所述盖板电磁锁扣扣合在对应的所述盖板电磁锁中，从而使所述底板、所述四个侧面挡板和所述盖板组成锁死的矩形盒体，所述球形支撑结构和所述柔性天线面折叠且容纳于所述矩形盒体中；
当需要展开所述充气式柔性天线时，所述盖板电磁锁扣从所述盖板电磁锁中释放，所述驱动机构驱动所述四个侧面挡板向远离所述底板的方向转动，所述侧面挡板带动所述盖板运动，从而将所述天线组件暴露出来，此时，所述四个侧面挡板处于打开状态时，与所述底板处于同一个平面上；所述填充材料填充所述球形支撑结构并使所述球形支撑结构和所述柔性天线面展开。
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Inflatable Antenna for Space-Borne Microwave Remote Sensing;Hong-jian Wang 等;《IEEE Antennas and Propagation Magazine ( Volume: 54, Issue: 5, October 2012)》;全文 *
充气天线结构技术的新发展;王援朝;;中国雷达(第02期);全文 *
空间充气展开天线初步研究;唐宝富;徐东海;朱瑞平;;现代雷达(第04期);全文 *

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