CN108306100A - 环形交叉索网天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了环形交叉索网天线，包括环形桁架和由索相互交错构成的前索网和后索网，所述环形桁架包括数量相等的多个竖直杆和斜杆，前索网圆周上的节点与环形桁架顶部的竖直杆和斜杆的连接处对应连接，后索网圆周上的节点与环形桁架底部的竖直杆和斜杆的连接处对应连接，前索网和后索网为抛物面且对称设置，前索网与后索网非相交部分对应的节点通过柔性绳连接，前索网与后索网相交部分对应的节点通过支撑杆连接。该环形交叉索网天线采用环形可展开结构，因而重量小，型面精度好，收纳比高，避免了过高的拱高，避免了过大的天线收拢尺寸，减小了天线的质量，前后索网面采用对称索网结构提供了良好的结构稳定性。

Description

环形交叉索网天线
技术领域
本发明涉及卫星天线技术领域，尤其涉及环形交叉索网天线。
背景技术
环形可展开天线由于重量小、型面精度好、收纳比高，在航天领域得到了广泛的研究和应用。环形可展开天线反射器主要由索网结构前后索网、金属网和桁架组成，其中索网结构是构成反射器型面的核心部分，环形可展开天线在发射时收拢于火箭的整流罩内，入轨后通过展开臂将天线伸出至星体外进行展开，因此环形天线在网面设计时会受到这两种状态的制约．首先前后索网的焦距选取会受到天线收拢尺寸的限制，焦距太小会导致相同口径下天线收拢尺寸变高，而前索网的焦距也不能太大，太大了导致天线离开星体太远，展开臂需要更多的展开关节，影响天线在卫星上的位置精度．为解决这个问题，通常会选用非对称的索网结构形式，即前索网采用小焦距而后索网采用较大的焦距．但是非对称索网结构在空间温度环境下的稳定性较差，主要原因是前后网拱高不同导致因温变产生的张力增量在两者垂直方向上的分力存在差异，致使网面上升或下降，从而造成天线型面精度发生较大变化。天线型面精度是一项比较重要的指标，它直接影响到天线的电性能。
发明内容
为了解决非对称索网结构在空间温度环境下的稳定性较差，造成天线型面精度发生较大变化的问题，本发明提供了环形交叉索网天线，它具有结构稳定，型面精度高，天线收拢尺寸小和质量小，无需较多展开关节等优点。
本发明的技术方案是：环形交叉索网天线，包括环形桁架和由索相互交错构成的前索网和后索网，所述环形桁架包括数量相等的多个竖直杆和斜杆，竖直杆和斜杆间隔设置，并且首尾依次连接在竖直方向上构成环形曲面，索相互交错在前索网和后索网上分别构成节点，前索网圆周上的节点与环形桁架顶部的竖直杆和斜杆的连接处对应连接，后索网圆周上的节点与环形桁架底部的竖直杆和斜杆的连接处对应连接，前索网和后索网为抛物面且对称设置，前索网与后索网非相交部分对应的节点通过柔性绳连接，前索网与后索网相交部分对应的节点通过支撑杆连接。
所述前索网上的索相互交错形成三角形网格，后索网上的索相互交错形成三角形网格。
所述前索网和后索网关于对称面完全对称，对称面位于环形桁架的中间位置，且与环形桁架的横截面平行。
所述前索网和后索网的网格均为准测地线网格，分别为六圈，前索网的网格和后索网的网格在第三圈重合。
所述前索网和后索网的焦径比均为0.4。
所述索的索力为100N。
所述天线的旋转抛物面口径为12m。
所述前索网上的节点与环形桁架之间、前索网上的节点与柔性绳之间、前索网上的节点与支撑杆之间、后索网上的节点与环形桁架之间、后索网上的节点与柔性绳之间、后索网上的节点与支撑杆之间均通过捆绑连接。
本发明的有益效果是：该环形交叉索网天线采用环形可展开结构，因而重量小，型面精度好，收纳比高，在焦距一定的情况下，前后索网面相对移动了一定的距离，从而有效避免了过高的拱高，从而避免了过大的天线收拢尺寸，减小了天线的质量，且展开臂无需更多的展开关节，前后索网面采用对称索网结构提供了良好的结构稳定性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明总体装配图。
图2是本发明前索网和后索网交叉部分结构示意图。
图3是本发明环形桁架结构示意图。
图4是本发明天线正视图。
图5是本发明一个旋转抛物面天线算例示意图。
图中，1.索，2.前索网，3.后索网，4.环形桁架，5.竖直杆，6.斜杆，7.节点，8.柔性绳，9.支撑杆，10.对称面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1、图2和图3所示，环形交叉索网天线，包括环形桁架4和由索1相互交错构成的前索网2和后索网3，所述环形桁架4包括数量相等的多个竖直杆5和斜杆6，竖直杆5和斜杆6间隔设置，并且首尾依次连接在竖直方向上构成环形曲面，索1相互交错在前索网2和后索网3上分别构成节点7，前索网2圆周上的节点7与环形桁架4顶部的竖直杆5和斜杆6的连接处对应连接，后索网3圆周上的节点7与环形桁架4底部的竖直杆5和斜杆6的连接处对应连接，前索网2和后索网3为抛物面且对称设置，前索网2与后索网3非相交部分对应的节点7通过柔性绳8连接，前索网2与后索网3相交部分对应的节点7通过支撑杆9连接。
该环形交叉索网天线采用环形可展开结构，因而重量小，型面精度好，收纳比高，在焦距一定的情况下，前后索网3面相对移动了一定的距离，从而有效避免了过高的拱高，从而避免了过大的天线收拢尺寸，减小了天线的质量，且展开臂无需更多的展开关节，前后索网3面采用对称索1网结构提供了良好的结构稳定性。
实施例二：
如图1和图2所示，所述前索网2上的索1相互交错形成三角形网格，后索网3上的索1相互交错形成三角形网格。
所述前索网2上的节点7与环形桁架4之间、前索网2上的节点7与柔性绳8之间、前索网2上的节点7与支撑杆9之间、后索网3上的节点7与环形桁架4之间、后索网3上的节点7与柔性绳8之间、后索网3上的节点7与支撑杆9之间均通过捆绑连接。
三角形网格结构几何强度好，可靠性高，采用捆绑连接的方式进一步增加了该环形交叉索网天线的可靠性。
实施例三：
如图4和图5所示，所述前索网2和后索网3关于对称面10完全对称，对称面10位于环形桁架4的中间位置，且与环形桁架4的横截面平行。
所述前索网2和后索网3的网格均为准测地线网格，分别为六圈，前索网2的网格和后索网3的网格在第三圈重合。
所述前索网2和后索网3的焦径比均为0.4。
所述索1的索1力为100N。
所述天线的旋转抛物面口径为12m。
算例：
旋转抛物面天线口径为12m，前索网2 (反射面) 焦径比为0.4，前、后索网3完全对称，索1力要求均为100N，索1网结构的初始构型中前、后索网3的网格均为准测地线网格，共分为六圈，且在第三圈重合，根据平衡矩阵理论求得：
系数矩阵维数：{546，703}，即自由度数*索1杆单元总数。
系数矩阵的秩为：546；机构位移模态数为：0；自应力模态数为：157。
结构力平衡方程的系数矩阵行满秩，故此结构几何稳定。
该环形交叉索网天线中前索网2面和后索网3面完全对称，避免了非对称索1网结构在空间温度环境下的稳定性差，造成天线型面精度发生较大变化的问题，提高了天线的电性能。并且，该环形交叉索网天线环形桁架4高度较小，结构稳定。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.环形交叉索网天线，包括环形桁架（4）和由索（1）相互交错构成的前索网（2）和后索网（3），其特征是：所述环形桁架（4）包括数量相等的多个竖直杆（5）和斜杆（6），竖直杆（5）和斜杆（6）间隔设置，并且首尾依次连接在竖直方向上构成环形曲面，索（1）相互交错在前索网（2）和后索网（3）上分别构成节点（7），前索网（2）圆周上的节点（7）与环形桁架（4）顶部的竖直杆（5）和斜杆（6）的连接处对应连接，后索网（3）圆周上的节点（7）与环形桁架（4）底部的竖直杆（5）和斜杆（6）的连接处对应连接，前索网（2）和后索网（3）为抛物面且对称设置，前索网（2）与后索网（3）非相交部分对应的节点（7）通过柔性绳（8）连接，前索网（2）与后索网（3）相交部分对应的节点（7）通过支撑杆（9）连接。
2.根据权利要求1所述的环形交叉索网天线，其特征是：所述前索网（2）上的索（1）相互交错形成三角形网格，后索网（3）上的索（1）相互交错形成三角形网格。
3.根据权利要求1所述的环形交叉索网天线，其特征是：所述前索网（2）和后索网（3）关于对称面（10）完全对称，对称面（10）位于环形桁架（4）的中间位置，且与环形桁架（4）的横截面平行。
4.根据权利要求1所述的环形交叉索网天线，其特征是：所述前索网（2）和后索网（3）的网格均为准测地线网格，分别为六圈，前索网（2）的网格和后索网（3）的网格在第三圈重合。
5.根据权利要求1所述的环形交叉索网天线，其特征是：所述前索网（2）和后索网（3）的焦径比均为0.4。
6.根据权利要求1所述的环形交叉索网天线，其特征是：所述索（1）的索（1）力为100N。
7.根据权利要求1所述的环形交叉索网天线，其特征是：所述天线的旋转抛物面口径为12m。
8.根据权利要求1所述的环形交叉索网天线，其特征是：所述前索网（2）上的节点（7）与环形桁架（4）之间、前索网（2）上的节点（7）与柔性绳（8）之间、前索网（2）上的节点（7）与支撑杆（9）之间、后索网（3）上的节点（7）与环形桁架（4）之间、后索网（3）上的节点（7）与柔性绳（8）之间、后索网（3）上的节点（7）与支撑杆（9）之间均通过捆绑连接。
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