CN108401577B - 一种提高构架天线型面精度的方法 - Google Patents

Abstract

一种提高构架天线型面精度的方法，先将反射网面与折叠杆件和花盘节点脱离，在花盘节点上增加一定高度的可调支撑柱，然后将反射网面进行分解，在构架天线结构上增加可调拉索，在可调支撑柱和可调拉索之间增加带子，把每个构架上表面的三角形单元平均分割成若干个小三角形单元，最后将反射网面缝制在带子上。该方法采用构架结构与反射网面分离的设计思路，对反射网面重新进行了分解，在保持构架主结构质量特性、力学特性、展开方式不变的情况下，增加了基本三角形单元的数量，缩短了三角形单元边长，从而提高了反射网面的理论型面精度。

Description

一种提高构架天线型面精度的方法

技术领域

本发明涉及一种构架天线型面设计优化的方法，尤其涉及一种提高构架天线型面精度的方法。

背景技术

随着卫星天线技术的发展，大口径卫星天线的应用越来越广泛，由于受卫星平台和运载风罩的限制，这类天线通常采用可展开式结构，即在发射阶段需要以某种收拢状态约束，卫星入轨后进行展开达到工作状态。作为适合于制作大型、超大型卫星天线的构架式可展开天线，具有收拢体积小、展缩比大、整体结构重量轻、工作频带宽的特点，容易实现多波束、多频段和多极化。

构架天线通常由可展开的构架单元、反射网、锁紧与释放机构、馈源与电系统和一维波束指向系统等组成。构架单元采用四面体单元，每个四面体单元由3根不可折叠的腹杆、3根可折叠杆件、花盘节点及扭簧驱动单元组成，如图1所示，抛物面反射器的构架即由这些可折叠展开的四面体单元构成，反射面的金属网铺在构架上表面三角形单元的花盘节点和可折叠杆上，形成了由多个小三角形平面单元组成的抛物面状反射网面，即用三角形平面网单元来拟合抛物面。日本的ETS-VIII工程试验卫星上使用了口径13米的构架式网状反射面天线，它是这类天线中最大的飞行件，俄罗斯宇航局研制成功的四面体构架式天线已经运用于“自然”号、“宇宙”号卫星，以及“和平号”空间站上，这类天线的收纳率较高、同时具有较高的展开刚度和结构稳定性。

构架天线的抛物状反射面是一层很薄的金属丝网，俄罗斯等国的构架天线将金属丝网缝制在构架的上表面的可折叠杆件和花盘节点上，在设计和加工过程中，要求全部的花盘节点在展开状态时都应在旋转抛物面上。金属丝网网面由折叠杆包围的许多小三角形网格组成，金属丝网网面的偏差完全依赖于构架上表面的三角形结构，上表面各节点定位的精度将直接影响到天线反射面的精度。通过对6m×2.8m构架式可展开天线原理样机的结构设计方法、展开机理和网面铺陈等进行研究，发现现有的反射网面铺陈方式不能很好的满足型面精度的要求。按照构架天线理论型面精度计算公式，影响因素主要有口径D、焦距F和网格边长L三个因素，当对构架天线的电性能要求确定时，口径D和焦距F即可确定，如果要提高反射面的型面精度，唯一办法就是缩短网格边长L。在相同天线口径下缩短折叠杆杆长，必然造成杆件、关节、花盘节点、弹簧等部件增多，结构复杂，使天线整体质量明显增加、展收比降低、单位体积质量增加，根据公式可知，质量m增加，将导致天线的基频f降低，质量m增加和基频f降低会带来一系列力学问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种提高构架天线型面精度的方法，通过将反射网面与构架结构分离并分解，缩短了三角形单元网格边长，提高了反射型面的精度，并可保证相同天线口径下构架天线杆长和整体质量均不变。

本发明的技术解决方案是：一种提高构架天线型面精度的方法包括以下步骤：

(1)将反射网面与折叠杆件和花盘节点脱离；

(2)在花盘节点上增加所需高度的可调支撑柱；

(3)将反射网面进行分解，在构架天线结构上增加可调拉索，用带子将可调支撑柱和可调拉索连接起来从而把构架天线上表面的每个三角形单元平均分割成若干个小三角形单元；

(4)将反射网面缝制在带子上。

所述步骤(3)中在构架天线结构上增加可调拉索的步骤可以为：在构架天线上表面折叠杆中间关节位置增加可调拉索；也可以为：在构架天线上表面三角形单元的中央位置增加可调拉索，可调拉索与构架天线下表面的花盘节点连接。

所述步骤(3)中用带子将可调支撑柱和可调拉索连接的步骤可以为：当在构架天线上表面折叠杆中间关节位置增加可调拉索时，带子将所有可调支撑柱和可调拉索进行连接，从而把构架天线上表面的每个三角形单元平均分割成4个小三角形单元；还可以为：当在构架天线上表面三角形单元的中央位置增加可调拉索时，除可调支撑柱之间不用带子进行连接外，所有可调拉索和可调支撑柱都用带子进行连接，从而把构架天线上表面的每个三角形单元平均分割成3个小三角形单元。

与现有技术相比本发明具有以下优点：

(1)通过对反射网面进行了分解，在保持构架天线主结构质量特性、力学特性、展开方式不变的情况下，增加了基本三角形单元的数量，缩短了三角形单元边长，从而提高了反射网面的理论型面精度。

(2)通过将反射网面与构架结构分离，使得反射网面不依赖于构架结构，网面型面可调，将反射网面缝制在kevlar带子上，保证了反射网面的成型质量。

附图说明

图1为现有构架天线外形图；

图2为本发明的一种构架天线型面结构图；

图3为本发明的一种构架天线反射网面示意图；

图4为本发明的另一种构架天线型面结构图；

图5为本发明的另一种构架天线反射网面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述：

实施例1：

(1)构架天线采用图2所示的结构形式，先将反射网面1与折叠杆件2、折叠杆件3、折叠杆件4和花盘节点5、花盘节点6、花盘节点7、花盘节点8脱离；

(2)修改构架天线花盘节点5、花盘节点6、花盘节点7、花盘节点8的结构设计，在花盘节点5、花盘节点6、花盘节点7、花盘节点8上连接反射网面的一面增加螺纹，安装一定高度的可调支撑柱9、可调支撑柱10、可调支撑柱11、可调支撑柱12，可调支撑柱通常采用铝合金材料制成，在可调支撑柱9、可调支撑柱10、可调支撑柱11、可调支撑柱12上增加螺母，以便调整到位后锁定可调支撑柱9、可调支撑柱10、可调支撑柱11、可调支撑柱12的高度；

(3)将反射网面1进行分解，在折叠杆件2、折叠杆件3、折叠杆件4的中间关节位置上增加小孔，用于安装可调拉索13、可调拉索14、可调拉索15，在可调支撑柱9、可调支撑柱10、可调支撑柱11、可调支撑柱12和可调拉索13、可调拉索14、可调拉索15之间增加kevlar带子，将原来的每个三角形网面单元平均分成4个小三角形网面单元，使网格边长L缩短为原来的1/2，反射网面1分解后的形状如图3所示，实线组成的三角形单元为原有的反射网面单元，虚线和实线组成的三角形单元为实施例一的反射网面单元；

(4)测试所有kevlar带子的交汇点，调整可调支撑柱9、可调支撑柱10、可调支撑柱11、可调支撑柱12和可调拉索13、可调拉索14、可调拉索15的高度，使这些点调整到理论抛物面上，锁定可调支撑柱9、可调支撑柱10、可调支撑柱11、可调支撑柱12的高度和可调拉索13、可调拉索14、可调拉索15的长度，将反射网面1缝制在kevlar带子上。

实施例2：

(1)构架天线采用图4所示的结构形式，先将反射网面16与折叠杆件17、折叠杆件18、折叠杆件19和花盘节点20、花盘节点21、花盘节点22、花盘节点23脱离；

(2)修改构架天线花盘节点20、花盘节点21、花盘节点22、花盘节点23的结构设计，在花盘节点20、花盘节点21、花盘节点22、花盘节点23上连接网面的一面增加螺纹，安装一定高度的可调支撑柱24、可调支撑柱25、可调支撑柱26、可调支撑柱27，可调支撑柱通常采用铝合金材料制成，在可调支撑柱24、可调支撑柱25、可调支撑柱26、可调支撑柱27上增加螺母，以便调整到位后锁定可调支撑柱24、可调支撑柱25、可调支撑柱26、可调支撑柱27的高度；

(3)将反射网面16进行分解，在构架天线下表面的花盘节点31、花盘节点32、花盘节点33上增加固定可调拉索的小孔，用于在原来的三角形网面单元的中间增加可调拉索28、可调拉索29、可调拉索30，除可调支撑柱24、可调支撑柱25、可调支撑柱26、可调支撑柱27之间外，kevlar带子将可调拉索28、可调拉索29、可调拉索30和可调支撑柱24、可调支撑柱25、可调支撑柱26、可调支撑柱27进行连接，kevlar带子将原来的每个三角形网面单元平均分成3个小三角形网面单元，使网格边长L缩短为原来的分解后的反射网面16如图5所示，实线组成的三角形单元为原有的反射网面单元，虚线组成的三角形单元为实施例二的反射网面单元；

(4)测试所有kevlar带子的交汇点，调整可调支撑柱24、可调支撑柱25、可调支撑柱26、可调支撑柱27和可调拉索28、可调拉索29、可调拉索30的高度，使这些点调整到理论抛物面上，锁定可调支撑柱24、可调支撑柱25、可调支撑柱26、可调支撑柱27的高度和可调拉索28、可调拉索29、可调拉索30的长度，将反射网16缝制在kevlar带子上。

按以上述两个实施例进行设计，构架天线反射网面的理论型面精度取决于支撑柱与调节拉索之间的距离，采用优化设计后，可以将构架天线反射网面的理论型面精度RMS值分别减小到原来的1/4和1/3，在测试调试中，通过调整可调支撑柱的高度和可调拉索的长度将反射网面调整到理论设计网面，从而抵消由于加工、装配造成的型面误差。例如，对于口径D等于6000mm，焦距F等于2170mm，折叠杆长为540mm的构架天线，优化前构架天线可使用频段为S波段，采用实施例1所述的优化方法构架天线可使用频段为C波段和X波段，构架天线优化前后参数比较见表1。

表1 构架天线优化前后参数比较

Claims (7)

1.一种提高构架天线型面精度的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将反射网面与折叠杆件和花盘节点脱离；

(2)在花盘节点上增加所需高度的可调支撑柱；

(3)将反射网面进行分解，在构架天线结构上增加可调拉索，用带子将可调支撑柱和可调拉索连接起来从而把构架天线上表面的每个三角形单元平均分割成若干个小三角形单元；

(4)将反射网面缝制在带子上。

2.根据权利要求1所述的一种提高构架天线型面精度的方法，其特征在于所述步骤(2)为：在花盘节点上连接反射网面的一面增加螺纹，安装所需高度的可调支撑柱，在可调支撑柱上增加螺母，以便调整到位后锁定可调支撑柱的高度。

3.根据权利要求1所述的一种提高构架天线型面精度的方法，其特征在于所述步骤(3)中在构架天线结构上增加可调拉索的步骤为：在构架天线上表面折叠杆中间关节位置增加可调拉索。

4.根据权利要求1所述的一种提高构架天线型面精度的方法，其特征在于所述步骤(3)中在构架天线结构上增加可调拉索的步骤还可以为：在构架天线上表面三角形单元的中央位置增加可调拉索，可调拉索与构架天线下表面的花盘节点连接。

5.根据权利要求1所述的一种提高构架天线型面精度的方法，其特征在：所述的带子为kevlar带子。

6.根据权利要求5所述的一种提高构架天线型面精度的方法，其特征在于：所述步骤(3)中用带子将可调支撑柱和可调拉索连接的步骤为：当在构架天线上表面折叠杆中间关节位置增加可调拉索时，kevlar带子将所有可调支撑柱和可调拉索进行连接，从而把构架天线上表面的每个三角形单元平均分割成4个小三角形单元。

7.根据权利要求5所述的一种提高构架天线型面精度的方法，其特征在于：所述步骤(3)中用带子将可调支撑柱和可调拉索连接的步骤为：当在构架天线上表面三角形单元的中央位置增加可调拉索时，除可调支撑柱之间不需要kevlar带子进行连接外，所有可调拉索和可调支撑柱之间都用kevlar带子进行连接，从而把构架天线上表面的每个三角形单元平均分割成3个小三角形单元。