CN108539365A - 一种星载网状天线网面 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星载网状天线网面，采用矩形截面索带替代圆形截面绳索，用于大型高精度网状天线的网面设计。为了减少分段式绳索由于加工和装配带来的误差，采用了一整条索带替代分段式绳索，并利用螺钉装配的方式，将一条条索带拼接成整个网面。根据本发明提出的网面设计方法，可以实现一种星载高精度网状天线网面，以满足国内对大口径高精度网状天线的需求。

Description

一种星载网状天线网面

技术领域

本发明属于大型网状天线技术领域，具体地，涉及一种星载网状天线网面，为实现大型高精度网状天线提供了一种解决途径。

背景技术

随着我国卫星有效载荷技术的快速发展，对5米以上口径的大型高精度环形天线的需求日益明显。环形天线反射器由环形可展开桁架1、前张力网2、金属网3、后张力网4、张力阵5五部分组成，如图1所示。金属网3作为天线的反射面，具有严格的型面精度要求，而前张力网2和张力阵5为金属网3的型面保持提供支撑。

由于金属网附着在前张力网上，因此前张力网的型面精度就直接决定了天线反射面的型面精度。目前国内已有的网状天线均采用复合材料或者碳纤维绳索制作前天线反射器张力网，绳索截面为圆形，如图2所示。由分段式绳索21和绳索连接结构件22组成，采用分段拼接的方式形成整个前张力网。这种采用绳索的网面设计方法，具有加工简单的特点，但是由于网面的每一段绳索均分别加工，采用分段拼接的方式会造成绳长误差累加。网面的分段数越多，网面绳索长度及拼接积累的误差就越多。对于型面精度要求比较低的网状天线，网面的分段数一般比较少，可以忽略由于每段绳索长度以及拼接带来的误差积累；但是对于高精度网状天线，网面的分段数比较多，绳索长度误差及拼接会严重影响整个天线反射面的型面精度，因此目前的这种网面设计方法无法满足高精度网状天线的设计要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，提供一种星载网状天线网面，解决绳索长度及拼接带来的误差积累，从而实现大型高精度网状天线。

本发明的技术解决方案是：一种星载网状天线网面，由多条索带拼接而成，每条索带采用整条一体成型，索带上加工有通孔，多条索带通过索带间对应的通孔连接，形成网面。

所述索带的截面为矩形。

索带通孔采用数控加工的方式，形成不同索带之间对应的装配位置。

所述索带上加工有不等距的通孔，并采用测地线网面设计方法确定通孔的具体位置。

所述索带采用碳纤维索带，即碳纤维束上涂覆聚酰亚胺，形成高刚度的碳纤维索带。

不同索带间采用内螺纹的螺钉连接起来。

所述矩形截面索带的宽度在7～12mm之间，厚度在0.2～0.3mm之间。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)相对于圆形截面的绳索，矩形截面的索带可以通过增加索带宽度而不增加厚度的方式，提高索带的自身刚度。圆形截面的绳索为了提高刚度，势必会增加截面的直径，而不同索带(绳索)在连接位置的厚度对高精度网状天线的网面影响比较大。同时由于索带具有一定宽度，相对于圆形截面的绳索，采用索带设计的网状天线网面在展开过程中不容易缠绕；

2)传统采用圆形截面的绳索，由于绳索没法进行打孔，不同绳索之间一般通过结构件进行连接，那么整个网面由多段绳索拼接而成，如图2所示。分段式绳索21在加工的过程中，长度方向一般存在误差，绳索之间通过绳索连接结构件22连接，也会存在装配误差。高精度网状天线的网面连接点非常多，这样就无法满足高精度网状天线网面设计要求。高刚度的碳纤维索带由于可以在整条索带上加工上一排不等距的通孔，而不同索带可以通过对应的通孔连接起来，即用一整条索带替代分段式绳索，这样可以大幅度地减少由于每段绳索加工长度以及每段绳索装配带来的积累误差；

3)采用一整条索带替代分段式绳索来设计网状天线网面，可以大幅度减少分段式绳索由于裁剪和装配带来的误差，但是索带由于宽度的影响，会给网面设计带来新的误差，可以采用测地线的网面设计方法降低索带宽度带来的误差。如图3所示，在球面上用一条索带来逼近球面。图3a)所示的索带31经过球面32的大经，即索带沿球面的测地线设计，而非测地线方法设计的索带如图3b)所示，可以看到采用测地线方法设计索带的位置，可以使索带更加贴近曲面，减少因为索带宽度对网面型面精度的影响。

4)不同索带在对应的通孔位置上，通过内螺纹的螺钉将一条条索带装配起来，可以保证更高的装配精度。内螺纹螺钉可以通过数控加工严格控制螺钉的外径尺寸，而索带的通孔仅与螺钉的外表面接触，可以保证索带装配过程中具有较小的装配间隙。采用普通外螺纹的螺钉，外径尺寸无法精确控制，因此无法满足高精度天线的网面设计需求。

附图说明

图1为大型可网状展开天线的结构示意图；

图2为采用绳索设计的网面示意图；

图3测地线网面设计减少误差示意图；

图4索带设计的网面示意图；

图5一种内螺纹螺钉示意图。

具体实施方式

本发明一种星载网状天线网面，由多条索带拼接而成，每条索带采用整条一体成型，索带上加工有通孔，多条索带通过索带间对应的通孔连接，形成网面；所述索带的截面为矩形；索带通孔采用数控加工的方式，形成不同索带之间对应的装配位置；所述索带上加工有不等距的通孔，并采用测地线网面设计方法确定通孔的具体位置；所述索带采用碳纤维索带，即碳纤维束上涂覆聚酰亚胺，形成高刚度的碳纤维索带；不同索带间采用内螺纹的螺钉连接起来；所述矩形截面索带的宽度在7～12mm之间，厚度在0.2～0.3mm之间。

实施例

以长轴7000mm和短轴6000mm的椭圆环形天线的网面设计为例，网面为标准抛物曲面，焦距为3328mm，偏距为4000mm,网面每一边的分段数位16。

本发明采用矩形截面的碳纤维索带替代绳索。采用在碳纤维束上涂覆聚酰亚胺，通过热熔法形成高刚度的碳纤维带。通过对碳纤维索带尺寸的优化设计，碳纤维索带的厚度为0.25mm，索带的宽度为7mm。

由于碳纤维索带自身刚度比较高，并且宽度为具有7mm，可以采用数控加工的方式，在索带表面上加工一排不等距通孔，而通孔的直径一般跟索带的宽度有关，在本实例中通孔的直径为3mm。通孔在索带上的具体位置，是由采用的网面设计方法而确定。

由于碳纤维带具有一定的宽度，为了最大程度地减少由于索带宽度带来的网面型面误差，尽量使索带尽可能地贴近网面的理论曲面。如图3a)所示,索带31沿着球面32测地线(即经过球心的平面与球面的交线)产生的型面误差要明显小于索带31沿着球面非测地线产生的型面误差，如图3b)所示。本实例的高精度网面为标准抛物面曲面，同样可以采用测地线的网面设计方法确定网面的几何形状。

为了减少碳纤维索带的连接误差，采用内螺纹的螺钉替代普通外螺纹螺钉，减少碳纤维索带在装配过程中的积累误差。图5示例了一种内螺纹螺钉，外表面51光滑具有严格的外形尺寸，内表面52含有螺纹。通过这种螺钉连接，可以最大程度上减少不同索带在连接的误差。

通过上述的步骤，就可以得到一种星载高精度网状天线网面，如图4所示。与目前已有的大型环形网状天线的网面相比较，可以大幅度地提高网面的型面精度，网面可以从目前应用在S波段提高到Ku波段，以满足我国高性能卫星对星载网状天线的需求。

以上所述，仅为本发明的优选实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，可以对本发明做出若干的修改和替换，所有这些修改和替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种星载网状天线网面，其特征在于：由多条索带拼接而成，每条索带采用整条一体成型，索带上加工有通孔，多条索带通过索带间对应的通孔连接，形成网面。

2.根据权利要求书1所述的一种星载网状天线网面，其特征在于：所述索带的截面为矩形。

3.根据权利要求书1所述的一种星载网状天线网面，其特征在于：索带通孔采用数控加工的方式，形成不同索带之间对应的装配位置。

4.根据权利要求书1所述的一种星载网状天线网面，其特征在于：所述索带上加工有不等距的通孔，并采用测地线网面设计方法确定通孔的具体位置。

5.根据权利要求书1-4任意所述的一种星载网状天线网面，其特征在于：所述索带采用碳纤维索带，即碳纤维束上涂覆聚酰亚胺，形成碳纤维索带。

6.根据权利要求书1-4任意所述的一种星载网状天线网面，其特征在于：不同索带间采用内螺纹的螺钉连接起来。

7.根据权利要求书5所述的一种星载网状天线网面，其特征在于：所述矩形截面索带的宽度在7～12mm之间，厚度在0.2～0.3mm之间。