CN108899632B - 基于形状记忆聚合物复合材料可展开星载合成孔径雷达天线 - Google Patents

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Abstract

基于形状记忆聚合物复合材料可展开星载合成孔径雷达天线，它涉及雷达天线，具体涉及基于形状记忆聚合物复合材料可展开星载合成孔径雷达天线。本发明为了解决现有雷达天线的质量严重限制了人造卫星寿命及搭载数量的问题。本发明包括多个上部桁架、底座和若干个天线单元，多个上部桁架并排平行安装在底座上，每个上部桁架上沿其长度方向设有多个所述天线单元，若干个所述天线单元呈矩阵状排列组成一个长方形板体。本发明属于空间可展开结构领域。

Description

基于形状记忆聚合物复合材料可展开星载合成孔径雷达天线
技术领域
本发明涉及雷达天线，具体涉及基于形状记忆聚合物复合材料可展开星载合成孔径雷达天线，属于空间可展开结构领域。
背景技术
形状记忆聚合物是一类新型智能材料，其在不同外界环境激励下(热、光、磁等)，具有保持临时变形的能力，当再次受到相同的外界激励时，又可回复到初始形状，从而表现出对初始形状的记忆功能。
相控阵天线具有波束扫描功能,扫描角度大，可实现天线指向的灵活控制,因此相控阵天线的应用范围很广。最常见的是用于对地成像的微波遥感合成孔径雷达天线(SAR天线)。SAR天线都有收藏体积大和质量大的特点，国外SAR天线的单位面积质量均超过10kg/m2，总质量一般都在400～600kg左右。雷达天线的质量严重限制了人造卫星的寿命、搭载数量。
发明内容
本发明为解决现有雷达天线的质量严重限制了人造卫星寿命及搭载数量的问题，进而提出基于形状记忆聚合物复合材料可展开星载合成孔径雷达天线。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括多个上部桁架、底座和若干个天线单元，多个上部桁架并排平行安装在底座上，每个上部桁架上沿其长度方向设有多个所述天线单元，若干个所述天线单元呈矩阵状排列组成一个长方形板体。
进一步的，每个所述天线单元包括可展开胞元、柔性薄膜、高频接收/发射电子设备和可展开胞元下部滑块，可展开胞元的下端通过可展开胞元下部滑块与上部桁架的上表面滑动连接，柔性薄膜贴附在可展开胞元的上端面上，高频接收/发射电子设备安装在柔性薄膜的上表面上。
进一步的，可展开胞元由内支架和外支架组成，内支架是由四个内支腿组成的外轮廓由上至下依次渐缩的锥台体，外支架是由四个外支腿组成的外轮廓由上至下依次渐缩的锥台体，外支架套装在内支架上，内支腿和外支腿均是形状记忆聚合物复合材料制作的。
进一步的，上部桁架的上表面沿其长度方向开有第一滑槽，可展开胞元下部滑块插装在第一滑槽内。
进一步的，底座的上表面沿其长度方向设有第二滑槽，上部桁架下表面的滑块插装在第二滑槽内。
本发明的有益效果是：本发明利用形状记忆聚合物复合材料对热、磁、电敏感的特性，实现合成孔径雷达天线的运载收缩以及在轨展开工作；本发明使用复合材料和柔性薄膜，大大降低了合成孔径雷达的全机质量，从而提高卫星的搭载数量。
附图说明
图1是本发明的展开状态时示意图；
图2是本发明的展开状态时左视图；
图3是本发明的展开状态时俯视图；
图4是本发明的展开状态时仰视图；
图5是本发明的展开状态时正视图；
图6是本发明可展开胞元处在展开状态时的示意图；
图7是本发明可展开胞元处在展开状态时的正视图；
图8是本发明可展开胞元处在展开状态时的俯视图；
图9是本发明上部桁架的示意图；
图10是本发明上部桁架的正视图；
图11是本发明底座的结构示意图；
图12是本发明底座的正视图；
图13是本发明处于收缩状态时的示意图；
图14是本发明处于收缩状态时的侧视图；
图15是本发明处于收缩状态时的仰视图；
图16是本发明可展开胞元处于收缩状态时的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式所述基于形状记忆聚合物复合材料可展开星载合成孔径雷达天线包括多个上部桁架4、底座5和若干个天线单元，多个上部桁架4并排平行安装在底座5上，每个上部桁架4上沿其长度方向设有多个所述天线单元，若干个所述天线单元呈矩阵状排列组成一个长方形板体。
上部桁架4和底座5均是采用复合材料制备而成的。
具体实施方式二：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式所述基于形状记忆聚合物复合材料可展开星载合成孔径雷达天线的每个所述天线单元包括可展开胞元1、柔性薄膜2、高频接收/发射电子设备3和可展开胞元下部滑块6，可展开胞元1的下端通过可展开胞元下部滑块6与上部桁架4的上表面滑动连接，柔性薄膜2贴附在可展开胞元1的上端面上，高频接收/发射电子设备3安装在柔性薄膜2的上表面上。
本实施方式中可展开胞元1、柔性薄膜2、高频接收/发射电子设备3通过硅橡胶粘接在一起。柔性薄膜2是聚酰亚胺薄膜。
其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式所述基于形状记忆聚合物复合材料可展开星载合成孔径雷达天线的可展开胞元1由内支架1-1和外支架1-2组成，内支架1-1是由四个内支腿1-1-1组成的外轮廓由上至下依次渐缩的锥台体，外支架1-2是由四个外支腿1-2-1组成的外轮廓由上至下依次渐缩的锥台体，外支架1-2套装在内支架1-1上，内支腿1-1-1和外支腿1-2-1均是形状记忆聚合物复合材料制作的。
形状记忆聚合物复合材料的树脂是具有形状记忆效应的环氧、氰酸酯或聚酰亚胺等；复合材料的增强相是碳纤维、碳纳米管、碳纳米管接枝碳纤维、短切纤维、碳纤维布等。
形状记忆聚合物复合材料树脂的玻璃化转变温度在150-220℃之间，复合材料的玻璃化转变温度应高于星载雷达的工作轨道温度。
使用的形状记忆聚合物复合材料在空间的展开驱动方式为热驱动、电驱动、磁驱动、射频驱动、微波驱动、组合驱动方式。
所述驱动方式为热驱动的胞元，在可展开胞元1表面粘贴工业航天级电阻式薄膜加热片；
所述驱动方式为电驱动的胞元，所使用的形状记忆聚合物复合材料中应掺杂单壁、多壁碳纳米管、石墨烯、碳黑、碳纳米纸、碳纳米纤维、短切碳纤维、连续的碳纤维或混杂颗粒填充等导电增强相中的一种或多种，并有外部电源与上述掺杂相连接；
所述驱动方式为微波驱动动的胞元，所使用的形状记忆聚合物复合材料中应掺杂碳纳米管、氧化石墨烯和碳化硅等纳米颗粒；
所述驱动方式为射频驱动的胞元，所使用的形状记忆聚合物复合材料中应掺杂射频敏感颗粒；
所述驱动方式为组合驱动的胞元，可以通过热驱动、电驱动、磁驱动、射频驱动和微波驱动中的两种或多种方法进行组合驱动。
其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式所述基于形状记忆聚合物复合材料可展开星载合成孔径雷达天线的上部桁架4的上表面沿其长度方向开有第一滑槽4-1，可展开胞元下部滑块6插装在第一滑槽4-1内。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式五：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式所述基于形状记忆聚合物复合材料可展开星载合成孔径雷达天线的底座5的上表面沿其长度方向设有第二滑槽5-1，上部桁架4下表面的滑块插装在第二滑槽5-1内。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
工作原理
雷达天线的展开的步骤如下：
步骤一、将组装好的雷达天线放置在所述形状记忆聚合物复合材料的玻璃化转变温度以上的温度环境中；
步骤二、在步骤一的环境中对展开支架施加轴向压缩，使雷达天线的可展开胞元1变形至收缩状态；
步骤三、保持步骤二的载荷，并将温度降至室温，雷达天线可以保持在收缩状态；
步骤四、将处在收缩状态的雷达天线连接外部雷达控制系统后装到人造卫星上，利用运载火箭将雷达天线运至预定工作轨道；
步骤五、驱动可展开胞元1展开，使雷达天线恢复到展开状态。
所述驱动方式为热驱动时，在可展开胞元1表面粘贴工业航天级电阻式薄膜加热片，通过加热的方式驱动可展开胞元1，进而使雷达天线恢复到展开状态；
所述驱动方式为电驱动时，所使用的形状记忆聚合物复合材料中应掺杂单壁、多壁碳纳米管、石墨烯、碳黑、碳纳米纸、碳纳米纤维、短切碳纤维、连续的碳纤维或混杂颗粒填充等导电增强相中的一种或多种，并有外部电源与上述掺杂相连接，通过通电的方式驱动可展开胞元1，进而使雷达天线恢复到展开状态；
所述驱动方式为微波驱动时，所使用的形状记忆聚合物复合材料中应掺杂碳纳米管、氧化石墨烯和碳化硅等纳米颗粒，通过施加微波的方式驱动可展开胞元1，进而使雷达天线恢复到展开状态；
所述驱动方式为射频驱动时，所使用的形状记忆聚合物复合材料中应掺杂射频敏感颗粒，通过施加射频的方式驱动可展开胞元1，进而使雷达天线恢复到展开状态；
所述驱动方式为组合驱动的胞元，可以通过选择的驱动组合方式施加相应的激励环境驱动可展开胞元1，进而使雷达天线恢复到展开状态。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于形状记忆聚合物复合材料可展开星载合成孔径雷达天线，其特征在于：所述基于形状记忆聚合物复合材料可展开星载合成孔径雷达天线包括多个上部桁架(4)、底座(5)和若干个天线单元，多个上部桁架(4)并排平行安装在底座(5)上，每个上部桁架(4)上沿其长度方向设有多个所述天线单元，若干个所述天线单元呈矩阵状排列组成一个长方形板体，
每个所述天线单元包括可展开胞元(1)、柔性薄膜(2)、高频接收/发射电子设备(3)和可展开胞元下部滑块(6)，可展开胞元(1)的下端通过可展开胞元下部滑块(6)与上部桁架(4)的上表面滑动连接，柔性薄膜(2)贴附在可展开胞元(1)的上端面上，高频接收/发射电子设备(3)安装在柔性薄膜(2)的上表面上，
可展开胞元(1)由内支架(1-1)和外支架(1-2)组成，内支架(1-1)是由四个内支腿(1-1-1)组成的外轮廓由上至下依次渐缩的锥台体，外支架(1-2)是由四个外支腿(1-2-1)组成的外轮廓由上至下依次渐缩的锥台体，外支架(1-2)套装在内支架(1-1)上，内支腿(1-1-1)和外支腿(1-2-1)均是形状记忆聚合物复合材料制作的。
2.根据权利要求1所述基于形状记忆聚合物复合材料可展开星载合成孔径雷达天线，其特征在于：上部桁架(4)的上表面沿其长度方向开有第一滑槽(4-1)，可展开胞元下部滑块(6)插装在第一滑槽(4-1)内。
3.根据权利要求1所述基于形状记忆聚合物复合材料可展开星载合成孔径雷达天线，其特征在于：底座(5)的上表面沿其长度方向设有第二滑槽(5-1)，上部桁架(4)下表面的滑块插装在第二滑槽(5-1)内。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110988822B (zh) * 2019-11-21 2021-09-14 上海卫星工程研究所 基于无线单tr定标的多通道sar天线性能检测方法
CN111837730B (zh) * 2020-08-27 2021-10-08 舒城县明公农业开发有限责任公司 一种基于温度自适应调节的农业种植支撑架
CN112977895A (zh) * 2021-03-31 2021-06-18 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 可折叠可见光与合成孔径雷达复合一体化轻量化结构

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101853986A (zh) * 2010-05-24 2010-10-06 哈尔滨工业大学 一种基于形状记忆聚合物的可充气展开天线反射面及其反射表面片、蒙皮的制作方法
CN103552696A (zh) * 2013-11-08 2014-02-05 哈尔滨工业大学 基于形状记忆聚合物的框架式空间可展开结构
CN107039777A (zh) * 2017-05-11 2017-08-11 哈尔滨工业大学 通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面及其设计方法
CN107933959A (zh) * 2017-10-13 2018-04-20 中国科学院深圳先进技术研究院 六杆机构及由其组成的可展模块、伸展臂、平面展开桁架

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9281569B2 (en) * 2009-01-29 2016-03-08 Composite Technology Development, Inc. Deployable reflector
CN101872904B (zh) * 2010-06-30 2012-12-19 哈尔滨工业大学 可变形天线反射面
CN104022337B (zh) * 2014-06-17 2016-05-18 哈尔滨工业大学 基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构
JP6471291B2 (ja) * 2016-01-27 2019-02-20 群馬県 動物用位置情報送信機
WO2018071645A1 (en) * 2016-10-12 2018-04-19 Vanlandingham Wade Microsatellite devices, systems, and methods
US10790778B2 (en) * 2016-11-22 2020-09-29 Composite Technology Development, Inc. Solar array with elastic memory hinges

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101853986A (zh) * 2010-05-24 2010-10-06 哈尔滨工业大学 一种基于形状记忆聚合物的可充气展开天线反射面及其反射表面片、蒙皮的制作方法
CN103552696A (zh) * 2013-11-08 2014-02-05 哈尔滨工业大学 基于形状记忆聚合物的框架式空间可展开结构
CN107039777A (zh) * 2017-05-11 2017-08-11 哈尔滨工业大学 通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面及其设计方法
CN107933959A (zh) * 2017-10-13 2018-04-20 中国科学院深圳先进技术研究院 六杆机构及由其组成的可展模块、伸展臂、平面展开桁架

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
形状记忆聚合物复合材料及其在空间可展开结构中的应用;冷劲松 等;《宇航学报》;20100621;第31卷(第4期);第950-956页 *

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