CN108987880A - 基于折纸的展开天线基本单元、展开天线及折叠方法 - Google Patents

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Abstract

基于折纸的展开天线基本单元、展开天线及折叠方法，它涉及航空天线领域，以解决传统的空间可展开天线结构存在展开机械结构复杂、展开面积比小、成本高的问题。本发明包括形状记忆材料连接件、加热装置和多块基板；每块基板之间通过形状记忆材料连接件连接使每块基板能够折叠，形状记忆材料连接件作为折痕，形状记忆材料连接件上设有加热装置，加热装置通过电源供电；所述展开天线基本单元的展开面积是折叠后面积的4n倍，n≥1，n为整数。本发明的展开面积与折叠后的面积比为4n，可以很大程度节省装载空间，从而降低航天发射的成本，本发明的多个展开天线基本单元可以进行组合连接，以实现不同的展开与折叠的面积比。本发明适用于航天发射。

Description

基于折纸的展开天线基本单元、展开天线及折叠方法
技术领域
本发明涉及航空天线领域，具体涉及展开天线基本单元、展开天线及折叠方法。
背景技术
航天事业的高速发展对天线提出了越来越高的要求。由于目前所需要的天线功率较高、传输数据的速率较大，因此对大口径天线的需求也渐渐提高，而运载工具的空间尺寸有限，因此可以采用可展开天线这种结构形式减少天线的装载空间，降低发射的成本。
传统的空间可展开天线结构大多采用机械式或充气式的展开方式，存在展开机械结构复杂、展开面积比小、成本高等问题。
发明内容
本发明为了解决传统的空间可展开天线结构存在展开机械结构复杂、展开面积比小、成本高的问题，而提供基于折纸的展开天线基本单元、展开天线及折叠方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
方案一：基于折纸的展开天线基本单元它包括形状记忆材料连接件、加热装置和多块基板；
每块基板之间通过形状记忆材料连接件连接使每块基板能够折叠，形状记忆材料连接件作为折痕，形状记忆材料连接件上设有加热装置，加热装置通过电源供电；
所述展开天线基本单元的展开面积是折叠后面积的4n倍，n≥1，n为整数。
方案二：基于折纸的展开天线基本单元的展开天线包括多个所述展开天线基本单元；
每个展开天线基本单元之间通过设有加热装置的形状记忆材料连接件连接形成展开天线板，展开后，相邻两个展开天线基本单元相对两个展开天线基本单元连接处的折痕对称。
方案三：基于折纸的展开天线基本单元的折叠方法，它包括以下步骤：
一、先通过加热装置对形状记忆材料连接件加热，使形状记忆材料连接件变软；
二、将展开的面积与折叠后的面积比为的展开天线基本单元进行折叠形成正方形；
三、当展开天线基本单元的展开的面积与折叠后的面积比为4n时，其中n≥2，先按照步骤二进行一次折叠，重复步骤二的折叠，重复n-1次；
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
一、本发明的展开与折叠的面积比为4n，可以很大程度节省空间，从而降低航天发射的成本。
二、本发明的多个展开天线基本单元可以进行组合连接，可以实现不同的展开与折叠的面积比，使应用更加的灵活。
三、本发明折叠后通过对形状记忆材料连接件加热，使形状记忆材料连接件变形，驱动多块基板同时展开。
附图说明
图1是展开天线基本单元的展开的面积与折叠后的面积比为4的展开示意图；
图2是展开天线基本单元上折痕的示意图；
图3是本发明基于折纸的展开天线基本单元的展开天线的展开的面积与折叠后的面积比为8的展开示意图；
图4是本发明基于折纸的展开天线基本单元的展开天线的展开的面积与折叠后的面积比为12的展开示意图；
图5是展开天线基本单元的展开的面积与折叠后的面积比为16的展开示意图；
其中图1、图3和图4中的虚线表示向上翻折，实线表示向下翻折。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2来说明本实施方式，本实施方式基于折纸的展开天线基本单元它包括形状记忆材料连接件1、加热装置2和多块基板3；
每块基板3之间通过形状记忆材料连接件1连接使每块基板3能够折叠，形状记忆材料连接件1作为折痕，形状记忆材料连接件1上设有加热装置2，加热装置2通过电源供电；
所述展开天线基本单元的展开面积是折叠后面积的4n倍，n≥1，n为整数。
具体实施方式二：结合图1和图2来说明本实施方式，本实施方式当n＝1时，所述展开天线基本单元具有十二条折痕，所述展开天线基本单元的展开面的形状为正方形，
其中第一折痕5、第二折痕6、第三折痕7和第四折痕8的长度相等，第五折痕9、第六折痕10、第七折痕11和第八折痕12的长度相等，第九折痕13、第十折痕14、第十一折痕15和第十二折痕16的长度相等，第一折痕5、第二折痕6、第三折痕7和第四折痕8首尾相连形成正方形，且该正方形的四个点设置在所述展开天线基本单元的展开面的中心线上，第五折痕9、第六折痕10、第七折痕11和第八折痕12设置在所述展开天线基本单元的展开面的中心线上，并与所述正方形的四个点连接在一起，第九折痕13、第十折痕14、第十一折痕15和第十二折痕16与所述正方形的四个点连接在一起，第九折痕13和第十一折痕15与所述展开天线基本单元的展开面的两个边平行，第十折痕14和第十二折痕16与所述展开天线基本单元的展开面的另外两个边平行，且第九折痕13、第十折痕14、第十一折痕15和第十二折痕16互不相交。
其它组成和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和图2来说明本实施方式，本实施方式所述第一折痕5、第二折痕6、第三折痕7和第四折痕8形成的正方形的对角线的长度等于第九折痕13、第十折痕14、第十一折痕15和第十二折痕16的长度，第九折痕13、第十折痕14、第十一折痕15和第十二折痕16的长度是第五折痕9、第六折痕10、第七折痕11和第八折痕12的长度的2倍。
其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图2来说明本实施方式，本实施方式所述形状记忆材料连接件1为基于形状记忆聚合物的纤维或颗粒增强复合材料。
增强相的材料为碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维、石墨纤维、碳化硅纤维、晶须、石墨粉、镍粉、碳化硅粉末或碳纳米管；形状记忆聚合物材料为苯乙烯系形状记忆聚合物、环氧树脂系形状记忆聚合物、氰酸酯系形状记忆聚合物、形状记忆苯乙烯-丁二烯聚合物、形状记忆聚氨酯或形状记忆聚酯；形状记忆材料连接件1可以由以上任意一种或几种组合的材料制作而成。
其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图2来说明本实施方式，本实施方式所述加热装置2为电阻丝、导电胶或电热膜中的一种。
其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图2和图3来说明本实施方式，本实施方式基于折纸的展开天线基本单元的展开天线包括多个所述展开天线基本单元；
每个展开天线基本单元之间通过设有加热装置2的形状记忆材料连接件1连接形成展开天线板，展开后，相邻两个展开天线基本单元相对两个展开天线基本单元连接处的折痕对称。
具体实施方式七：结合图2和图3来说明本实施方式，本实施方式相邻两个所述展开天线基本单元连接处的折痕的数量为三条，在两个展开天线基本单元连接处相邻两条折痕的折叠方向相反。
其它组成和连接关系与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图2和图3来说明本实施方式，本实施方式所述展开天线基本单元的两条平行边作为连接的折痕时，两条平行边上的折痕相对于展开天线基本单元的中心点对称。
本发明基于折纸的展开天线基本单元的展开天线的展开面积与折叠后的面积比S＝4K，其中K≥1，K为整数。
实施例1：
如图3所示，当S＝8时，一个展开天线基本单元上的第四折痕8和第二折痕6向上翻转使第十折痕14和第十二折痕16重合，此时，第十折痕14和第十二折痕16与第一折痕5、第二折痕6、第三折痕7和第四折痕8形成的正方形的一条对角线重合，同时翻转与第四折痕8和第二折痕6对称的另一个展开天线基本单元上相对应的折痕，
再向下翻转一个展开天线基本单元上的第一折痕5和第三折痕7使第九折痕13、第十一折痕15重合，此时与第一折痕5、第二折痕6、第三折痕7和第四折痕8形成的正方形的另条对角线重合，同时翻转与第一折痕5和第三折痕7对称的另一个展开天线基本单元上相对应的折痕，此时通过翻折形成两个面积相等的小正方形，最后将两个小正方形对折形成一个与每个小正方形面积相等的一个正方形。
实施例2：
如图4所示，当S＝12时，两侧的展开天线基本单元中每个展开天线基本单元的第四折痕8和第二折痕6向上翻转使第十折痕14和第十二折痕16重合，此时，第十折痕14和第十二折痕16与第一折痕5、第二折痕6、第三折痕7和第四折痕8形成的正方形的一条对角线重合，同时翻转与第四折痕8和第二折痕6对称的中间的一个展开天线基本单元上相对应的折痕，
再向下翻转两侧的展开天线基本单元中每个展开天线基本单元的的第一折痕5和第三折痕7使第九折痕13、第十一折痕15重合，此时与第一折痕5、第二折痕6、第三折痕7和第四折痕8形成的正方形的另条对角线重合，同时翻转与第一折痕5和第三折痕7对称的中间的一个展开天线基本单元上相对应的折痕，此时通过翻折形成三个面积相等的小正方形，最后将三个小正方形翻折形成一个与每个小正方形面积相等的一个正方形。
当S＝16时，可以由展开面积与折叠后的面积比为16的展开天线基本单元作为展开天线，也可以由展开面积与折叠后的面积比为4的多个展开天线基本单元拼接形成展开天线，此时的展开天线可以是长条形，也可以是L形或T字形，折叠的方法是先折叠相邻两个展开天线基本单元共用的长折痕，此折痕与相邻两个展开天线基本单元的连接处的折痕垂直，其它的翻折步骤与实施例一相同，最后翻折成4个小正方形，再将每个小正方形对折最终形成一个正方形。
其它组成和连接关系与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：结合图1来说明本实施方式，本实施方式基于折纸的展开天线基本单元的折叠方法，它包括以下步骤：
一、先通过加热装置2对形状记忆材料连接件1加热，使形状记忆材料连接件1变软；
二、将展开的面积与折叠后的面积比为4的展开天线基本单元进行折叠形成正方形；
三、当展开天线基本单元的展开的面积与折叠后的面积比为4n时，其中n≥2，先按照步骤二进行一次折叠，重复步骤二的折叠，重复n-1次；
四、停止对形状记忆材料连接件1加热，使形状记忆材料连接件1冷却变硬。
具体实施方式十：结合图1和图5来说明本实施方式，本实施方式步骤二的展开天线基本单元的折叠方法为：
同时向上翻折第二折痕6和第四折痕8使第十折痕14和第十二折痕16重合，并与第一折痕5、第二折痕6、第三折痕7和第四折痕8形成的正方形的一条对角线重合；
再同时向下翻折第一折痕5和第三折痕7使第九折痕13第十一折痕15重合，并与第一折痕5、第二折痕6、第三折痕7和第四折痕8形成的正方形的另一条对角线重合，折叠后为正方形，折叠后第五折痕9、第六折痕10、第七折痕11和第八折痕12作为折叠后正方形的边。
当n≥2时，本发明展开天线基本单元折痕的确定方法为：先选取一张正方形的纸按照图1将各个折痕画出，然后再按照上述方法进行一次折叠形成一个正方形的折纸，在正方形的折纸上再按照图1以相同的比例将各个折痕画出，再进行一次折叠，重复n-1次，将折纸展开，折纸展开的折痕即为本发明当n≥2时展开天线基本单元的折痕，由此来确定本发明基于折纸的展开天线基本单元n≥2时折痕的位置，图5为通过上述方法所获得的折痕。

Claims (10)

1.基于折纸的展开天线基本单元，其特征在于：它包括形状记忆材料连接件(1)、加热装置(2)和多块基板(3)；
每块基板(3)之间通过形状记忆材料连接件(1)连接使每块基板(3)能够折叠，形状记忆材料连接件(1)作为折痕，形状记忆材料连接件(1)上设有加热装置(2)，加热装置(2)通过电源供电；
所述展开天线基本单元的展开面积是折叠后面积的4n倍，n≥1，n为整数。
2.根据权利要求1所述的基于折纸的展开天线基本单元，其特征在于：
当n＝1时，所述展开天线基本单元具有十二条折痕，所述展开天线基本单元的展开面的形状为正方形，
其中第一折痕(5)、第二折痕(6)、第三折痕(7)和第四折痕(8)的长度相等，第五折痕(9)、第六折痕(10)、第七折痕(11)和第八折痕(12)的长度相等，第九折痕(13)、第十折痕(14)、第十一折痕(15)和第十二折痕(16)的长度相等，第一折痕(5)、第二折痕(6)、第三折痕(7)和第四折痕(8)首尾相连形成正方形，且该正方形的四个点设置在所述展开天线基本单元的展开面的中心线上，第五折痕(9)、第六折痕(10)、第七折痕(11)和第八折痕(12)设置在所述展开天线基本单元的展开面的中心线上，并与所述正方形的四个点连接在一起，第九折痕(13)、第十折痕(14)、第十一折痕(15)和第十二折痕(16)与所述正方形的四个点连接在一起，第九折痕(13)和第十一折痕(15)与所述展开天线基本单元的展开面的两个边平行，第十折痕(14)和第十二折痕(16)与所述展开天线基本单元的展开面的另外两个边平行，且第九折痕(13)、第十折痕(14)、第十一折痕(15)和第十二折痕(16)互不相交。
3.根据权利要求2所述的基于折纸的展开天线基本单元，其特征在于：所述第一折痕(5)、第二折痕(6)、第三折痕(7)和第四折痕(8)形成的正方形的对角线的长度等于第九折痕(13)、第十折痕(14)、第十一折痕(15)和第十二折痕(16)的长度，第九折痕(13)、第十折痕(14)、第十一折痕(15)和第十二折痕(16)的长度是第五折痕(9)、第六折痕(10)、第七折痕(11)和第八折痕(12)的长度的2倍。
4.根据权利要求3所述的基于折纸的展开天线基本单元，其特征在于：所述形状记忆材料连接件(1)为基于形状记忆聚合物的纤维或颗粒增强复合材料。
5.根据权利要求4所述的基于折纸的展开天线基本单元，其特征在于：所述加热装置(2)为电阻丝、导电胶或电热膜中的一种。
6.基于折纸的展开天线基本单元的展开天线，其特征在于：它包括多个所述展开天线基本单元；
每个展开天线基本单元之间通过设有加热装置(2)的形状记忆材料连接件(1)连接形成展开天线板，展开后，相邻两个展开天线基本单元相对两个展开天线基本单元连接处的折痕对称。
7.根据权利要求6所述的基于折纸的展开天线基本单元的展开天线，其特征在于：相邻两个所述展开天线基本单元连接处的折痕的数量为三条，在两个展开天线基本单元连接处相邻两条折痕的折叠方向相反。
8.根据权利要求7所述的基于折纸的展开天线基本单元的展开天线，其特征在于：
所述展开天线基本单元的两条平行边作为连接的折痕时，两条平行边上的折痕相对于展开天线基本单元的中心点对称。
9.一种如权利要求5所述的基于折纸的展开天线基本单元的折叠方法，其特征在于：
它包括以下步骤：
一、先通过加热装置(2)对形状记忆材料连接件(1)加热，使形状记忆材料连接件(1)变软；
二、将展开的面积与折叠后的面积比为4的展开天线基本单元进行折叠形成正方形；
三、当展开天线基本单元的展开的面积与折叠后的面积比为4n时，其中n≥2，先按照步骤二进行一次折叠，重复步骤二的折叠，重复n-1次；
四、停止对形状记忆材料连接件(1)加热，使形状记忆材料连接件(1)冷却变硬。
10.根据权利要求9所述的基于折纸技术的展开天线的折叠方法，其特征在于：
步骤二的展开天线基本单元的折叠方法为：
同时向上翻折第二折痕(6)和第四折痕(8)使第十折痕(14)和第十二折痕(16)重合，并与第一折痕(5)、第二折痕(6)、第三折痕(7)和第四折痕(8)形成的正方形的一条对角线重合；
再同时向下翻折第一折痕(5)和第三折痕(7)使第九折痕(13)第十一折痕(15)重合，并与第一折痕(5)、第二折痕(6)、第三折痕(7)和第四折痕(8)形成的正方形的另一条对角线重合，折叠后为正方形，折叠后第五折痕(9)、第六折痕(10)、第七折痕(11)和第八折痕(12)作为折叠后正方形的边。
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