CN109818151B - 星载可展开网状天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种星载可展开网状天线，所述星载可展开网状天线包括天线反射面伸展臂(1)、天线反射面可展开支撑组件(2)以及索网结构(3)。天线反射面伸展臂采用碳纤维复合材料中空圆杆设计，降低伸展臂重量和伸展臂的在轨热变形，保证天线指向精度。天线反射面可展开支撑组件(2)由模块单元组成，可根据天线反射面的口径要求进行增减，可扩展性强。索网结构使用多层索网形式设计，实现对反射面型面精度的地面调节，以满足微波天线探测对反射面型面精度的要求。本发明综合考虑了天线发射收拢与在轨展开、天线反射面功能与性能的测试、天线反射面的型面精度的调节等因素进行设计，能够满足卫星在轨对地探测的要求。
Description
技术领域
本发明涉天线领域，具体地，涉及一种星载网状天线，尤其涉及一种星载大型可展开网状天线反射面及其伸展臂。
背景技术
随着宇航材料的不断发展、加工装调工艺的提高，星载天线在设计上更加注重多频段、高精度、大容量的设计要求，星载天线的设计因此趋于复杂。但由于火箭运载能力、经济等因素的限制，又需要天线结构质量轻、体积小，刚度高、扩展能力强。为满足星载大型可展开网状天线反射面需要保证与馈源位置关系的需求，相关参数需要满足下列标准：天线伸展臂达到6.3m，天线反射面有效电口径达到10m×12m，机械口径达到Ф17.3m，对星载天线反射面的设计提出了更高的要求。
为适应各种不同的应用目标，星载可展开天线根据反射面形式出现了固面展开天线、充气式展开天线、网状展开天线等。对于固面展开天线，很大程度上保留了传统固面天线的优点，但由于体积质量较大和扩展能力较低的问题，限制了其有效口径及在轨应用；对于充气式展开天线，虽然能够满足质量轻、体积小、扩展能力强的设计要求，但存在着天线型面精度瓶颈低，结构热稳定性有限的问题；网状展开天线在口径、扩展能力、天线型面精度等参数上均具有不错的表现，是目前应用最为广泛的星载可展开天线。
现有的网状展开天线虽然性能参数表现优秀，但由于天线反射面结构复杂、组件繁多，存在着可靠性的问题；同时，现有的星载可展开天线共同存在着与馈源相对位置可控性差的问题。
如专利文献CN103354303A中公开的一种可展开网状抛物柱面天线，虽然天线收纳体积相对较小，表面精度较高，但专利中提及抛物柱面天线无法满足星载天线反射面在轨工作要求天线指向精度高，展开过程简单可靠的要求。星载天线反射面还要根据天线频率设计天线伸展臂以保证星载天线反射面与馈源相对稳定的位置关系。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种星载可展开网状天线。
根据本发明提供的一种星载可展开网状天线，其特征在于，包括天线反射面伸展臂、天线反射面可展开支撑组件以及索网结构；所述天线反射面连接在天线反射面伸展臂上，所述索网结构通过背索网实现与天线反射面可展开支撑组件连接。
优选地，所述天线反射面伸展臂包括臂杆、驱动关节、伸展臂压紧释放机构、抱抓式机构以及火工分离螺母；所述臂杆具有多段臂结构，各臂结构间通过驱动关节相连；伸展臂压紧释放机构、抱抓式机构以及火工分离螺母均连接在臂杆上。
优选地，所述天线反射面包括模块单元；所述模块单元包括支撑滑杆、主动驱动单元以及辅助驱动单元；所述支撑滑竿设置有一个或多个，相互连接构成模块单元的框架；所述主动驱动单元和辅助驱动单元设置在模块单元的框架上；相邻模块单元通过主动驱动单元连接。
优选地，所述索网结构包括背索网、张紧索、前索网；所述背索网与天线反射面可展开支撑组件直接相连；所述张紧索包括第一端和第二端，设置在前索网和背索网之间，并且张紧索的第一端与前索网的对应节点相连接，第二端分别与背索网的对应节点、天线反射面可展开支撑组件相连接；所述前索网由金属材料制成；所述前索网的位置和/或形状能够通过张紧索的张力和长度变化调整为设定的位置。
优选地，所述天线反射面伸展臂、天线反射面以及索网结构均采用能够折叠的结构，即星载天线反射面能够在第一状态与第二状态间转换；处于所述第一状态时，天线反射面伸展臂、天线反射面以及索网结构均处于折叠状态，天线反射面伸展臂的抱抓式机构锁紧固定处于折叠状态的天线反射面和索网结构；天线反射面伸展臂的火工分离螺母锁紧固定处于折叠状态的天线反射面伸展臂；处于所述第二状态时，天线反射面伸展臂、天线反射面以及索网结构均处于展开状态，抱抓式机构打开；火工分离螺母打开。
优选地，所述天线反射面伸展臂的臂杆采用中空圆杆设计；所述天线反射面伸展臂的驱动关节采用伺服电机配合减速器驱动。
优选地，模块单元的尺寸能够满足设定的天线口径和反射面精度。
优选地，工作表面为抛物柱面；其中，所述工作表面为所述星载可展开网状天线处于展开状态时，前索网展开形成的反射电磁波的工作表面。
根据本发明提供的一种卫星，包括以上所述的星载可展开网状天线。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、采用索网可展开结构，结构质量轻、收拢体积小，天线型面精度高；
2、通过模块单元有效提升了天线反射面的展开可靠性、扩展能力以及不同需求适应性；
3、通过多段臂结构，能够保证保证星载天线反射面与馈源相对稳定的位置关系，天线指向精度更高；
4、本发明提供的一种星载可展开网状反射面的性能参数能够满足主被动一体化微波载荷探测要求。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的星载可展开网状天线的展开状态示意图。
图2为本发明提供的星载可展开网状天线的收拢状态示意图。
图3为本发明提供的星载可展开网状天线的模块单元示意图。
图4为本发明提供的星载可展开网状天线的索网结构示意图。
图中示出：
| 天线反射面伸展臂1 | 天线反射面可展开支撑组件2 | 索网结构3 |
| 臂杆11 | 驱动关节12 | 伸展臂压紧释放机构13 |
| 抱抓式机构14 | 火工分离螺母15 | 模块单元21 |
| 支撑滑杆211 | 主动驱动单元212 | 辅助驱动单元213 |
| 背索网31 | 张紧索32 | 前索网33 |
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种卫星，包括星载可展开网状天线。
根据本发明提供的一种星载可展开网状天线，包括天线反射面伸展臂1、天线反射面可展开支撑组件2以及索网结构3；所述天线反射面可展开支撑组件2接在天线反射面伸展臂1上，所述索网结构3通过背索网实现与天线反射面可展开支撑组件(2)连接。所述天线反射面伸展臂1包括臂杆11、驱动关节12、伸展臂压紧释放机构13、抱抓式机构14以及火工分离螺母15；所述臂杆11具有多段臂结构，各臂结构间通过驱动关节12相连；伸展臂压紧释放机构13、抱抓式机构14以及火工分离螺母15均连接在臂杆11上。所述天线反射面可展开支撑组件2包括模块单元21；所述模块单元21包括支撑滑杆211、主动驱动单元212以及辅助驱动单元213；所述支撑滑竿211设置有一个或多个，相互连接构成模块单元21的框架；所述主动驱动单元212和辅助驱动单元213设置在模块单元21的框架上；相邻模块单元21通过主动驱动单元212连接。所述索网结构3包括背索网31、张紧索32、前索网33。所述背索网31与天线反射面可展开支撑组件2直接相连，提供前索网33各节点张拉力；所述张紧索32是连接前索网33及背索网31对应节点的索段，所有的张紧索32的一端均连接在前索网33上，而另一端的一部分连接在背索网31上，另一部分连接在天线反射面可展开支撑组件2上，张紧索32通过控制张力及长度用于控制前索网33的位置；所述前索网33展开后形成目标抛物柱面，是天线展开后的成形面；前索网33由金属材料制成，也是天线反射面反射网。
优选地，所述天线反射面伸展臂1、天线反射面可展开支撑组件2以及索网结构3均采用能够折叠的结构，即星载天线反射面能够在第一状态与第二状态间转换；处于所述第一状态时，天线反射面伸展臂1、天线反射面2以及索网结构3均处于折叠状态，天线反射面伸展臂1的抱抓式机构14锁紧固定处于折叠状态的天线反射面可展开支撑组件2和索网结构3；天线反射面伸展臂1的火工分离螺母15锁紧固定处于折叠状态的天线反射面伸展臂1；处于所述第二状态时，天线反射面伸展臂1、天线反射面2以及索网结构3均处于展开状态，抱抓式机构14打开；火工分离螺母15打开。所述天线反射面伸展臂1的臂杆11采用中空圆杆设计；所述天线反射面伸展臂1的驱动关节12采用伺服电机配合减速器驱动。模块单元21的尺寸能够满足设定的天线口径和反射面精度。天线反射面前索网33由金属材料制成，是天线反射面反射网，为天线反射面上的反射电磁波的工作表面，其工作表面为抛物柱面。
具体地，天线反射面伸展臂1及天线反射面可展开支撑组件2整体收拢后尺寸为970mm×1080mm×3650mm，其中天线反射面可展开支撑组件2收拢后总体尺寸约为780mm×890mm×1940mm。臂杆11采用高模量碳纤维环氧树脂复合材料，降低臂杆11的在轨热变形，保证天线反射面可展开支撑组件2的指向精度，在与关节连接处预埋接头，实现关节沿各自由度的运动。为了提高刚度和减少重量，臂杆11采用中空圆杆，中空圆杆外径100mm，内径94mm。驱动关节12采用直流无刷伺服电机配合行星减速器和RV减速器驱动。采用垂直角度行星减速器，可使结构紧凑，整个驱动系统内置于关节内，使天线反射面伸展臂1外观简洁，并减小了天线反射面伸展臂1的总体外形尺寸。伸展臂压紧释放机构13用于将天线反射面伸展臂1整体压紧在星体上，采用抱抓式机构14和火工分离螺母15装置完成对天线反射面2压紧和释放功能。
进一步地，根据一维综合孔径体制微波载荷对空间分辨率的要求，天线反射面可展开支撑组件2呈柱状抛物面形状，天线反射口径要抛物面方向达到10m，柱面方向达到12m。天线反射面可展开支撑组件2采用模块化设计，抛物面和柱面方向各自划分4模块，总共由16个四边形模块单元21组成，也可根据微波载荷探测需求对天线尺寸的要求，增减模块单元数量和尺寸。为了加强单个模块单元21的刚度，模块杆件采用碳纤维环氧树脂复合材料中空圆杆，中空圆杆外径20mm，内径15mm。模块单元21采用四边形设计，由支撑滑杆211、主动驱动单元212和辅助驱动单元213组成。相邻的主动驱动单元212通过主驱动组件两两组合连接各个模块单元21，并向外开展，最终形成满足要求的抛物柱面可展开桁架结构。
更进一步地，索网结构3由背索网31、张紧索32、前索网33组成。其中背索网31和张紧索32采用凯夫拉绳编制，具有高强度、耐高温、质量轻及抗蠕变的特点；前索网33采用金属钼丝编制，实现天线反射面反射辐射电磁波的目的。索网结构3通过小的四边形逼近理想抛物柱面的方式形成反射面，故其原理上存在误差。为使天线精度更高，则要求原理误差小，使索网结构要形成的网格数目多，索段数目多、节点数目多。为实现本实施例天线反射面展开后型面精度优于4mm的目标，选用6段网格划分方法。另外，索网结构使用多层索网形式设计，实现对反射面型面精度的地面调节，以满足微波天线探测对反射面型面精度的要求。
本实施例提供的星载大型可展开网状天线反射面，天线反射面口径大、收拢尺寸小、型面精度高、结构质量轻、展开过程可靠、扩展能力强。大型可展开网状天线反射面通过伸展臂在卫星发射时收拢压紧在卫星侧板上；入轨后，根据指令通过火工锁解除压紧机构，伸展臂和天线反射面展开到位。综合考虑了星载大型可展开天线发射收拢与在轨展开、天线反射面功能与性能的测试、天线反射面的型面精度的调节等因素进行了星载大型可展开网状天线设计，满足卫星在轨对地探测的要求。
本实施例针对一维综合孔径体制微波载荷对星载可展开网状天线口径的要求，提供了一种满足大型可展开天线反射面，满足天线反射面收拢在卫星侧面和天线反射面在轨展开工作的要求。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (3)
1.一种星载可展开网状天线，其特征在于，包括天线反射面伸展臂(1)、天线反射面可展开支撑组件(2)以及索网结构(3)；所述天线反射面可展开支撑组件(2)连接在天线反射面伸展臂(1)上，所述索网结构(3)连接在通过背索网实现与天线反射面可展开支撑组件(2)连接；
所述天线反射面可展开支撑组件(2)由模块单元(21)组成；所述模块单元(21)包括支撑滑杆(211)、主动驱动单元(212)以及辅助驱动单元(213)；
所述支撑滑杆(211)设置有一个或多个，相互连接构成模块单元(21)的框架；所述主动驱动单元(212)和辅助驱动单元(213)设置在模块单元(21)的框架上；相邻模块单元(21)通过主动驱动单元(212)连接；
所述索网结构(3)包括背索网(31)、张紧索(32)、前索网(33)；
所述背索网(31)与天线反射面可展开支撑组件(2)直接相连，提供前索网(33)各节点张拉力；
所述张紧索(32)是连接前索网(33)及背索网(31)对应节点的索段，包括第一端和第二端，设置在前索网(33)和背索网(31)之间，并且张紧索(32)的第一端与前索网(33)的对应节点相连接，第二端分别与背索网(31)的对应节点、天线反射面可展开支撑组件(2)相连接；
所述前索网(33)由金属材料制成，展开后形成目标抛物柱面，是天线展开后的成形面；
所述前索网(33)的位置和/或形状能够通过张紧索(32)的张力和长度变化调整为设定的位置；
所述天线反射面伸展臂(1)、天线反射面可展开支撑组件(2)以及索网结构(3)均采用能够折叠的结构，即星载天线反射面能够在第一状态与第二状态间转换；
处于所述第一状态时，天线反射面伸展臂(1)、天线反射面可展开支撑组件(2)以及索网结构(3)均处于折叠状态，天线反射面伸展臂(1)的抱抓式机构(14)锁紧固定处于折叠状态的天线反射面(2)和索网结构(3)；天线反射面伸展臂(1)的火工分离螺母(15)锁紧固定处于折叠状态的天线反射面伸展臂(1)；
所述天线反射面伸展臂(1)包括臂杆(11)、驱动关节(12)、伸展臂压紧释放机构(13)、抱抓式机构(14)以及火工分离螺母(15)；
所述臂杆(11)具有多段臂结构，各臂结构间通过驱动关节(12)相连；伸展臂压紧释放机构(13)、抱抓式机构(14)以及火工分离螺母(15)均连接在臂杆(11)上；
处于所述第二状态时，天线反射面伸展臂(1)、天线反射面可展开支撑组件(2)以及索网结构(3)均处于展开状态，抱抓式机构(14)打开；火工分离螺母(15)打开；
工作表面为抛物柱面；其中，所述工作表面为所述星载可展开网状天线处于展开状态时，前索网(33)展开形成的反射电磁波的工作表面。
2.根据权利要求1所述的星载可展开网状天线，其特征在于，所述天线反射面伸展臂(1)的臂杆(11)采用中空圆杆设计；所述天线反射面伸展臂(1)的驱动关节(12)采用伺服电机配合减速器驱动。
3.根据权利要求1所述的星载可展开网状天线，其特征在于，模块单元(21)的尺寸能够满足设定的天线口径和反射面精度。
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|---|---|
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