CN110718735A - 自驱动展开式锥形天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自驱动展开式锥形天线，该天线包括刚性支承机构、柔性展开机构和收放机构；刚性支承机构包括底板、收拢支座、裙撑环和锥帽；收拢支座安装在底板的中部上端面上，裙撑环安装在底板的上端面上，锥帽设置在收拢支座正上方且高度可调；柔性展开机构包括带簧、锥形柔性布和螺旋状金属丝；带簧一端连接在底板上端面上，另一端连接在锥帽下端，带簧可处于折叠或伸直状态；锥形柔性布的底端边部固连在裙撑环的外侧面上，顶端边部固连在锥帽的外侧面上，螺旋状金属丝以空间螺旋线构型缝制在锥形柔性布布面上；收放机构安装在收拢支座上，用于控制带簧的状态的转变。本发明的锥形天线能实现由收拢状态到完全展开状态的自驱动展开。

Description

自驱动展开式锥形天线

技术领域

本发明涉及卫星天线技术领域，尤其涉及一种自驱动展开式锥形天线。

背景技术

随着科学技术的飞速发展和人们生活日益现代化，对电子技术的应用提出了更高的要求，许多设备都要求宽带化、共用化。天线作为辐射和接受电磁波的部件，是无线电系统中重要的组成部分，与无线电设备发展趋势相适应，天线的研究也日益活跃。目前，卫星上搭载的天线主要为锥形天线，锥形天线作为一类典型的宽频带全向天线，其增益随着尺寸的增大而增大，且主要为锥形天线高度方向上的尺寸；当使用火箭运输发射卫星时，若要求卫星上搭载的锥形天线具有大增益，则需要增大锥形天线的尺寸，此时会导致卫星需要占用较多的发射空间。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种自驱动展开式锥形天线。

为此，本发明公开了一种自驱动展开式锥形天线，所述自驱动展开式锥形天线包括：刚性支承机构、柔性展开机构和收放机构；

所述刚性支承机构包括底板、收拢支座、裙撑环和锥帽；

所述底板用于作为整体支承，所述收拢支座安装在所述底板的中部上端面上，所述裙撑环安装在所述底板的上端面上，且所述裙撑环的环心与所述底板中心同轴，所述锥帽通过所述柔性展开机构设置在所述收拢支座正上方且高度可调；

所述柔性展开机构包括带簧、锥形柔性布和螺旋状金属丝；

所述带簧一端连接在所述底板上端面上，另一端连接在所述锥帽下端，所述带簧可处于折叠状态或伸直状态，所述带簧包括多个，多个所述带簧沿所述锥帽的周向均布；

所述锥形柔性布的底端边部固连在所述裙撑环的外侧面上，所述锥形柔性布的顶端边部固连在所述锥帽的外侧面上，所述锥形柔性布可在所述锥帽的拉动下张紧为圆锥形，所述螺旋状金属丝以空间螺旋线的构型缝制在所述锥形柔性布的圆锥形布面上；

所述收放机构安装在所述收拢支座上，用于控制所述带簧的状态的转变。

进一步地，在所述自驱动展开式锥形天线中，所述收拢支座上沿周向设置有与所述带簧数量相同的多个收拢槽，且所述收拢槽与所述带簧处于折叠状态时的折叠段相适配，所述收拢槽用于收拢处于折叠状态的所述带簧。

进一步地，在所述自驱动展开式锥形天线中，所述收放机构包括：捆绑绳和热熔断器；

所述收拢支座上沿周向设置有与所述捆绑绳相适配的多个第一绳槽，所述捆绑绳通过多个所述第一绳槽缠绕在所述收拢支座上，以将所述带簧束缚在所述收拢槽内；

所述热熔断器固定在所述收拢支座上，且通过无线信道与外界连通，所述热熔断器上设置可加热的绳道，所述捆绑绳通过所述绳道穿过所述热熔断器，所述热熔断器用于断开所述捆绑绳。

进一步地，在所述自驱动展开式锥形天线中，所述收放机构还包括收拢定位片；

所述收拢定位片一端固定连接在所述锥帽下端，另一端的上下两端面上分别设置有半球状凸起和与所述捆绑绳相适配的第二绳槽，所述收拢支座上设置有与所述半球状凸起相适配的梯形凹陷，所述捆绑绳穿过所述第二绳槽，所述半球状凸起在所述捆绑绳的束缚下与所述梯形凹陷限位配合；

所述收拢定位片包括多个，多个所述收拢定位片沿所述锥帽的周向均布。

进一步地，在所述自驱动展开式锥形天线中，所述收拢定位片采用钢片制成。

进一步地，在所述自驱动展开式锥形天线中，所述收拢定位片为三个，所述带簧为三个，所述收拢定位片和所述带簧沿所述锥帽的周向等间隔交错布置。

进一步地，在所述自驱动展开式锥形天线中，所述带簧为双排对向带簧，所述双排对向带簧采用两个相同的弹簧片面对面粘结制成。

进一步地，在所述自驱动展开式锥形天线中，所述弹簧片采用钢卷尺的尺条。

进一步地，在所述自驱动展开式锥形天线中，所述底板采用泡沫铝板制成。

进一步地，在所述自驱动展开式锥形天线中，所述收拢支座采用3D打印一体化成型方式或零部件加工装配方式制备。

本发明技术方案的主要优点如下：

本发明的自驱动展开式锥形天线采用刚性支承机构和柔性展开机构相结合的结构型式，依靠带簧的折叠状态和伸直状态的转变，能够实现该锥形天线在发射运输时处于收拢状态，在轨工作时处于完全展开状态；展开机构与支承机构一体化，结构简单，质量轻。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例的自驱动展开式锥形天线在展开状态下的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1的俯视图；

图4为本发明一个实施例的自驱动展开式锥形天线在收拢状态下的结构示意图；

图5为图4的侧视图；

图6为图4的俯视图；

图7为本发明一个实施例的自驱动展开式锥形天线在收拢状态下的结构示意图，其中裙撑环、锥形柔性布和螺旋状金属丝未示出；

图8为图7的俯视图，其中底板未示出；

图9为图7在另一个视角下的结构示意图，其中底板未示出；

图10为本发明一个实施例的自驱动展开式锥形天线中收拢定位片的装配示意图；

图11为本发明一个实施例的自驱动展开式锥形天线中带簧在折叠状态下的结构示意图；

图12为图11所示的带簧在伸直状态下的结构示意图；

图13为图12中的A-A剖视图。

附图标记说明：

1-底板、2-收拢支座、21-收拢槽、22-第一绳槽、23-梯形凹陷、3-裙撑环、4-锥帽、5-带簧、6-锥形柔性布、7-螺旋状金属丝、8-捆绑绳、9-热熔断器、10-收拢定位片、101-半球状凸起、102-第二绳槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

如附图1-附图13所示，本发明实施例提供了一种自驱动展开式锥形天线，该自驱动展开式锥形天线包括：刚性支承机构、柔性展开机构和收放机构；刚性支承机构包括底板1、收拢支座2、裙撑环3和锥帽4；底板1用于作为整体支承，收拢支座2安装在底板1的中部上端面上，裙撑环3安装在底板1的上端面上，且裙撑环3的环心与底板1中心同轴，锥帽4通过柔性展开机构设置在收拢支座2正上方且高度可调；柔性展开机构包括带簧5、锥形柔性布6和螺旋状金属丝7；带簧5一端连接在底板1上端面上，另一端连接在锥帽4下端，带簧5可处于折叠状态或伸直状态，带簧5包括多个，多个带簧5沿锥帽4的周向均布；锥形柔性布6的底端边部固连在裙撑环3的外侧面上，锥形柔性布6的顶端边部固连在锥帽4的外侧面上，锥形柔性布6可在锥帽4的拉动下张紧为圆锥形，螺旋状金属丝7以空间螺旋线的构型缝制在锥形柔性布6的圆锥形布面上；收放机构安装在收拢支座2上，用于控制带簧5的状态的转变。

其中，裙撑环3为环状结构。

以下对本发明实施例提供的自驱动展开式锥形天线的结构及工作原理进行具体说明。

具体地，本发明实施例提供的自驱动展开式锥形天线在使用时，当该自驱动展开式锥形天线处于火箭发射运输的过程中时，该自驱动展开式锥形天线处于收拢状态，如附图4至附图9所示，此时，带簧5在收放机构的控制下处于折叠状态，锥帽4在带簧5的约束下收拢在收拢支座2正上方，锥形柔性布6和螺旋状金属丝7处于松弛状态；当该自驱动展开式锥形天线进入轨道工作时，该自驱动展开式锥形天线由收拢状态转变为完全展开状态，如附图1至附图3所示，此时，带簧5在收放机构的控制下，并依靠自身弹性变形存储的弹性势能，由折叠状态逐渐转变为伸直状态，锥帽4在带簧5的推动作用下从收拢支座2正上方开始逐渐升高，直至带簧5完全展开为直段后，锥帽4在带簧5的支撑作用下保持位置固定，锥形柔性布6在锥帽4的拉动下张紧为圆锥形，缝制在锥形柔性布6的布面上的螺旋状金属丝7在锥形柔性布6的带动下呈空间螺旋线构型分布以满足天线电磁性能要求。

进一步地，为了尽可能地节省该自驱动展开式锥形天线在发射运输时所占用的空间，如附图7所示，本发明实施例中，收拢支座2上沿周向设置有与带簧5数量相同的多个收拢槽21，且收拢槽21与带簧5处于折叠状态时的折叠段相适配，收拢槽21用于收拢处于折叠状态的带簧5。如此设置，通过利用收拢支座2上设置的收拢槽21，能够将带簧5折叠收拢在收拢支座2内，以节省空间。

如上述，收放机构安装在收拢支座2上，用于控制带簧5的状态的转变；本发明实施例中，收放机构可以为任意结构，只要能够实现带簧5的状态的转变控制即可，具体地，以下提供收放机构的一种具体结构；

如附图7至附图9所示，本发明实施例中，收放机构包括：捆绑绳8和热熔断器9；收拢支座2上沿周向设置有与捆绑绳8相适配的多个第一绳槽22，捆绑绳8通过多个第一绳槽22缠绕在收拢支座2上，以将带簧5束缚在收拢槽21内；热熔断器9固定在收拢支座2上，且通过无线信道与外界连通，热熔断器9上设置可加热的绳道，捆绑绳8通过绳道穿过热熔断器9，热熔断器9用于在需要的时候断开捆绑绳8。

如此设置，当该自驱动展开式锥形天线处于火箭发射运输的过程中时，带簧5在捆绑绳8的束缚下处于折叠状态，锥帽4在带簧5的约束下收拢在收拢支座2正上方，锥形柔性布6和螺旋状金属丝7处于松弛状态；当该自驱动展开式锥形天线需要进入轨道开始工作时，外界的控制中心通过无线信道向热熔断器9发出启动工作指令，热熔断器9接收指令后启动工作，以对绳道内的捆绑绳8进行加热，使捆绑绳8受热熔断，熔断后的捆绑绳8解开对带簧5的束缚作用，带簧5依靠自身弹性变形存储的弹性势能，由折叠状态逐渐转变为伸直状态，锥帽4在带簧5的推动作用下从收拢支座2正上方开始逐渐升高，直至带簧5完全展开为直段后，锥帽4在带簧5的支撑作用下保持位置固定，锥形柔性布6在锥帽4的拉动下张紧为圆锥形，缝制在锥形柔性布6的布面上的螺旋状金属丝7在锥形柔性布6的带动下呈空间螺旋线构型分布以满足天线电磁性能要求。

其中，为了避免该自驱动展开式锥形天线在发射运输过程中，带簧5、锥形柔性布6和螺旋状金属丝7发生额外的旋转扭曲变形；如附图9和附图10所示，本发明实施例中，收放机构还包括收拢定位片10；收拢定位片10一端固定连接在锥帽4下端，另一端的上下两端面上分别设置有半球状凸起101和与捆绑绳8相适配的第二绳槽102，收拢支座2上设置有与半球状凸起101相适配的梯形凹陷23，捆绑绳8穿过第二绳槽102，半球状凸起101在捆绑绳8的束缚下与梯形凹陷23限位配合；收拢定位片10包括多个，多个收拢定位片10沿锥帽4的周向均布。

具体地，当该自驱动展开式锥形天线处于收拢状态时，在捆绑绳8的束缚下，收拢定位片10的半球状凸起101与收拢支座2上的梯形凹陷23限位配合；当捆绑绳8熔断后，收拢定位片10的半球状凸起101与收拢支座2上的梯形凹陷23的限位配合解除，收拢定位片10同步跟随锥帽4运动；如此设置，通过利用多个收拢定位片10能够对锥帽4施加单面约束，既能限制锥帽4的倾斜，又能避免柔性展开机构沿锥帽4圆周中心轴线方向的扭转，避免了柔性展开机构的交叠缠绕与自锁卡死现象，保证了该自驱动展开式锥形天线处于收拢状态时的结构对称性和结构稳定性。

优选地，收拢定位片10可以采用钢片制成。

进一步地，为了保证该自驱动展开式锥形天线的结构对称型和稳定性，本发明实施例中，收拢定位片10和带簧5的数量相同，且多个收拢定位片10和多个带簧5沿锥帽4的周向等间隔交错布置。

优选地，如附图8所示，本发明实施例中，收拢定位片10为三个，带簧5为三个，三个收拢定位片10和三个带簧5沿锥帽4的周向等间隔交错布置。如此设置，利用三个收拢定位片10构成三点定位，利用三个带簧5构成三点支撑，能够在保证该自驱动展开式锥形天线的结构对称型和稳定性的同时，尽可能降低结构复杂程度。

进一步地，如附图11至附图13所示，本发明实施例中，带簧5为双排对向带簧，双排对向带簧采用两个相同的弹簧片面对面粘结制成。优选地，弹簧片采用钢卷尺的尺条，且两个弹簧片采用胶带粘结。如此设置，利用双排对向带簧的几何对称性能保证带簧5两个方向的弯曲刚度相同，增强带簧5的结构稳定性，以增强该自驱动展开式锥形天线的结构稳定性；同时，通过利用双排对向带簧可实现带簧5弯折位置和折叠段数目的可调性，能够根据实际需要进行带簧的弯折位置和折叠段数目的调整，以满足不同展收比和收拢包络空间的使用要求。

进一步地，本发明实施例中，底板1可以选用刚性不易变形的材料制成，以保证该自驱动展开式锥形天线的结构稳定性；优选地，底板1采用泡沫铝板制成。

进一步地，本发明实施例中，由于收拢支座2的几何形状较为复杂，收拢支座2可以采用3D打印一体化成型方式或零部件加工装配方式制备。

可见，本发明实施例提供的自驱动展开式锥形天线采用刚性支承机构和柔性展开机构相结合的结构型式，依靠带簧5的折叠状态和伸直状态的转变，能够实现该自驱动展开式锥形天线在发射运输时处于收拢状态，在轨工作时处于完全展开状态；柔性展开机构与刚性支承机构一体化，结构简单，质量轻，天线展开触发操作只需单点解锁，带簧折痕选取灵活。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种自驱动展开式锥形天线，其特征在于，所述自驱动展开式锥形天线包括：刚性支承机构、柔性展开机构和收放机构；

所述刚性支承机构包括底板(1)、收拢支座(2)、裙撑环(3)和锥帽(4)；

所述底板(1)用于作为整体支承，所述收拢支座(2)安装在所述底板(1)的中部上端面上，所述裙撑环(3)安装在所述底板(1)的上端面上，且所述裙撑环(3)的环心与所述底板(1)中心同轴，所述锥帽(4)通过所述柔性展开机构设置在所述收拢支座(2)正上方且高度可调；

所述柔性展开机构包括带簧(5)、锥形柔性布(6)和螺旋状金属丝(7)；

所述带簧(5)一端连接在所述底板(1)上端面上，另一端连接在所述锥帽(4)下端，所述带簧(5)可处于折叠状态或伸直状态，所述带簧(5)包括多个，多个所述带簧(5)沿所述锥帽(4)的周向均布；

所述锥形柔性布(6)的底端边部固连在所述裙撑环(3)的外侧面上，所述锥形柔性布(6)的顶端边部固连在所述锥帽(4)的外侧面上，所述锥形柔性布(6)可在所述锥帽(4)的拉动下张紧为圆锥形，所述螺旋状金属丝(7)以空间螺旋线的构型缝制在所述锥形柔性布(6)的圆锥形布面上；

所述收放机构安装在所述收拢支座(2)上，用于控制所述带簧(5)的状态的转变。

2.根据权利要求1所述的自驱动展开式锥形天线，其特征在于，所述收拢支座(2)上沿周向设置有与所述带簧(5)数量相同的多个收拢槽(21)，且所述收拢槽(21)与所述带簧(5)处于折叠状态时的折叠段相适配，所述收拢槽(21)用于收拢处于折叠状态的所述带簧(5)。

3.根据权利要求2所述的自驱动展开式锥形天线，其特征在于，所述收放机构包括：捆绑绳(8)和热熔断器(9)；

所述收拢支座(2)上沿周向设置有与所述捆绑绳(8)相适配的多个第一绳槽(22)，所述捆绑绳(8)通过多个所述第一绳槽(22)缠绕在所述收拢支座(2)上，以将所述带簧(5)束缚在所述收拢槽(21)内；

所述热熔断器(9)固定在所述收拢支座(2)上，且通过无线信道与外界连通，所述热熔断器(9)上设置可加热的绳道，所述捆绑绳(8)通过所述绳道穿过所述热熔断器(9)，所述热熔断器(9)用于断开所述捆绑绳(8)。

4.根据权利要求3所述的自驱动展开式锥形天线，其特征在于，所述收放机构还包括收拢定位片(10)；

所述收拢定位片(10)一端固定连接在所述锥帽(4)下端，另一端的上下两端面上分别设置有半球状凸起(101)和与所述捆绑绳(8)相适配的第二绳槽(102)，所述收拢支座(2)上设置有与所述半球状凸起(101)相适配的梯形凹陷(23)，所述捆绑绳(8)穿过所述第二绳槽(102)，所述半球状凸起(101)在所述捆绑绳(8)的束缚下与所述梯形凹陷(23)限位配合；

所述收拢定位片(10)包括多个，多个所述收拢定位片(10)沿所述锥帽(4)的周向均布。

5.根据权利要求4所述的自驱动展开式锥形天线，其特征在于，所述收拢定位片(10)采用钢片制成。

6.根据权利要求4所述的自驱动展开式锥形天线，其特征在于，所述收拢定位片(10)为三个，所述带簧(5)为三个，所述收拢定位片(10)和所述带簧(5)沿所述锥帽(4)的周向等间隔交错布置。

7.根据权利要求1或6所述的自驱动展开式锥形天线，其特征在于，所述带簧(5)为双排对向带簧，所述双排对向带簧采用两个相同的弹簧片面对面粘结制成。

8.根据权利要求7所述的自驱动展开式锥形天线，其特征在于，所述弹簧片采用钢卷尺的尺条。

9.根据权利要求1所述的自驱动展开式锥形天线，其特征在于，所述底板(1)采用泡沫铝板制成。

10.根据权利要求1所述的自驱动展开式锥形天线，其特征在于，所述收拢支座(2)采用3D打印一体化成型方式或零部件加工装配方式制备。

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