CN112531349B - 一种天线展开机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线展开机构，所述天线展开机构包括：天线底座、连接铰链、反射面和沿天线底座均匀分布排列的多个支撑肋，以及相邻支撑肋之间的触发绳索；所述反射面，贴附于所述支撑肋的上表面；所述支撑肋，包括多个子支撑肋，所述多个子支撑肋按与所述天线底座展开状态时的距离由小到大分层级依次排列。本发明提供的天线展开机构，其支撑肋可分段折叠，采用纯机械的触发形式实现展开机构的分层级展开，无需增加额外的驱动及控制组件，在保证天线的基本电性能指标的同时，有效地实现了天线的高收拢率、轻量化和低成本。

Description

一种天线展开机构

技术领域

本发明涉及卫星天线技术领域，尤其涉及一种大孔径、轻量化网状反射面天线展开机构。

背景技术

目前，星载反射面天线被广泛的应用在雷达、通信、射电天文学等领域。星载反射面天线的发展有以下几个趋势：天线大孔径化，大孔径的反射面天线会获得更高的指向性能和天线增益，天线的展开机构需具有更大的展开面积；天线收拢小型化、轻量化，越来越多的载荷采用一箭多星的模式进行发射，星载反射面天线需具备更小的收拢体积，更轻的重量；低成本化，航天领域商业化迅速发展，卫星载荷需具有更低廉的制造成本。

然而，现有的伞式网状反射面天线收拢体积大、重量大。在展开时序控制上需要增加额外的驱动控制组件，通过电信号来实现展开机构分层级展开，机械设计不够巧妙，同时还带来了一系列的问题，其中包括：增加了天线的重量，增加了天线展开机构的复杂度，以及增加了反射面天线的制造成本等。

发明内容

本发明实施例期望提供一种大孔径、轻量化网状反射面天线展开机构。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供的大孔径、轻量化网状反射面天线展开机构包括：天线底座、连接铰链、反射面和沿天线底座均匀分布排列的多个支撑肋，以及相邻支撑肋之间的触发绳索；

所述反射面，贴附于所述支撑肋的上表面；

所述支撑肋，包括多个子支撑肋，所述多个子支撑肋完全展开状态时，所述子支撑肋与所述天线底座按距离由小到大依次排列；

所述连接铰链包括根部铰链和肋间铰链，所述支撑肋与所述天线底座通过根部铰链连接，每个支撑肋上的所述多个子支撑肋之间通过肋间铰链连接；

所述根部铰链、肋间铰链均设置有弹性组件，所述肋间铰链设置有限位组件，所述限位组件用于限制所述肋间铰链的弹性组件运动；

所述触发绳索的一端与所述肋间铰链的限位组件连接，所述触发绳索的另一端与相邻支撑肋的同一层级的肋间铰链连接。

可选地，所述天线展开机构在收拢状态时，所述支撑肋中的各子支撑肋通过连接铰链相互弯折，所述天线收纳为圆柱体状。

可选地，在所述天线展开机构展开的过程中，所述多个子支撑肋按与所述天线底座展开状态时的距离由小到大、分层级依次展开。

可选地，所述子支撑肋在当前层级的连接铰链的作用下开始运动，直至所述子支撑肋运动到设定位置时，下一层级的所述触发绳索带动同一层级的所述限位组件移出限位位置，所述与所述触发绳索同下一层级的所述子支撑肋在同一层级的肋间铰链的作用下开始运动。

可选地，所述触发绳索的长度小于设定值；所述设定值为所述天线展开机构处于完全展开状态下、通过所述触发绳索连接的所述限位组件与相邻支撑肋的同一层级的肋间铰链之间的距离。

可选地，在所述天线展开机构展开过程中，所述天线展开机构在平面中的投影呈圆形，所述圆形的直径与所述天线展开机构的展开时间呈正相关。

可选地，所述天线展开机构还包括：收拢限制组件；所述收拢限制组件环绕所述多个支撑肋外侧以使所述天线展开机构处于收拢状态。

可选地，所述天线完全展开状态下，各子支撑肋的上表面形成连续的抛物曲面。

可选地，所述反射面为金属材质的柔性网状结构；所述柔性网状结构贴合在所述支撑肋的上表面。

本发明实施例提供的一种大孔径、轻量化网状反射面天线展开机构，包括天线底座、连接铰链、反射面和沿天线底座均匀分布排列的多个支撑肋，以及相邻支撑肋之间的触发绳索；所述反射面，贴附于所述支撑肋的上表面；所述支撑肋，包括多个子支撑肋，所述多个子支撑肋按与所述天线底座展开状态时的距离由小到大分层级依次排列。在所述多个支撑肋呈展开状态时，所述反射面形成预设抛物曲面，以用于汇聚天线信号。本发明中的各支撑肋通过分段折叠，采用纯机械的触发形式实现展开机构的分层级展开，无需增加额外的驱动及控制组件，在保证天线的基本电性能指标的同时，有效地实现了天线的高收拢率、轻量化和低成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种大孔径、轻量化网状反射面天线展开机构的结构示意图a；

图2为本发明实施例提供的一种大孔径、轻量化网状反射面天线展开机构的结构示意图b；

图3为本发明实施例提供的一种大孔径、轻量化网状反射面天线展开机构的支持肋的展开结构示意图；

图4为本发明实施例提供的单个支持肋的折叠结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种大孔径、轻量化网状反射面天线展开机构的支持肋连接结构示意图；

图6为本发明实施例提供的全部支持肋的收拢状态结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种大孔径、轻量化网状反射面天线展开机构的展开过程结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种大孔径、轻量化网状反射面天线展开机构的展开过程投影示意图；

图9为本发明一实施例提供的第一展开阶段示意图；

图10为本发明一实施例提供的第二展开阶段示意图；

图11为本发明一实施例提供的第三展开阶段示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。

请参阅图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种大孔径、轻量化网状反射面天线展开机构的结构示意图a，图2为本发明实施例提供的一种大孔径、轻量化网状反射面天线展开机构的结构示意图b。

本发明实施例提供的一种大孔径、轻量化网状反射面天线展开机构包括天线底座10、连接铰链20、反射面30和沿天线底座10均匀分布排列的多个支撑肋40，以及相邻支撑肋40之间的触发绳索50。反射面30，贴附于支撑肋40 的上表面。支撑肋40包括多个子支撑肋400，多个子支撑肋400完全展开状态时，子支撑肋400与天线底座10按距离由小到大依次排列。连接铰链20包括根部铰链21和肋间铰链22，根部铰链21和肋间铰链22均设置有弹性组件23，肋间铰链22设置有限位组件221。限位组件221用于限制弹性组件23运动。触发绳索50的一端与肋间铰链22的限位组件221连接，触发绳索50的另一端与相邻支撑肋40的同一层级的肋间铰链22连接。

如图3所示，图3为一种大孔径、轻量化网状反射面天线展开机构的支持肋的展开结构示意图。其中，支撑肋40的数量可以是多个，如24个，36个， 48个，可以依据天线的性能要求预先进行调整，每个支撑肋40包括多个子支撑肋400，支撑肋40可以进行折叠，从而在同等收拢体积下获得更大的展开面积。反射面30的下表面贴附于支撑肋40的上表面上，随支撑肋40同步展开。在本实施例中，支撑肋40的数量可选为36个，每个支撑肋40包括3个子支撑肋400。

在本实施例中，触发绳索50的数量与肋间铰链22的数量一致，且不同层级的触发绳索50的长度存在区别。

示例性的，第一支撑肋和第二支撑肋为天线展开机构上相邻的两个支撑肋 40，且第一支撑肋和第二支撑肋均由三个子支撑肋400构成，按与天线底座展开状态时的距离由小到大排列，依次为第一子支撑肋401、第二子支撑肋402、第三子支撑肋403。其中第一支撑肋上的第一子支撑肋401与第二子支撑肋402 之间的肋间铰链22为一级肋间铰链，第二支撑肋上的第一子支撑肋401与第二子支撑肋402之间的肋间铰链22也为一级肋间铰链，二者为同层级的肋间铰链 22；第一支撑肋上的第二子支撑肋402与第三子支撑肋403之间的铰链为二级肋间铰链，第二支撑肋上的第二子支撑肋402与第三子支撑肋403之间的铰链也为二级肋间铰链，二者为同层级的肋间铰链22。触发绳索50的层级与此相似，在此，不再赘述。

需要说明的是，不同层级的肋间铰链22虽然在整体结构和功能上较为相似，但因其位置的不同，仍然存在结构上的细小差异，如机械接口不一样、旋转的角度也存在差异，这与天线的整体展开形状相关。

在展开过程中，各子支撑肋400由相应的连接铰链20上的弹性组件23进行直接驱动。示例性的，根部铰链21中的弹性组件23可以为卷簧，肋间铰链 22的弹性组件23可以为扭簧。

本实施例通过将支撑肋40进行分段处理，使得在展开过程中，每段子支撑肋400可以由折叠状态逐级按顺序展开，减小了其收拢状态下的体积，提高了收拢率，并且，由于各子支撑肋400通过纯机械结构连接，采用触发形式实现展开机构的分层级展开，无需增加额外的驱动及控制组件，在保证天线的基本电性能指标的同时，有效地实现了天线的轻量化和低成本。

在一实施例中，天线展开机构在收拢状态时，支撑肋40中的各子支撑肋 400通过连接铰链20相互弯折，天线收纳为圆柱体状。

如图4和图6所示，图4为单个支持肋的折叠结构示意图；图6为全部支持肋的收拢状态结构示意图。不同层级的子支撑肋400的长度是不同的，可以理解地，远离天线底座10的子支撑肋400的长度是小于靠近天线底座10的长度，具体长度可以依据天线的规格尺寸预先进行调整，由此，保证了收拢过程顺利进行以及实现天线收拢状态的小型化。

在一实施例中，子支撑肋400在当前层级的连接铰链20的作用下开始运动，直至子支撑肋400运动到设定位置时，下一层级的触发绳索50带动同一层级的限位组件221移出限位位置，与触发绳索50同一层级的子支撑肋400在同一层级的肋间铰链22的作用下开始运动。

如图5所示，图5为支持肋连接结构示意图。天线处于收拢状态时，触发绳索50是松散不受力的，限位组件221位于限位位置，限制弹性组件23的运动。当天线开始展开，且子支撑肋400运动到设定位置时，触发绳索50被拉直且带动同一层级的限位组件221移出限位位置，由此触发位于该子支撑肋400 下一层级的子支撑肋400的展开。

在一实施例中，在天线展开机构展开的过程中，第一子支撑肋401、第二子支撑肋402和第二子支撑肋403依次展开。

如图7所示，图7为天线展开机构的展开过程结构示意图。在本实施例中，每个支撑肋40包括三个子支撑肋400，即第一子支撑肋401、第二子支撑肋402 和第三子支撑肋403，相同层级的子支撑肋400的长度相等。

在天线展开机构展开的过程中，全部支撑肋40上的第一子支撑肋401同步展开，且当第一子支撑肋401运动到设定位置时，触发第二子支撑肋402同步展开，进而在第二子支撑肋402运动到另一设定位置时，触发第三子支撑肋403 同步展开。由此实现了各子支撑肋400的顺序展开。

需要说明的是，收拢状态下，肋间铰链22中的弹性组件23被限位组件221 所束缚，而在第一子支撑肋401在运动至设定位置时，触发绳索50被拉直，进而带动限位组件221移出限位位置，使得第二子支撑肋402在肋间铰链22的作用下开始运动。

在一个实施例中，触发绳索50的长度小于设定值，该设定值为天线展开机构处于完全展开状态下、通过触发绳索50连接的限位组件221与相邻支撑肋 40的同一层级的肋间铰链22之间的距离。

具体地，触发绳索50的长度略小于该设定值，在天线展开机构展开的过程中，触发绳索50连接的限位组件221与相邻支撑肋40的同一层级的肋间铰链 22之间的距离逐渐增大，直至触发绳索50被拉直。由于触发绳索50的长度略小于该设定值，因此，当天线展开机构进一步展开到完全展开状态时，触发绳索50就会带动限位组件221移出限位位置，由此，实现了子支撑肋400的顺序展开。

在一个实施例中，在天线展开机构展开过程中，天线展开机构在平面中的投影呈圆形，该圆形的直径与天线展开机构的展开时间呈正相关。

如图8所示，图8为天线展开机构的展开过程投影示意图。在数学上，一族平面直线(或曲线)的“包络”是指一条与这族直线(或曲线)中任意一条都相切的曲线。在本实施例中，每个支撑肋40的规格尺寸是一致的，其投影对应的圆心角度相等，每个支撑肋40包括的子支持肋400的数量相同，同层级的子支持肋400的弧度相同，同层级的子支持件20的长度也相同。基于此，在天线展开的过程中，存在一条与所有支撑肋40的平面投影都相切的曲线，即包络圆，且该包络圆(即投影圆形的圆周)的直径与天线展开机构的展开时间呈正相关，在天线展开机构由收拢状态至完全展开的过程中，随着时间的推移，圆形的直径逐渐增大。需要说明的是，该平面投影的投影方向为垂直天线底座10上表面和/或下表面的方向。

在一实施例中，请再次参阅图6，天线还包括收拢限制组件60，收拢限制组件60环绕多个支撑肋40外侧以使天线展开机构处于收拢状态。

具体地，收拢限制组件60可以是环形锁，用以束缚限制支撑肋40，当收拢限制组件60上的远程开关接收到解除限制的控制信号时，限制终止，例如，在环形锁上设有爆炸螺栓，可以通过电信号触发爆炸螺栓进行远程控制。当限制终止时，根部铰链驱动第一子支撑肋401运动，当第一子支撑401运动至设定位置时，肋间铰链22中的弹性组件23驱动第二子支撑肋402开始运动，由此实现按顺序逐级展开。

在一实施例中，请再次参阅图2，天线完全展开状态下，各子支撑肋400 的上表面形成连续的抛物曲面。抛物曲面的曲率与反射面30的反射率相关，依据实际需要可以进行调整。可以理解的，同一层级的子支撑肋400的长度和弧度都相同，而不同层级的子支撑肋400的长度和弧度存在一定程度的差异，由此，各子支撑肋400的上表面形成连续的抛物曲面。

在一实施例中，反射面30为可以反射电磁波的金属材质的柔性网状结构，该网状结构贴合在支撑肋40的上表面。

反射面30随着支撑肋40的展开而展开，根据天线的性能要求，反射面30 的尺寸可以预先进行调整。

在一实施例中，反射面30为镀金钼丝网。

在本实施例中，为了实现轻量化设计，采用镀金钼丝网作为反射面30，镀金钼丝网是由镀金钼丝编织而成的可以反射电磁波的柔性网面。支撑肋40的上表面加工成天线所需的抛物曲面，镀金钼丝网通过固定节点缝合在支撑肋2的上表面，从而形成天线的抛物曲面构型。

在一具体实施例中，天线的结构中的支撑肋可选为三段子支撑肋，包括靠近天线底座的根部肋(相当于上述实施例中的第一子支撑肋401)，远离天线底座的尾部肋(相当于上述实施例中的第三子支撑肋403)和位于根部肋和尾部肋之间的中间肋(相当于上述实施例中的第二子支撑肋402)。根部肋与天线底座之间通过根部铰链(相当于上述实施例中的根部铰链21)活动连接，该根部铰链中设有卷簧，根部肋与中间肋通过中间铰链(相当于上述实施例中的第一层级的肋间铰链22)活动连接，中间肋和尾部肋之间通过尾部铰链(相当于上述实施例中的第二层级的肋间铰链22)活动连接，该中间铰链和尾部铰链中均设有扭簧，以及限位销，限位销与中间铰链、尾部铰链可分离式连接以对其中的扭簧状态进行调节。需要提及的是，尽管中间铰链和尾部铰链均属于上述实施例中肋间铰链22的范畴，但在本实施例中，因其位置的不同，仍然存在结构上的细小差异，如二者的机械接口不一样、旋转的角度也存在差异，这与天线的整体展开形状相关。

其中，天线展开机构的展开过程可以分为三个阶段，第一阶段为根部肋的展开，第二阶段为中间肋的展开，第三阶段为尾部肋的展开。具体地：

第一阶段，如图9所示：限制件可选为包带，包带上设有爆炸螺栓，而爆炸螺栓的状态可以通过远程信号进行操控。初始状态下，包带对折叠后的天线进行束缚，此时的天线展开机构处于多段折叠状态，天线整体体积比较小，在存放空间一定的情况下，可以放置更多的天线，或者说，在存放相同数量的天线时，能够节省存放空间，因而便于输运。天线处于收拢状态时，根部铰链中的卷簧处于蓄力状态，具有带动根部肋向外展开的趋势，但被包带所束缚。在包带上的爆炸螺栓接收到解除限制的指令信号后，包带限制被解除，根部肋在卷簧的作用下，向外展开。

第二阶段，如图10所示：相邻中间铰链之间通过触发绳索(相当于上述实施例中的触发绳索50)连接，其中，触发绳索的一端与中间铰链上的非活动部位固定连接，另一端与相邻中间铰链上的限位销(相当于上述实施例中的限位组件221)连接。第二阶段中的子支撑肋展开之前，触发绳索处于松散不受力状态，限位销阻止中间铰链带动中间肋移动。随着根部肋的逐渐展开，相邻中间铰链之间的间距增大，直至触发绳索处于拉紧状态，随着根部肋的进一步展开，触发绳索连接的限位销与相邻支撑肋的同一层级的肋间铰链之间的间距达到第二特定值，触发绳索带动限位销移出，从而使得中间肋在扭簧的作用下，向外展开。

第三阶段，如图11所示：相邻尾部铰链之间通过另一特定长度的触发绳索连接。其中，该触发绳索的一端与尾部铰链上的非活动部位固定连接，另一端与相邻尾部铰链上的限位销连接。第三阶段的子支撑肋展开之前，触发绳索处于松散不受力状态，限位销阻止扭簧带动尾部肋移动。随着中间肋的进一步展开，触发绳索连接的限位销与相邻支撑肋的同一层级的尾部铰链之间的间距达到第一特定值，触发绳索带动限位销移出，从而使得尾部肋在扭簧的作用下，向外展开。由此，完成三段支撑肋的顺序展开过程。

本领域的技术人员可以理解的是，上述支撑肋的段数不限于三段，依据实际需求，上述支撑肋还可以是两段、四段、五段以及更多段数。其展开原理与上述各阶段的展开原理相同。

本实施例通过铰链将支撑肋分为多段活动连接，并通过触发绳索和限位销对支撑肋的展开过程进行控制，使得支撑肋可以通过分段进行折叠，减小了其收拢状态下的体积，提高了收拢率，并且，由于采用纯机械的触发形式实现展开机构的分层级展开，无需增加额外的驱动及控制组件，在保证天线的基本电性能指标的同时，有效地实现了天线的轻量化和低成本。

本申请所提供的产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围由权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种天线展开机构，其特征在于，所述天线展开机构为抛物面状天线展开机构或者伞状天线展开结构，所述天线展开机构包括：天线底座、连接铰链、反射面和沿天线底座周向均匀分布排列的多个支撑肋，以及相邻支撑肋之间的触发绳索；

所述反射面，贴附于所述支撑肋的上表面；

所述支撑肋，包括多个子支撑肋，所述多个子支撑肋完全展开状态时，所述子支撑肋与所述天线底座按距离由小到大依次排列；

所述连接铰链包括根部铰链和肋间铰链，所述支撑肋与所述天线底座通过根部铰链连接，每个支撑肋上的所述多个子支撑肋之间通过肋间铰链连接；

所述根部铰链、肋间铰链均设置有弹性组件，所述肋间铰链设置有限位组件，所述限位组件用于限制所述肋间铰链的弹性组件运动；

所述触发绳索的一端与所述肋间铰链的限位组件连接，所述触发绳索的另一端与相邻支撑肋的同一层级的肋间铰链连接，其中，当所述子支撑肋运动到设定位置时，下一层级的所述触发绳索带动同一层级的所述限位组件移出限位位置，与所述触发绳索同一层级的所述子支撑肋在同一层级的肋间铰链的作用下开始运动，所述多个子支撑肋按与所述天线底座展开状态时的距离由小到大、分层级依次展开；

所述天线展开机构在收拢状态时，所述支撑肋中的各子支撑肋通过连接铰链相互弯折，所述天线收纳为圆柱体状。

2.如权利要求1所述的天线展开机构，其特征在于，所述触发绳索的长度小于设定值；

所述设定值为所述天线展开机构处于完全展开状态下、通过所述触发绳索连接的所述限位组件与相邻支撑肋的同一层级的肋间铰链之间的距离。

3.如权利要求1所述的天线展开机构，其特征在于，在所述天线展开机构展开过程中，所述天线展开机构在平面中的投影呈圆形，所述圆形的直径与所述天线展开机构的展开时间呈正相关。

4.如权利要求1所述的天线展开机构，其特征在于，所述天线展开机构还包括：收拢限制组件；所述收拢限制组件环绕所述多个支撑肋外侧以使所述天线展开机构处于收拢状态。

5.根据权利要求1所述的天线展开机构，其特征在于，所述天线完全展开状态下，各子支撑肋的上表面形成连续的抛物曲面。

6.根据权利要求5所述的天线展开机构，其特征在于，所述反射面为金属材质的柔性网状结构；所述柔性网状结构贴合在所述支撑肋的上表面。

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