CN112736403B - 一种可展开双层混合式空间平面天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天器技术领域内的一种可展开双层混合式空间平面天线，包括：平面薄膜天线框架包括展开杆和横杆，展开杆与横杆连接成矩形结构；立体金属网天线框架组件包括金属网支撑杆和旋转座，平面薄膜天线框架安装有多组立体金属网天线框架组件；压紧释放装置包括第一压紧释放装置和第二压紧释放装置；两个平面薄膜天线框架通过柔性铰链连接并折叠形成双层框架，压紧座与双层框架中的上下两根横杆连接，第一压紧释放装置与双层框架中的上下两根展开杆连接，金属网支撑杆通过第二压紧释放装置锁紧于展开杆侧面并保持平行。本发明实现了平面薄膜天线和金属网腔体的折叠收拢，通过展开机构的合力布局，实现了更高的收纳比。

Description

一种可展开双层混合式空间平面天线

技术领域

本发明涉及航天器技术领域，具体地，涉及一种可展开双层混合式空间平面天线。

背景技术

随着天基甚高频数据交换系统的需求日益增多，可展开天线在航天器上的应用越来越广泛。为了实现更高的数据交换能力，需要设计新型薄膜可展开天线，同时，通过展开机构支撑金属网形成反射腔实现天线功能。相对于其他传统的平面天线，薄膜天线和金属网反射腔可以构成更高效率的天线，在尺寸体积上也可以实现大尺寸要求。由于航天器发射阶段，受运载火箭包络的限制，天线需要折叠收拢压紧在星体上，航天器入轨后在轨展开到位。由于运载能力有限，航天器载荷数量越来越多，需要携带更多的推进剂资源，要求航天器可展开天线重量轻质化。

针对航天器对可展开天线的要求，新型可展开天线需要具有轻量化、收纳比高、可靠性高等特点，通过多种展开机构配合使用，实现薄膜天线和金属网反射腔一体化的混合式天线，通过两次展开时序，实现薄膜天线展开后金属网反射腔展开成型，本发明实现一种新形式的天线体制。目前，国内还未查见该混合类型天线。如专利“一种用于充气卫星的体装式平面天线申请公布号CN102280715A”中，包括反射面、天线模块、支撑环和支撑管,支撑环的环内固定有反射面，不具备展开收拢功能。我国现阶段已公布的发明中，可展开天线大都为固面形式，没有薄膜反射面和金属反射腔混合形式。

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可展开双层混合式空间平面天线。

根据本发明提供的一种可展开双层混合式空间平面天线，包括平面薄膜天线框架、立体金属网天线框架组件、压紧座、压紧释放装置和柔性铰链；

所述平面薄膜天线框架包括展开杆和横杆，两根所述展开杆相互平行并通过多根所述横杆连接成矩形结构；

所述立体金属网天线框架组件包括金属网支撑杆和旋转座，所述金属网支撑杆的一端连接于所述旋转座内，所述旋转座连接于所述展开杆上，所述立体金属网天线框架组件沿平行于所述展开杆的所述平面薄膜天线框架的中轴线对称设置，所述平面薄膜天线框架安装有多组所述立体金属网天线框架组件；

所述压紧释放装置包括第一压紧释放装置和第二压紧释放装置；

所述柔性铰链为一字型结构，两个所述平面薄膜天线框架通过所述柔性铰链连接并折叠形成双层框架，所述压紧座与所述双层框架中的上下两根所述横杆连接，所述第一压紧释放装置与所述双层框架中的上下两根所述展开杆连接，所述金属网支撑杆通过所述第二压紧释放装置锁紧于所述展开杆侧面并保持平行。

一些实施方式中，所述柔性铰链采用在薄壁碳纤维管上设计不同的开口槽而形成，所述柔性铰链的折叠角度小于等于180°。

一些实施方式中，所述展开杆包括碳纤维薄壁杆和压紧接头，多个所述碳纤维薄壁杆通过所述压紧接头连接。

一些实施方式中，所述碳纤维薄壁杆采用薄壁碳纤维管胶接形成。

一些实施方式中，所述旋转座包括底座、扭簧和旋转轴，所述扭簧与所述金属网支撑杆通过所述旋转轴与所述底座转动连接，所述扭簧带动所述金属网支撑杆转动。

一些实施方式中，所述旋转座还设置有止挡杆，所述止挡板连接于所述底座上，所述止挡杆与所述旋转轴平行，所述止挡杆位于所述旋转轴的上方，所述止挡杆用于使所述金属网支撑杆保持在竖立状态。

一些实施方式中，所述金属网支撑杆远离所述底座的一端为Z型端头，同一所述展开杆上相邻的所述金属网支撑杆通过所述Z型端头首尾搭接。

一些实施方式中，一根所述展开杆上设置一个所述第二压紧释放装置，所述第二压紧释放装置用于位于同根所述展开杆上最后端的所述金属网支撑杆与所述展开杆的固定，位于后侧的所述金属网支撑杆的Z型端头搭接于前侧的所述金属网支撑杆的根部实现前侧的所述金属网支撑杆与所述展开杆保持平行。

一些实施方式中，所述平面薄膜天线框架贴合有薄膜天线，所述薄膜天线贴合于所述展开杆上并位于所述金属网支撑杆旋转方向相反的一侧面。

一些实施方式中，位于同一根所述展开杆前后的所述金属网支撑杆以及位于同一所述平面薄膜天线框架对称平行的左右所述金属网支撑杆均连接有金属网。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过对双层混合式平面天线的创新设计，实现了平面薄膜天线和金属网腔体的折叠收拢，通过展开机构的合力布局，实现了更高的收纳比。

2、本发明通过采用在薄壁碳纤维管上设计不同的开口槽而形成的柔性铰链，可实现不同展开力矩，相对于传统金属铰链，柔性铰链是一体化结构，重量轻，展开精度高，没有传统铰链的锁定间隙，并且展开冲击小，在轨展开过程对航天器姿态影响小。

3、本发明通过对立体金属网天线框架组件的结构优化设计，使得单侧金属网支撑杆可顺序压紧在框架内侧，通过一个压紧释放装置即可实现单侧多组金属网支撑杆的折叠收拢，系统结构得以简化，压紧释放装置数量的减少使得系统整体重量进一步降低，提高了金属网支撑杆在轨解锁释放的可靠性。

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为本发明可展开双层混合式空间平面天线整体结构示意图；

图2为本发明展开杆与立体金属网天线框架组件连接结构示意图；

图3为本发明立体金属网天线框架组件结构示意图；

图4为本发明可展开双层混合式空间平面天线平铺收拢状态示意图；

图5为本发明可展开双层混合式空间平面天线展开后状态示意图；

1-平面薄膜天线框架，11-展开杆，111-碳纤维薄壁杆，112-压紧接头，12-横杆，2-立体金属网天线框架组件，21-金属网支撑杆，22-旋转座，221-底座，222-扭簧，223-旋转轴，224-止挡杆，3-压紧座，4-压紧释放装置，41-第一压紧释放装置，42-第二压紧释放装置，5-柔性铰链。

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。

实施例1

本发明提供了一种可展开双层混合式空间平面天线，包括平面薄膜天线框架1、立体金属网天线框架组件2、压紧座3、压紧释放装置4和柔性铰链5。平面薄膜天线框架1为矩形结构的框架，包括展开杆11和横杆12，两根展开杆11相互平行，两根展开杆11之间通过多根横杆12连接固定，横杆12的数量为2根或2根以上，位于两根展开杆11之间的横杆12相互平行。优选的，展开杆11是由多根碳纤维薄壁杆111通过压紧接头112紧固连接为一体，进一步的，碳纤维薄壁杆111采用薄壁碳纤维管胶接形成。薄壁碳纤维管通过胶接形式构成碳纤维薄壁杆111，使得通过多根碳纤维薄壁杆111形成的展开杆11的具有重量轻的有点，且同时压紧接头112不仅用于碳纤维薄壁杆111的连接，还可作为横杆12的端部的连接点，确保了展开杆11的结构强度。

立体金属网天线框架组件2包括金属网支撑杆21和旋转座22，金属网支撑杆21的其中一端的端部连接于旋转座22内形成一组立体金属网天线框架组件2。旋转座22能够实现金属网支撑杆21的旋转，优选的，旋转座22包括底座221、扭簧222和旋转轴223。底座221为凹槽结构，旋转轴223横向连接于底座221两侧壁上并可旋转，金属网支撑杆21的端部设有供旋转轴通过的通孔，金属网支撑杆21以及扭簧222通过旋转轴223与底座221相连，扭簧222的扭臂与金属网支撑杆21相接触，金属网支撑杆21通过扭簧222的预紧力实现转动。底座221与展开杆11连接，优选的，底座221通过螺钉与压紧接头112连接，位于展开杆11的侧面。进一步优选的，旋转座22还设置有止挡杆224，止挡杆224连接于底座221上后与旋转轴223平行，且位于旋转轴223的上方，止挡杆224用于对金属网支撑杆21的止挡，即当扭簧222带动金属网支撑杆21从与展开杆11相平行状态转动至成交叉状态时，止挡杆224对金属网支撑杆21止挡，防止转动超过限位。

压紧释放装置4用于在发射阶段提供结构件所需紧固力，发射到位后自动解锁释放被紧固的结构件。压紧释放装置4包括第一压紧释放装置41和第二压紧释放装置42，第一压紧释放装置用于平面薄膜天线框架1间的压紧固定与释放，第二压紧释放装置42用于平面薄膜天线框架1和立体金属网天线框架组件2之间的压紧固定与释放。

柔性铰链5用于连接两个平面薄膜天线框架1，两个平面薄膜天线框架1通过柔性铰链5的柔性可折叠的特性形式双层框架。柔性铰链5为一字型结构，其两端分别与两个平面薄膜天线框架1的展开杆11的端部相连接。柔性铰链5是在薄壁碳纤维管上设计不同的开口槽，以实现不同展开力矩，相对于传统金属铰链，柔性铰链是一体化结构，重量轻，展开精度高，没有传统铰链的锁定间隙，并且展开冲击小，在轨展开过程对航天器姿态影响小。优选的，柔性铰链5的折叠展开角度为0°至180°之间，包括0°和180°两个边界的点值。

连接有立体金属网天线框架组件2的平面薄膜天线框架1通过两个柔性铰链5连接并折叠为双层框架结构后，第一压紧释放装置41用于双层框架的上下两根展开杆11的连接紧固，优选的，第一压紧释放装置41为4个，设置于双层框架的四角位置，此时多个第二压紧释放装置42用于展开杆11和金属网支撑杆21之间的紧固，用于将金属网支撑杆21压合于展开杆11的侧面，压合的金属网支撑杆21与展开杆11两者为平行状态，此种状态扭簧222具有一定的预紧力。优选的，为提高发射阶段双层框架的结构稳定性，还包括用于双层框架中的上下横杆12连接固定的压紧座3，每一组上下横杆12设置有1个或多个压紧座3。

上述中，平面薄膜天线框架1上贴合有薄膜天线，薄膜天线贴合于展开杆11上并位于金属网支撑杆21旋转方向相反的一侧面。而位于同一根展开杆11前后的所述金属网支撑杆21以及位于同一平面薄膜天线框架1对称平行的左右所述金属网支撑杆21均连接有金属网6。金属网支撑杆21从与展开杆11相平行变为呈基本垂直的状态时，可通过金属网围成上下开口的腔体结构。

本发明提供的一种可展开双层混合式空间平面天线的工作原理为：

可展开双层混合式空间平面天线在发射阶段处于折叠压紧状态，入轨后第一压紧释放装置41解锁，两组平面薄膜天线框架1在柔性铰链5的带动下展开到位，继而第二压紧释放装置42解锁，金属网支撑杆21在扭簧222的作用下展开，金属网天线通过竖立后的金属网支撑杆21围成一个筒体结构，而连接于展开杆11上的薄膜天线位于该筒体结构的底面，进而由四面竖立的金属网天线和底面水平的薄膜天线形成立体反射腔体。本发明通过对双层混合式平面天线的创新设计，实现了平面薄膜天线和金属网腔体的折叠收拢，通过展开机构的合力布局，实现了更高的收纳比。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上形成，通过对立体金属网天线框架组件的结构优化设计，使得单侧金属网支撑杆可顺序压紧在框架内侧，通过一个压紧释放装置即可实现单侧多组金属网支撑杆的折叠收拢，系统结构得以简化，压紧释放装置数量的减少使得系统整体重量进一步降低，提高了金属网支撑杆在轨解锁释放的可靠性。

金属网支撑杆21设计为带有Z型端头210的结构，Z型端头210位于与底座221连接接一端相对的另一端。连接于同一根展开杆11上的多组金属网支撑杆21为首尾相接，相接的方式为后一个金属网支撑杆21的Z型端头210搭接于前一个金属网支撑杆21与旋转轴223连接的尾部。进一步的，后一个金属网支撑杆21的Z型端头210搭接于前一个金属网支撑杆21的根部时，利用Z型端头210的结构可使得前一个金属网支撑杆21收拢于展开杆11的侧面，使得前一个金属网支撑杆21保持与展开杆11的平行状态。同理，前一个金属网支撑杆21可利用其Z型端头使得更前一个金属网支撑杆21收拢并保持与展开杆11的平行。此时，只需将位于最后端的金属网支撑杆21通过第二压紧释放装置42实现与展开杆11的压紧固定即可实现顺序压紧。入轨后，第二压紧释放装置42释放最后端的金属网支撑杆21，而位于最后端前侧的依次被压紧的金属网支撑杆21则会顺序自动展开。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

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 (9)

1.一种可展开双层混合式空间平面天线，其特征在于，包括平面薄膜天线框架(1)、立体金属网天线框架组件(2)、压紧座(3)、压紧释放装置(4)和柔性铰链(5)；

所述平面薄膜天线框架(1)包括展开杆(11)和横杆(12)，两根所述展开杆(11)相互平行并通过多根所述横杆(12)连接成矩形结构；

所述立体金属网天线框架组件(2)包括金属网支撑杆(21)和旋转座(22)，所述金属网支撑杆(21)的一端连接于所述旋转座(22)内，所述旋转座(22)连接于所述展开杆(11)上，所述立体金属网天线框架组件(2)沿平行于所述展开杆(11)的所述平面薄膜天线框架(1)的中轴线对称设置，所述平面薄膜天线框架(1)安装有多组所述立体金属网天线框架组件(2)；

所述压紧释放装置(4)包括第一压紧释放装置(41)和第二压紧释放装置(42)；

所述柔性铰链(5)为一字型结构，两个所述平面薄膜天线框架(1)通过所述柔性铰链(5)连接并折叠形成双层框架，所述压紧座(3)与所述双层框架中的上下两根所述横杆(12)连接，所述第一压紧释放装置(41)与所述双层框架中的上下两根所述展开杆(11)连接，所述金属网支撑杆(21)通过所述第二压紧释放装置(42)锁紧于所述展开杆(11)侧面并保持平行；

所述柔性铰链(5)采用在薄壁碳纤维管上设计不同的开口槽而形成，所述柔性铰链(5)的折叠角度小于等于180°。

2.根据权利要求1所述的可展开双层混合式空间平面天线，其特征在于，所述展开杆(11)包括碳纤维薄壁杆(111)和压紧接头(112)，多个所述碳纤维薄壁杆(111)通过所述压紧接头(112)连接。

3.根据权利要求2所述的可展开双层混合式空间平面天线，其特征在于，所述碳纤维薄壁杆(111)采用薄壁碳纤维管胶接形成。

4.根据权利要求1所述的可展开双层混合式空间平面天线，其特征在于，所述旋转座(22)包括底座(221)、扭簧(222)和旋转轴(223)，所述扭簧(222)与所述金属网支撑杆(21)通过所述旋转轴(223)与所述底座(221)转动连接，所述扭簧(22)带动所述金属网支撑杆(21)转动。

5.根据权利要求4所述的可展开双层混合式空间平面天线，其特征在于，所述旋转座(22)还设置有止挡杆(224)，所述止挡板(223)连接于所述底座(221)上，所述止挡杆(224)与所述旋转轴(223)平行，所述止挡杆(224)位于所述旋转轴(223)的上方，所述止挡杆(224)用于使所述金属网支撑杆(21)保持在竖立状态。

6.根据权利要求4所述的可展开双层混合式空间平面天线，其特征在于，所述金属网支撑杆(21)远离所述底座(221)的一端为Z型端头(210)，同一所述展开杆(11)上相邻的所述金属网支撑杆(21)通过所述Z型端头(210)首尾搭接。

7.根据权利要求6所述的可展开双层混合式空间平面天线，其特征在于，一根所述展开杆(11)上设置一个所述第二压紧释放装置(42)，所述第二压紧释放装置(42)用于位于同根所述展开杆(11)上最后端的所述金属网支撑杆(21)与所述展开杆(11)的固定，位于后侧的所述金属网支撑杆(21)的Z型端头(210)搭接于前侧的所述金属网支撑杆(21)的根部实现前侧的所述金属网支撑杆(21)与所述展开杆(11)保持平行。

8.根据权利要求1-7任一所述的可展开双层混合式空间平面天线，其特征在于，所述平面薄膜天线框架(1)贴合有薄膜天线，所述薄膜天线贴合于所述展开杆(11)上并位于所述金属网支撑杆(21)旋转方向相反的一侧面。

9.根据权利要求8所述的可展开双层混合式空间平面天线，其特征在于，位于同一根所述展开杆(11)前后的所述金属网支撑杆(21)以及位于同一所述平面薄膜天线框架(1)对称平行的左右所述金属网支撑杆(21)均连接有金属网(6)。

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