CN113161710B - 一种形面精度可在轨调节的空间可展开网状天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种形面精度可在轨调节的空间可展开网状天线，包括：可折叠环形支撑杆、弹性拉索、中心可折叠支撑桁架和中心可升降平台；中心可折叠支撑桁架顶端安装中心可升降平台，可折叠环形支撑杆以中心可折叠支撑桁架为中心环绕，弹性拉索通过可折叠环形支撑杆构成天线反射面，天线反射面底面通过弹性拉索连接中心可折叠支撑桁架，天线反射面顶面通过弹性拉索连接中心可升降平台。本发明采用复合材料环形可折叠杆与弹性拉索组成天线反射面，通过复合材料环形可折叠杆提供环向支撑刚度，采用一层索网即可实现抛物面天线反射面，使得天线拉索系统较为简洁，加工制备难度较低，并且能够实现很高的收纳比。

Description

一种形面精度可在轨调节的空间可展开网状天线

技术领域

本发明涉及空间可展开网状天线结构技术领域，具体地，涉及一种形面精度可在轨调节的空间可展开网状天线。

背景技术

随着科学技术的发展，未来高分辨率的空间探索、观测及高容量的空间通讯需要大口径、高收纳比及高形面精度的空间天线。空间可展开网状天线具有口径大、收纳比高及质量轻的优点，是未来空间大型天线的主要发展方向。在空间环境中，大型空间可展开网状天线反射面的温度将随着轨道位置产生剧烈变化，导致天线反射面产生热变形，进而降低天线反射面的形面精度。同时，大型网状天线通常在地面有重力环境中制备生产。当天线发射入轨后，重力释放将导致天线反射面产生一定的变形，进而降低天线反射面的形面精度。目前，空间大型天线反射面的形面精度是制约天线性能提升的关键因素。天线的工作频率越高，其电性能越优异，但对天线反射面的形面精度要求也越高。因此，高形面精度是实现高工作频率高性能空间可展开天线的基础，形面精度可在轨调节是空间可展开网状天线的发展方向。

我国现阶段已公开的发明中，应用于不同航天器的大型空间可展开网状天线大都基于多层索网或复杂的张拉系统实现天线反射面赋形，如专利“环形交叉索网天线”(申请公布号CN I08306100 A)、“充气展开式索网反射面天线反射器”(申请公布号CN I06887714A)、“伞式可展开网状天线”(申请公布号CN I02447156 A)以及“一种柔性赋形索网天线”(申请公布号CN 108155454 A)。这些网状天线可以通过调整其拉索的内部预拉力来实现天线形面精度的调节，但多达几千或上万根的拉索使得形面调节过程过于复杂，且严重依赖操作者的个人经验。一些研究中提出利用形状记忆材料或其它形式的作动器来调节拉索的预拉力，进而实现网状天线的在轨形面调节。这些调节方案需采用大量的作动器，并且需要结合高精度天线形面测量设备，最终导致天线的重量、能耗无法满足使用要求，且天线的整体可靠性严重降低。而针对大口径或超大口径的网状天线，其索网系统中的拉索数量呈几何倍数增加，因此依靠大量作动器来实现天线在轨形面调节的方案已不可行。

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形面精度可在轨调节的空间可展开网状天线。

根据本发明提供的一种形面精度可在轨调节的空间可展开网状天线，包括：可折叠环形支撑杆、弹性拉索、中心可折叠支撑桁架和中心可升降平台；

所述中心可折叠支撑桁架顶端安装所述中心可升降平台，所述可折叠环形支撑杆以所述中心可折叠支撑桁架为中心环绕，所述弹性拉索通过所述可折叠环形支撑杆构成天线反射面，所述天线反射面底面通过所述弹性拉索连接所述中心可折叠支撑桁架，所述天线反射面顶面通过所述弹性拉索连接所述中心可升降平台。

优选地，所述中心可折叠支撑桁架设置为可沿其长度方向移动的柱状。

优选地，所述中心可升降平台设置为圆盘状，所述中心可升降平台通过所述中心可折叠支撑桁架的伸展收缩动作实现升降。

优选地，所述弹性拉索安装有多个并且长度相同，所述所述弹性拉索呈辐射状均匀分布。

优选地，所述可折叠环形支撑杆安装有多个并且直径由小到大逐渐增加，底部所述可折叠环形支撑杆直径最小。

优选地，所述天线反射面底面通过多个所述可折叠环形支撑杆设置为反抛物面状，所述天线反射面顶面设置为圆台状，所述天线反射面为单层有环索网结构。

优选地，所述天线反射面通过所述中心可升降平台的升降实现形面精度在轨调节。

优选地，所述可折叠环形支撑杆采用碳纤维复合材料，多个短杆通过铰链连接构成所述可折叠环形支撑杆。

优选地，当处于收拢状态时，所述可折叠环形支撑杆通过所述铰链折叠并嵌套排列，直径最大的所述可折叠环形支撑杆安置在最外侧，直径最小的所述可折叠环形支撑杆安置在最内侧。

优选地，当处于收拢状态时，所述中心可折叠支撑桁架沿其长度方向收缩，收缩后的所述中心可折叠支撑桁架安置在嵌套排列后的所述可折叠环形支撑杆中间。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用复合材料环形可折叠杆与弹性拉索组成天线反射面，通过复合材料环形可折叠杆提供环向支撑刚度，采用一层索网即可实现抛物面天线反射面，使得天线拉索系统较为简洁，加工制备难度较低，并且能够实现很高的收纳比。

2、本发明基于新型的反射面系统，仅通过调整天线中心可升降平台的高度，即可实现天线反射面整体形面精度的在轨调整，无需复杂的作动器系统，天线整体可靠性较高，工程实现可行性较高。

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为一种形面精度可在轨调节的空间可展开网状天线展开状态示意图；

图2为一种形面精度可在轨调节的空间可展开网状天线收拢状态示意图；

图3为一种形面精度可在轨调节的空间可展开网状天线形面精度调整原理图。

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。

如图1所示，一种形面精度可在轨调节的空间可展开网状天线，包括：可折叠环形支撑杆1、弹性拉索2、中心可折叠支撑桁架3和中心可升降平台4；中心可折叠支撑桁架3顶端安装中心可升降平台4，可折叠环形支撑杆1以中心可折叠支撑桁架3为中心环绕，弹性拉索2通过可折叠环形支撑杆1构成天线反射面，天线反射面底面通过弹性拉索2连接中心可折叠支撑桁架3，天线反射面顶面通过弹性拉索2连接中心可升降平台4。

如图2所示，天线收拢后，不同直径的复合材料可折叠环形支撑杆1嵌套排列，实现高收纳比，中心可展开支撑桁架3沿其长度方向收缩，并收纳于折叠后的可折叠环形支撑杆1内部。

如图3所示，天线结构由天线反射面及中心可折叠支撑桁架3组成，天线反射面由多根可折叠环形支撑杆1及弹性拉索2连接而成；天线反射面顶部通过多根弹性拉索2与中心可升降平台4连接；天线反射面底部通过多根弹性拉索2与中心可折叠支撑桁架3底面连接；天线在轨展开后，可通过中心可升降平台4调整天线中心轴高度，进而拉动天线反射面整体发生变形，实现天线反射面的形面精度在轨调节。

具体地，一种形面精度可在轨调节的空间可展开网状天线，包括：可折叠环形支撑杆1，弹性拉索2，中心可折叠支撑桁架3和中心可升降平台4；可折叠环形支撑杆1与弹性拉索2组成天线反射面，中心可折叠支撑桁架3作为天线中心支撑；中心可升降平台4安装至中心可折叠支撑桁架3顶部；天线反射面顶部通过弹性拉索2与中心可升降平台4连接，天线反射面底部通过弹性拉索2与天线中心可折叠支撑桁架3底部连接。天线反射面中包含多根不同直径的可折叠环形支撑杆1，可折叠环形支撑杆1之间仅通过弹性拉索连接；天线反射面中，可折叠环形支撑杆1为弹性拉索2提供环向支撑，其天线反射面为单层有环索网结构；中心可升降平台4通过升降，拉动与之相连的弹性拉索2，实现天线反射面的形面精度调整；天线收拢后，不同直径的复合材料可折叠环形支撑杆1嵌套排列，实现高收纳比，中心可展开支撑桁架3沿其长度方向收缩，并收纳于折叠后的可折叠环形支撑杆1内部。

下面通过优选例对本发明进行更具体地说明：

实施例1

一种形面精度可在轨调节的空间可展开网状天线，包括：24个可折叠环形支撑杆1，60根弹性拉索2，1个中心可折叠支撑桁架3，1个中心可升降平台4。。

24个可折叠环形支撑杆1的半径从2米以1米间隔逐渐增加至25米，60根弹性拉索2呈辐射状均匀分布，24个可折叠环形支撑杆1与60根弹性拉索2连接，形成一个旋转抛物面形状的有环辐射网状天线反射面。中心可升降平台4安装至中心可折叠支撑桁架3顶部，天线反射面中最外侧的半径为25米的可折叠环形支撑杆1通过60根弹性拉索2与中心可升降平台4连接，天线反射面中最内侧的半径为2米的可折叠环形支撑杆1通过60根弹性拉索2与中心可折叠支撑桁架3的底部连接。天线在轨展开后，通过中心可升降平台4调整天线中心轴的高度，天线反射面在中心可升降平台4的拉动下，整体形面精度将发生变化，实现天线反射面形面精度的在轨调节。其中，每根可折叠环形支撑杆1上包含多个铰链，可实现高收拢比折叠；天线折叠状态下，25米半径的可折叠环形支撑杆1在最外侧，2米半径的可折叠环形支撑杆1在最内侧，中心可折叠支撑桁架3在其长度方向实现折叠；在本实施例中，天线反射面的口径为50m，焦距为10m；天线反射面由24个不同半径的可折叠环形支撑杆及60根弹性索网连接而成；可折叠环形支撑杆1截面直径40mm，壁厚0.8mm，中心可折叠支撑桁架3为圆柱形，圆柱直径750mm；中心可折叠支撑桁架3展开后总长度19.35米，中心可升降平台4行程范围为0至1.3米，天线中心轴高度的调整范围为19.35米至20.65米。

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 (6)

1.一种形面精度可在轨调节的空间可展开网状天线，其特征在于，包括：可折叠环形支撑杆(1)、弹性拉索(2)、中心可折叠支撑桁架(3)和中心可升降平台(4)；

所述中心可折叠支撑桁架(3)顶端安装所述中心可升降平台(4)，所述可折叠环形支撑杆(1)以所述中心可折叠支撑桁架(3)为中心环绕，所述弹性拉索(2)通过所述可折叠环形支撑杆(1)构成天线反射面，所述天线反射面底面通过所述弹性拉索(2)连接所述中心可折叠支撑桁架(3)，所述天线反射面顶面通过所述弹性拉索(2)连接所述中心可升降平台(4)；

所述中心可升降平台(4)设置为圆盘状，所述中心可升降平台(4)通过所述中心可折叠支撑桁架(3)的伸展收缩动作实现升降；

所述可折叠环形支撑杆(1)安装有多个并且直径由小到大逐渐增加，底部所述可折叠环形支撑杆(1)直径最小；

所述天线反射面底面通过多个所述可折叠环形支撑杆(1)设置为反抛物面状，所述天线反射面顶面设置为圆台状，所述天线反射面为单层有环索网结构；

所述天线反射面通过所述中心可升降平台(4)的升降实现形面精度在轨调节；

天线结构由天线反射面及中心可折叠支撑桁架(3)组成，天线反射面由多根可折叠环形支撑杆(1)及弹性拉索(2)连接而成；天线反射面顶部通过多根弹性拉索(2)与中心可升降平台(4)连接；天线反射面底部通过多根弹性拉索(2)与中心可折叠支撑桁架(3)底面连接；天线在轨展开后，通过中心可升降平台(4)调整天线中心轴高度，进而拉动天线反射面整体发生变形，实现天线反射面的形面精度在轨调节。

2.根据权利要求1所述一种形面精度可在轨调节的空间可展开网状天线，其特征在于：所述中心可折叠支撑桁架(3)设置为可沿其长度方向移动的柱状。

3.根据权利要求1所述一种形面精度可在轨调节的空间可展开网状天线，其特征在于：所述弹性拉索(2)安装有多个并且长度相同，所述弹性拉索(2)呈辐射状均匀分布。

4.根据权利要求1所述一种形面精度可在轨调节的空间可展开网状天线，其特征在于：所述可折叠环形支撑杆(1)采用碳纤维复合材料，多个短杆通过铰链连接构成所述可折叠环形支撑杆(1)。

5.根据权利要求4所述一种形面精度可在轨调节的空间可展开网状天线，其特征在于：当处于收拢状态时，所述可折叠环形支撑杆(1)通过所述铰链折叠并嵌套排列，直径最大的所述可折叠环形支撑杆(1)安置在最外侧，直径最小的所述可折叠环形支撑杆(1)安置在最内侧。

6.根据权利要求5所述一种形面精度可在轨调节的空间可展开网状天线，其特征在于：当处于收拢状态时，所述中心可折叠支撑桁架(3)沿其长度方向收缩，收缩后的所述中心可折叠支撑桁架(3)安置在嵌套排列后的所述可折叠环形支撑杆(1)中间。

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