CN113224498A - 一种新型高收纳率vhf天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天卫星装备技术领域内的一种新型高收纳率VHF天线，包括基座、天线辐射臂、自展开装置以及支撑装置；自展开装置包括弹性杆，多根弹性杆间隔连接于基座上形成筒型结构，支撑装置包括支撑圈，支撑圈与弹性杆连接并位于筒型结构的顶部，天线辐射臂螺旋环绕于筒型结构上，天线辐射臂的一端与基座连接，另一端与弹性杆或支撑圈连接；弹性杆在外力作用下变形为螺旋状盘绕于基座的表面，解除外力后弹性杆恢复至原状。本发明通过盘压的方式实现了VHF天线的高收纳率，适用于不同卫星平台高增益测控通信天线系统，尤其适合于微小卫星、微纳卫星等平台受限的卫星搭载，具有很高的应用推广价值。

Description

一种新型高收纳率VHF天线

技术领域

本发明涉及航天卫星装备技术领域，具体地，涉及一种新型高收纳率VHF天线。

背景技术

星载大尺寸VHF天线是实现天基AIS、VDES系统高增益通信的重要设备。由于搭载能力有限，微小卫星平台对天线的小型化、轻量化要求极为苛刻。传统固定式天线，由于尺寸重量过大，无法在微小卫星平台上有效搭载，现有弹簧式天线则呈现出刚度不足，展开基频极低的特点。星载可展开天线技术已经成为制约天基VDES发展的技术瓶颈，也是目前国际宇航界最热门的研究方向之一。开展大尺寸VHF可展开天线技术研究，突破现有天线重量高、体积大或刚度不足的现状，实现高收纳比、高刚度、轻型化天线的研制，不仅能够加快天地一体化VDES系统建设，还能够推动相关海洋大数据应用、水上通信运营、VDES船用终端和岸基终端等领域的产业化发展，极具商业和军事应用前景。

经现有技术检索发现，中国发明专利公开号为CN109326865A，公开了一种磁吸式卫星天线展开机构，包括磁性板和柔性天线反射面，所述磁性板为若干磁性块组成的弧形结构，所述柔性天线反射面粘贴在弧形结构的凹面侧，所述的磁性板采用卷绕方式进行收纳和展开，在展开后，磁性块之间依靠磁性吸附在一起，无需附加锁紧机构，结构简单，有利于提高卫星天线的形面精度；所述的柔性天线反射面粘贴在磁性板组凹面侧，天线反射面形状依赖于磁性板凹面形状，只需对磁性板进行特定的形状加工，即可实现复杂的反射面形状。该专利技术就存在上述相关问题。

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新型高收纳率VHF天线。

根据本发明提供的一种新型高收纳率VHF天线，包括基座、天线辐射臂、自展开装置以及支撑装置；

所述自展开装置包括弹性杆，多根所述弹性杆间隔连接于所述基座上形成筒型结构，所述支撑装置包括支撑圈，所述支撑圈与所述弹性杆连接并位于所述筒型结构的顶部，所述天线辐射臂螺旋环绕于所述筒型结构上，所述天线辐射臂的一端与所述基座连接，另一端与所述弹性杆或所述支撑圈连接；

所述弹性杆在外力作用下变形为螺旋状盘绕于所述基座的表面，解除外力后所述弹性杆恢复至原状。

一些实施方式中，多根所述弹性杆围成的所述筒型结构为柱型筒体或锥形筒体。

一些实施方式中，所述基座为金属蒙皮-蜂窝结构。

一些实施方式中，所述支撑装置还包括支撑轴，所述支撑轴的两端分别连接于所述支撑圈上。

一些实施方式中，所述支撑轴为多根，多根所述支撑轴以相互交叉或或交汇于所述支撑圈的圆心的方式使所述支撑圈形成网格状。

一些实施方式中，所述支撑轴的两端分别向外延伸一定距离，所述支撑轴用于将所述弹性杆和所述天线辐射臂盘压于所述基座的表面。

一些实施方式中，所述支撑轴的端部连接有包带，所述包带与所述基座连接。

一些实施方式中，所述自展开装置还包括柔性支撑丝，所述柔性支撑丝以斜拉方式连接于两根所述弹性杆之间。

一些实施方式中，相邻两根所述柔性支撑丝形成V型结构或平行线结构。

一些实施方式中，还包括缓冲带，所述缓冲带的一端与所述基座连接，另一端与所述支撑装置连接。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过盘压的方式实现了VHF天线的高收纳率，适用于不同卫星平台高增益测控通信天线系统，尤其适合于微小卫星、微纳卫星等平台受限的卫星搭载，具有很高的应用推广价值。

2、本发明通过支撑装置结构的优化设计，提高了支撑装置的结构强度，同时还可使得支撑装置具有锁定功能，将盘压后的自展开装置与天线锁定在收拢状态，进一步简化装置结构，提升工作效率。

3、本发明通过自展开装置结构的优化设计提高自展开装置的结构强度，同时配合缓冲带确保自展开装置展开过程的稳定性，防止过冲现象，减小天线展开时对星体的冲击。

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为本发明新型高收纳率VHF天线展开状态结构示意图；

图2为本发明新型高收纳率VHF天线由展开至收拢变化过程结构示意图；

图3为本发明新型高收纳率VHF天线收拢状态结构示意图；

图4为本发明新型高收纳率VHF天线的支撑装置结构示意图。

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。

实施例1

本发明提供一种新型高收纳率VHF天线，包括基座1，安装于基座1上的天线辐射臂2和自展开装置3，以及与自展开装置3相连接的支撑装置4。基座1提供天线的安装平台，其基座1上设置有连接天线辐射臂2和自展开装置3的压接槽11，压接槽11的数量与结构根据天线辐射臂2和自展开装置3的结构相适配设置。优选为基座1采用金属蒙皮-蜂窝结构，可同时具备天线电气反射和结构支撑两个作用。天线辐射臂2采用弹性金属材质，如铍青铜等，依据天线电气指标可呈现圆柱型或者锥形螺旋状。自展开装置3包括多根非金属材质的弹性杆31，弹性杆31的数量大于等于3根。弹性杆31在外力的作用下可进行形变，由直线杆变为弧线杆或者称为螺旋线杆。多根弹性杆31以间隔的方式安装于基座1上并围成筒体结构，如三棱柱筒体结构、六棱柱筒体结构或8棱柱筒体结构甚至更多，且筒体结构可为柱型筒体或锥形筒体。支撑装置4包括有支撑圈41，其支撑圈41为闭合的环状结构件且具有一定的刚度，其支撑圈41可为圆环结构或者闭合的正多边形环状结构。

以6根弹性杆31为例说明：6根弹性杆31以等间距分布于基座1上形成六棱柱，此时，基座1上设置的压接槽11为等间距分布的6个。6根弹性杆31的端部分别通过6个压接槽11实现紧固连接后形成六棱柱锥形筒体，其六棱柱锥形筒体的上端口连接有有支撑圈41，其支撑圈41优选为正六边形环状结构，6根弹性杆31的顶点分别连接于正六边形结构的支撑圈41的夹角位置，连接后的支撑圈41作为六棱柱筒体的上端口。将天线辐射臂2的一端固定于一个压接槽11内，其另一端环绕六棱柱锥形筒体的外周面以螺旋的方式向着支撑圈41的方向缠绕，缠绕结束后其天线辐射臂2的另一端与支撑圈41进行连接固定。通过对支撑圈41同步施加轴向压力和旋转力，使得弹性杆31由直线杆变为螺旋状曲线杆，进而带动天线辐射臂2同步向着基座1的表面方向压缩收拢，待弹性杆31完全变形到位，变为螺旋状并盘绕在基座1上后压缩收拢结束，此时，可通过其他结构实现天线压缩状态的锁定，完成天线的收拢固定工作。上述中，施加于支撑圈41上的旋转力的旋转方向优选与天线辐射臂2的螺旋方向一致。当天线随航天器到达预定空间后，通过解锁解除施加于弹性杆31上的紧固力，弹性杆31通过自身的弹性而由螺旋状伸展变形为直线杆，进而使得天线辐射臂2随弹性杆31的形变而自动展开。以展开尺寸为1000×1000×750mm为例，收拢后的尺寸能够达到1000×1000×20mm，其收纳率大于97％。

本发明结构简单、重量轻，不仅通过盘压的方式实现了VHF天线的高收纳率，而且还具有收拢自展开功能，适用于不同卫星平台高增益测控通信天线系统，尤其适合于微小卫星、微纳卫星等平台受限的卫星搭载，具有很高的应用推广价值。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上形成，通过对支撑装置结构的优化设计，提高了支撑装置的结构强度，同时还可使得支撑装置具有锁定功能，将盘压后的自展开装置与天线锁定在收拢状态，进一步简化装置结构，提升工作效率。具体地：

支撑装置4还设置有支撑轴42，支撑轴42的两端分别连接于支撑圈41上，强化支撑圈41的结构强度。优选的，支撑圈41中连接有多个支撑轴42，多个支撑轴42相互交叉成网状结构或多个支撑轴42交汇于支撑圈41的内圆心处形成如同汽车车轮状的结构。例如，当为6根弹性杆31围成六棱柱锥形筒体结构时，其支撑轴42的数量可为3根，3根支撑轴42的两端分别连接六边形支撑圈41相对的两夹角点，且3根支撑轴42交汇与六边形支撑圈41的内圆圆心点。

优选的，支撑轴42的两端沿支撑圈41的径向方向向外分别延伸一定距离，其延伸的距离能够有效覆盖由弹性杆31形成的筒体结构，同时，于支撑轴42的端部连接有包带6，包带6用于和基座1进行连接。通过盘压的方式使得天线旋转臂2随弹性杆31盘绕在基座1上后，两端向外延伸到支撑轴42可覆盖盘绕后的筒体结构的外围，且通过设置于支撑轴42两端的包带6与基座1进行连接紧固，进而完成对收拢状态的天线进行锁定，方便快捷，工作效率高。优选的，收拢状态时，支撑轴42的两端分别位于两个压接槽11上方，包带6与压接槽11进行紧固连接。

优选的，包带6为Ω型结构，可通过卡接等结构形式与压接槽11实现快速连接。

实施例3

本实施例3是在实施例1或实施例2的基础上形成，通过自展开装置结构的优化设计提高自展开装置的结构强度，同时配合缓冲带确保自展开装置展开过程的稳定性，防止过冲现象，减小天线展开对星体的冲击。具体地：

自展开装置3还设置有柔性支撑丝32，柔性支撑丝32可为凯夫拉纤维绳，其柔性支撑丝32以斜拉的方式连接于两个相邻的弹性杆31之间，随弹性杆31的变形而变形。优选的，柔性支撑丝32的两端分别与相邻两根弹性杆31的顶端和底端向连接，将两根弹性杆31形成的四边形变为两个三角形。柔性支撑丝32在有效提高自展开装置3形成筒体结构的结构强度，保证自展开装置3展开后由天线辐射臂2形成的天线刚度。其相邻的两根柔性支撑丝32可以为平行结构，亦可交叉为V型结构，优选为V型非结构，通过一个V型结构的2根柔性支撑丝实现对一根弹性杆31的加强，能够对弹性杆31的驱动作用起到辅助作用以及确保弹性杆31展开过程中的稳定性。当弹性杆31的数量为偶数时，如6根弹性杆31形成具有6个面的六棱柱时，在六个面上由6根柔性支撑丝32形成3组V型结构，即6根柔性支撑丝32首尾依次相连。而当弹性杆31的数量为奇数5根时，其中四根柔性支撑丝32可通过首尾相连形成2组V型结构，最后一个面上的一根柔性支撑丝32可以与左右任一根相平行的方式连接。

优选的，还包括有缓冲带5，其缓冲带5为非金属橡胶带或橡胶绳。缓冲带5一端连接于基座1上且位于弹性杆31围成的筒体结构内，其另一端与支撑圈41或支撑轴42连接，确保弹性杆31在展开过程中不发生过冲现象，确保天线稳定展开。优选的，缓冲带5的一端与基座1的连接点位于弹性杆31围成的筒体的中心点，其另一端与支撑轴42连接且位于支撑圈31的圆心点，即缓冲带5与筒体结构的中轴线相重的方式连接，以提供更好的缓冲效果。

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 (10)

1.一种新型高收纳率VHF天线，其特征在于，包括基座(1)、天线辐射臂(2)、自展开装置(3)以及支撑装置(4)；

所述自展开装置(3)包括弹性杆(31)，多根所述弹性杆(31)间隔连接于所述基座(1)上形成筒型结构，所述支撑装置(4)包括支撑圈(41)，所述支撑圈(41)与所述弹性杆(31)连接并位于所述筒型结构的顶部，所述天线辐射臂(2)螺旋环绕于所述筒型结构上，所述天线辐射臂(2)的一端与所述基座(1)连接，另一端与所述弹性杆(31)或所述支撑圈(41)连接；

所述弹性杆(31)在外力作用下变形为螺旋状盘绕于所述基座(1)的表面，解除外力后所述弹性杆(31)恢复至原状。

2.根据权利要求1所述的新型高收纳率VHF天线，其特征在于，多根所述弹性杆(31)围成的所述筒型结构为柱型筒体或锥形筒体。

3.根据权利要求1或2所述的新型高收纳率VHF天线，其特征在于，所述基座(1)为金属蒙皮-蜂窝结构。

4.根据权利要求1所述的新型高收纳率VHF天线，其特征在于，所述支撑装置(4)还包括支撑轴(42)，所述支撑轴(42)的两端分别连接于所述支撑圈(41)上。

5.根据权利要求4所述的新型高收纳率VHF天线，其特征在于，所述支撑轴(42)为多根，多根所述支撑轴(42)以相互交叉或或交汇于所述支撑圈(41)的圆心的方式使所述支撑圈(41)形成网格状。

6.根据权利要求4或5所述的新型高收纳率VHF天线，其特征在于，所述支撑轴(42)的两端分别向外延伸一定距离，所述支撑轴(42)用于将所述弹性杆(31)和所述天线辐射臂(2)盘压于所述基座(1)的表面。

7.根据权利要求6所述的新型高收纳率VHF天线，其特征在于，所述支撑轴(42)的端部连接有包带(6)，所述包带(6)与所述基座(1)连接。

8.根据权利要求1、2、4或5所述的新型高收纳率VHF天线，其特征在于，所述自展开装置(3)还包括柔性支撑丝(32)，所述柔性支撑丝(32)以斜拉方式连接于两根所述弹性杆(31)之间。

9.根据权利要求8所述的新型高收纳率VHF天线，其特征在于，相邻两根所述柔性支撑丝(32)形成V型结构或平行线结构。

10.根据权利要求1、5或9所述的新型高收纳率VHF天线，其特征在于，还包括缓冲带(5)，所述缓冲带(5)的一端与所述基座(1)连接，另一端与所述支撑装置(4)连接。

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