CN114171882B - 一种一箭多星sar卫星扁平化天线叠层装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一箭多星SAR扁平化天线叠层装置。包括多组圆形相控阵平行天线、两根压缩带。一组平行天线包括两块天线耦合板，两块天线耦合板通过对接连在一起。多组平行天线通过主体连接架的销与孔扣合堆叠在一起，一个主体连接架的销压紧下一个主体连接架孔内的压弹簧，压缩带固定在天线两端。发射进入太空时松开压缩带，平行天线中的天线耦合板因主体连接架中压弹簧提供的动力自动展开。本发明通过圆形相控阵天线与多星发射固连一体化设计实现主要功能，大大提高了SAR天线的精度、展开效率和空间利用率，使卫星发射成本大大降低。

Description

一种一箭多星SAR卫星扁平化天线叠层装置
技术领域
本发明涉及合成孔径雷达Synthetic Aperture Radar，简称SAR技术领域，具体涉及一种一箭多星SAR卫星扁平化天线叠层装置。
背景技术
分布式星载SAR是星载SAR的一种重要工作模式。相对于传统星载SAR，分布式星载SAR能够对地面目标进行多角度观测，从而在三维成像、动目标检测、散射信息精确描述等方面具有显著优势。然而，由于分布式星载SAR通常由多颗卫星组成，将多颗卫星分别发射会极大提高运载火箭成本。因此，一箭多星的发射方式作为一种降低发射成本的重要手段已被普遍应用。
天线是SAR系统中体积重量最大的部分，也是影响SAR工作性能的重要因素。一箭多星SAR对SAR天线的重量、精度、展开效率、空间利用率都提出了较高的技术要求。传统SAR天线采用合拢式展开方式，一方面，这种构型空间利用率低，限制了一次发射能够搭载的卫星数量；另一方面，这种方式对于SAR天线的外形结构以及安全性有一定影响，不利于提高雷达的精度。
所以，如何在火箭运载能力约束下改进星载SAR卫星构型与天线展开方式是目前亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种一箭多星SAR扁平化天线叠层装置，以解决火箭运载能力约束下星载SAR卫星构型与天线展开方式的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种一箭多星SAR扁平化叠层构型，包括多组圆形相控阵平行天线、两根压缩带，其中每组平行天线通过自带销轴与销孔堆叠，两根压缩带扣合在天线两侧固定平行天线。一组平行天线包括两块天线耦合板，两块天线耦合板通过对接连在一起。
天线耦合板包括天线主体板、主体连接架、轴套、销轴，两块太阳能帆板、折叠臂、销轴以及轴套。
主体连接架和两块太阳能帆板位于天线主体板表面，其中两块太阳能帆板连接在太阳能帆板的折叠臂上，
轴套通过销轴固定在主体连接架的一侧，轴套其包含法兰、连接器、弹簧和底盖。
连接器包括同轴一体的大圆柱部和小圆柱部，其中大圆柱部直径与法兰的内径匹配，小圆柱部的直径小于大圆柱部直径；弹簧套接在连接器的小圆柱部；连接器位于法兰孔内。
法兰底部设有底盖，底盖上开设通孔，通孔直径与小圆柱部直径匹配，用于连接器的小圆柱部滑动时穿过。
销轴从法兰的顶端插入到法兰的孔内，销轴的一端与连接器的大圆柱部接触连接。
天线主体板使用一种复合蜂窝铝板材，包括蜂窝层及蜂窝层两侧各三层碳纤维层，三层碳纤维层相互垂直设置。主体连接架和两块太阳能帆板位于天线主体板表面，其中两块太阳能帆板连接在太阳能帆板折叠臂上。
两块天线耦合板组合为一组平行天线，多组平行天线通过主体连接架的销与轴套上的孔扣合堆叠在一起，一个主体连接架的销轴压紧下一个主体连接架内轴套的压弹簧，压缩带固定在天线两端，发射进入太空时松开压缩带，平行天线中的天线耦合板因主体连接架中弹簧提供的动力自动展开。
有益效果：
(1)本发明结构简单轻巧，相较于合拢式展开结构，具有更高的空间利用率和较低的加工成本。
(2)本发明摒弃了原有的SAR天线合拢式结构，改为固连弹簧展开结构，降低了SAR天线展开的复杂性，提高了相控阵天线的安全性。
(3)本发明采用的固连弹簧展开结构可以更好控制平行天线数量，调控压缩带长度自由增减天线数量，减少了增减天线数量带来的误差以及复杂度，使天线精度得以提升。
(4)本发明中的轴套与销轴为一整体通过螺钉连接固定在天线上，便于安装和更换，提高了可拆解性。
5本发明重量轻，强度高，控制天线数量简单，功耗小。
附图说明
图1为本发明一箭多星SAR扁平化叠层构型结构示意图；
图2为本发明中一组平行天线结构示意图；
图3为本发明中天线耦合板结构示意图；
图4为本发明中轴套与销轴配合松弛与压紧状态剖视图。
图5为本发明中天线主体板整体结构示意图。
图6为本发明中天线主体板详细结构示意图。
其中1为天线耦合板，2为压缩带，3为平行天线，4为轴套，11为主体连接架，12为天线主体板，13为太阳能帆板，14为折叠臂，15为销轴，41为法兰，42为连接器，43为弹簧，44为底盖。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1、图2所示，本发明提供的一种一箭多星SAR扁平化叠层构型，包括天线耦合板1、压缩带2、平行天线3。多组平行天线3堆叠在一起，相邻两组平行天线3通过主体连接架11上的销与轴套4的孔进行配合。压缩带2上的销与两端平行天线3上的孔配合，使平行天线相互压紧，完成固连一体化。
如图3所示，主体连接架11压在天线主体板12表面，折叠臂14穿过主体连接架11，太阳能帆板13连接在折叠臂14两端贴紧主体板表面，轴套4通过螺钉连接固定在主体连接架11内。
如图4所示，轴套4通过销轴15固定在主体连接架11的一侧，轴套4其包含法兰41、连接器42、弹簧43和底盖44；连接器42包括同轴一体的大圆柱部和小圆柱部，其中大圆柱部直径与法兰41的内径匹配，小圆柱部的直径小于大圆柱部直径；弹簧43套接在连接器42的小圆柱部；连接器42位于法兰41孔内；法兰41底部设有底盖44，底盖44上开设通孔，通孔直径与小圆柱部直径匹配，用于连接器42的小圆柱部滑动时穿过；销轴15从法兰41的顶端插入到法兰41的孔内，销轴15的一端与连接器42的大圆柱部接触连接。弹簧43穿过连接器42位于法兰41孔内，底盖44上带有孔可以让连接器42的小端滑动。弹簧43位于轴套4的孔内，当两块天线耦合板1对接在一起，一块主体连接架11的销挤压另一块主体连接架11上轴套4孔内的连接器42，从而压紧弹簧43。当天线耦合板1没有压缩带2的束缚时，压弹簧43提供的弹性作用力推动天线耦合板1相互分离，在太空完成展开。
如图5、图6所示，天线主体板使用一种复合蜂窝铝板材，板材包括蜂窝层及蜂窝层两侧各三层碳纤维层。上面三层碳纤维为相互垂直层叠，由胶水粘连，中间为一层蜂窝铝，下面三层碳纤维同为相互垂直重叠在一起。
本发明的工作步骤如下所示：
本发明提供的一箭多星SAR扁平化叠层构型，采用压缩带2固定多组天线耦合板1。在压缩带2作用下，轴套4孔内弹簧43被相邻天线耦合板1的销挤压，处于压缩状态。在卫星结构收到信号时，压缩带2自动脱离主体连接架11。因弹簧43没有限制，其弹性作用力将作用在两端的天线耦合板1上，使天线耦合板相互分离，完成展开工作。
下面结合一个具体实施例对本发明的积极效果进行展示。实施例参数如表1和表2所示。
表1 天线主体板参数
Figure BDA0003298101630000051
表2 碳纤维织物及预浸料
Figure BDA0003298101630000052
Figure BDA0003298101630000061
设堆叠卫星个数为6个，基于上述参数对天线主体板固有频率和最大形变进行仿真。碳纤维材料为各向异性，通过等效代换建立仿真模型，其六阶固有频率如表3所示。
表3 天线主体板固有频率
Figure BDA0003298101630000062
Figure BDA0003298101630000071
太空中卫星所受到的激励如表4所示。
表4 卫星受到的激励
Figure BDA0003298101630000072
在该激励下进行随机振动分析结果如表5所示。
表5 随机振动分析结果
Figure BDA0003298101630000073
由上表可知，中心区域最大Z轴变形为4.2mm。因此，该新型复合材料的最大形变符合安全使用要求。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一箭多星SAR扁平化天线叠层装置，其特征在于，包括多组圆形相控阵平行天线(3)和两根压缩带(2)，其中各组圆形相控阵平行天线(3)配合销轴与销孔互相堆叠，两根压缩带(2)扣合在天线堆叠组合的两侧固定各组圆形相控阵平行天线(3)；所述一组圆形相控阵平行天线(3)包括两块天线耦合板(1)，所述两块天线耦合板(1)通过对接连在一起；
所述天线耦合板(1)包括天线主体板(12)、主体连接架(11)、两块太阳能帆板(13)、折叠臂(14)、销轴(15)以及轴套(4)；
所述主体连接架(11)和两块太阳能帆板(13)位于天线主体板(12)表面，其中两块太阳能帆板(13)连接在太阳能帆板(13)的折叠臂(14)上，
所述轴套(4)通过所述销轴(15)固定在主体连接架(11)的一侧，轴套(4)其包含法兰(41)、连接器(42)、弹簧(43)和底盖(44)；
所述连接器(42)包括同轴一体的大圆柱部和小圆柱部，其中大圆柱部直径与法兰(41)的内径匹配，小圆柱部的直径小于大圆柱部直径；所述弹簧(43)套接在连接器(42)的小圆柱部；所述连接器(42)位于法兰(41)孔内；
所述法兰(41)底部设有所述底盖(44)，所述底盖(44)上开设通孔，所述通孔直径与所述小圆柱部直径匹配，用于连接器(42)的小圆柱部滑动时穿过；
所述销轴(15)从所述法兰(41)的顶端插入到法兰(41)的孔内，销轴(15)的一端与所述连接器(42)的大圆柱部接触连接；
弹簧(43)穿过连接器(42)位于法兰(41)孔内，底盖(44)上带有孔可以让连接器(42)的小端滑动；弹簧(43)位于轴套(4)的孔内，当两块天线耦合板(1)对接在一起，一块主体连接架(11)的销挤压另一块主体连接架(11)上轴套(4)孔内的连接器(42)，从而压紧弹簧(43)，当天线耦合板(1)没有压缩带(2)的束缚时，压弹簧(43)提供的弹性作用力推动天线耦合板(1) 相互分离，在太空完成展开；
所述两块天线耦合板(1)组合为一组平行天线，多组平行天线通过主体连接架(11)的销与孔扣合堆叠在一起，一个主体连接架(11)的销压紧相邻的下一个主体连接架(11)孔内的压弹簧，压缩带(2)固定在天线两端，发射进入太空时松开压缩带(2)，平行天线中的天线耦合板(1)因主体连接架(11)中压弹簧提供的动力自动展开。
2.根据权利要求1所述的一箭多星SAR扁平化天线叠层装置，其特征在于，所述天线主体板(12)使用一种复合蜂窝铝板材。
3.根据权利要求1所述的一箭多星SAR扁平化天线叠层装置，其特征在于，所述天线主体板(12)包括蜂窝层及蜂窝层两侧各三层碳纤维层，三层碳纤维层相互垂直，并由胶水粘连。
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