CN114447614B - 一种环形网状可展开天线及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于卫星天线技术领域，公开了一种环形网状可展开天线及应用，所述环形网状可展开天线包括环形桁架、内部悬吊杆结构、索网系统和金属丝网。内部悬吊杆结构挂接在环形桁架上，索网系统挂接在环形桁架和内部悬吊杆上，形成天线所需的抛物面形状；金属丝网附着在索网系统上，作为天线的反射面。本发明为基于悬吊杆的环形网状可展开天线，其索网支撑结构在传统环形桁架的基础上增加了悬吊杆结构改变了索网系统的下索网形式，大大降低了展开天线展开态高度，保证环形桁架结构简单、刚度大、可靠性高的特点；同时可以大大降低天线的质量，有利于环形桁架可展开天线应用到更大口径上。

Description

一种环形网状可展开天线及应用
技术领域
本发明属于卫星天线技术领域，尤其涉及一种环形网状可展开天线及应用。
背景技术
目前，随着卫星通信、深空探测等领域的发展，对星载天线提出了越来越严苛的要求。根据工作任务需求和运载条件限制，空间可展开天线需要具备高精度、大口径、高收纳比和低面密度的特点，其中环形桁架可展开天线在太空任务中被广泛应用。
环形桁架空间可展开天线中，最具代表性的是Astromesh环形天线(M. W.Thomson, "The AstroMesh deployable reflector," IEEE Antennas and PropagationSociety International Symposium. 1999 Digest. Held in conjunction with: USNC/URSI National Radio Science Meeting (Cat. No.99CH37010), 1999, pp. 1516-1519vol.3, doi: 10.1109/APS.1999.838231.)，其环形桁架包括多个四边形框架，并通过四边形框架的对角杆伸缩进行展开收拢，其收拢高度约等于竖杆高度和横杆高度之和。但是，由于其索网形式采用上下索网抛物面“背靠背”的形式，随着天线口径的增大，天线的展开态高度即竖杆高度过高，进而导致其收拢态高度过高，超出火箭的运载标准，因此限制了其往更大天线口径的应用。而大部分学者对于该问题都是考虑提高折展桁架的收纳比来解决，但天线口径越大对天线桁架的收纳比要求越高，导致天线桁架结构变得越来越复杂，降低了天线的展收可靠性。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
（1）随着天线口径的增大，天线的收拢态高度过高，限制了往更大天线口径的应用。
（2）现有技术提高折展桁架的收纳比同时导致天线桁架结构变得复杂，降低了天线的展收可靠性。
解决以上问题及缺陷的难度为：很难找出一种结构简单可靠，又能满足天线超大口径需要和收拢高度限制的新的环形桁架结构形式，同时保证天线刚度高和面密度小。
解决以上问题及缺陷的意义为：在保证天线高刚度、低面密度和结构简单特点的同时，降低天线的收拢高度，可以使得大口径、超大口径的环形桁架得以应用，以满足卫星通信等太空任务中对大口径天线日益迫切的需求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种环形网状可展开天线及应用。
本发明是这样实现的，一种环形网状可展开天线，所述环形网状可展开天线设置有：环形桁架；
悬吊杆结构挂接在环形桁架下端节点处，索网系统挂接在环形桁架和悬吊杆结构上；
所述悬吊杆结构设置有斜向拉索；
斜向拉索连接相邻的两根悬吊杆，环向拉索将悬吊杆的上下端沿环向依次连接。
进一步，所述索网系统包括上索网、竖向索和下索网；上索网设置在金属丝网上，上索网和下索网之间连接有竖向索。
进一步，所述金属丝网附着在索网系统上，作为天线的反射面。
进一步，所述下索网包括内层下索网和外层下索网，分层边界为悬吊杆节点所在的环，内层下索网设计节点和外层下索网设计节点分别位于不同的设计抛物面上。
进一步，所述悬吊杆结构包括6m组斜向拉索、6m组环向拉索和6m根悬吊杆，m≥1；
每组斜向拉索包括四根拉索，四根拉索一端共同连接在环形桁架下端的连接点上，另一端分成两组，一组包括两根拉索，分别连接在一根悬吊杆的上下端点；每组斜向拉索连接相邻的两根悬吊杆，且环形桁架下端的连接点位于相邻两根悬吊杆的中间；斜向拉索和悬吊杆沿周向均匀分布；
6m组环向拉索共12m根拉索，分成上下两环，分别将悬吊杆的上下端沿环向依次连接起来；悬吊杆在斜向拉索和环向拉索的拉力作用下保持竖直状态，且上下端点分别位于环形桁架下端的上方和下方。
本发明的另一目的在于提供一种安装有所述环形网状可展开天线的卫星通信用星载天线。
本发明的另一目的在于提供一种安装有所述环形网状可展开天线的深空探测的星载天线。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明通过改变索网系统中的下索网的形式，在保证环形桁架结构简单、刚度大、可靠性高的特点的基础上，通过降低天线的展开高度，从而有效的降低天线的收拢态高度；同时可以大大降低天线的质量，有利于环形桁架可展开天线应用到更大口径上。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
（1）本发明通过增加悬吊杆结构改变了环形桁架网状天线索网系统的下索网形式，降低天线的展开态高度，从而降低天线的收拢态高度，以便环形索网天线应用到更大天线口径上；同时还保留了环形桁架结构简单、可靠性高和刚度大的特点。
（2）本发明降低天线展开态高度，缩短了杆长，大大降低了天线整体的质量，有利于环形桁架网状天线应用到更大天线口径上。
（3）本发明的环形网状天线，若配合高收纳比的环形桁架，可进一步降低天线的收拢高度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的环形网状可展开天线的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的索网系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的悬吊杆结构的结构示意图；
图中：1、环形桁架；2、悬吊杆结构；2-1、斜向拉索；2-2、环向拉索；2-3、悬吊杆；3、索网系统；3-1、上索网；3-2、竖向索；3-3、下索网；3-31、内层下索网；3-32、外层下索网；4、金属丝网。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种环形网状可展开天线及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作详细的描述。
实施例1：
如图1所示，本发明提供的环形网状可展开天线包括：环形桁架1、悬吊杆结构2、索网系统3、金属丝网4。
悬吊杆结构2挂接在环形桁架1上，环形桁架1和悬吊杆结构2共同为索网系统3提供挂接点，索网系统3为金属丝网4提供天线所需的抛物面形状，金属丝网4附着在索网系统3上，作为天线的反射面。
实施例2：
如图2所示，索网系统3包括，上索网3-1、竖向索3-2和下索网3-3；整体索网形式不再是简单的“背靠背”形式，上索网3-1设置在金属丝网4上，上索网3-1和下索网3-3之间连接有竖向索3-2，其中下索网3-3以悬吊杆节点所在的环为边界，被分成两块区域：内层下索网3-31和外层下索网3-32，内外层索网的设计节点位于不同的曲面上，从而达到降低天线展开态高度的目的。
实施例3：
如图3所示，本发明提供的环形网状可展开天线的索网支撑结构主要包括环形桁架1和悬吊杆结构2；其中，悬吊杆结构2，包括6m组斜向拉索2-1、6m组环向拉索2-2和6m根悬吊杆2-3，m≥1；每组斜向拉索2-1包括四根拉索，四根拉索一端共同连接在环形桁架下端的连接点上，另一端分成两组，一组包括两根拉索，分别连接在一根悬吊杆2-3的上下端点；每组斜向拉索2-1连接相邻的两根悬吊杆2-3，且环形桁架1下端的连接点位于相邻两根悬吊杆2-3的中间；斜向拉索2-1和悬吊杆2-3结构沿周向均匀分布；6m组环形拉索2-2，共12m根拉索，分成上下两环，分别将悬吊杆2-3的上下端沿环向依次连接起来；悬吊杆在斜向拉索和环向拉索的拉力作用下保持竖直状态，且上下端点分别位于环形桁架下端的上方和下方。
实施例4：
如图2和图3所示，增加的悬吊杆2-3的上下两端分别位于环形桁架底部的上下方，增加这种悬吊杆结构2，改变了下索网3-3的形式，从而降低天线的展开态高度。
实施例5：
为了进一步满足天线收拢高度要求，可以增加内部悬吊杆的环数，具体布置方式与上述实施案例相似，内层环的斜拉索挂接在其外一层的悬吊杆下部即可实现悬吊杆环数的增加。
以一口径
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，焦径比/>
Figure DEST_PATH_IMAGE004
的天线结构设计为例，通过将本发明方案与Astromesh环形天线对比，来说明本发明的优越性。现将下网面的焦距定为与上网面相同，上下网面的最小距离定为/>
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，桁架分段数/>
Figure DEST_PATH_IMAGE008
。本发明中如图2所示的斜拉索在环形桁架的挂接点沿竖直方向与悬吊杆上端的距离与悬吊杆总长的比值定为/>
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，并使得环形桁架的高度与悬吊杆的高度相等。通过计算可得传统的Astromesh环形天线的竖杆高度为/>
Figure DEST_PATH_IMAGE012
,横杆长度为/>
Figure DEST_PATH_IMAGE014
,本发明中环形桁架竖杆高度为/>
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，环形桁架的横杆长度为/>
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，所以本发明方案比Astromesh环形天线的收拢高度降低
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，降低高度约占Astromesh环形天线收拢高度的35%。另一方面，由于将杆环形桁架的竖向杆和对角杆长度缩短了，所以天线的面密度也会有效降低。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种环形网状可展开天线，其特征在于，所述环形网状可展开天线设置有：环形桁架；
悬吊杆结构挂接在环形桁架下端节点处，索网系统挂接在环形桁架和悬吊杆结构上；
所述悬吊杆结构设置有斜向拉索；
斜向拉索连接相邻的两根悬吊杆，环向拉索将悬吊杆的上下端沿环向依次连接；
所述悬吊杆结构包括6m组斜向拉索、6m组环向拉索和6m根悬吊杆，m≥1；
每组斜向拉索包括四根拉索，四根拉索一端共同连接在环形桁架下端的连接点上，另一端分成两组，一组包括两根拉索，分别连接在一根悬吊杆的上下端点；每组斜向拉索连接相邻的两根悬吊杆，且环形桁架下端的连接点位于相邻两根悬吊杆的中间；斜向拉索和悬吊杆沿周向均匀分布；
6m组环向拉索共12m根拉索，分成上下两环，分别将悬吊杆的上下端沿环向依次连接起来；悬吊杆在斜向拉索和环向拉索的拉力作用下保持竖直状态，且上下端点分别位于环形桁架下端的上方和下方。
2.如权利要求1所述的环形网状可展开天线，其特征在于，所述索网系统包括上索网、竖向索和下索网；上索网设置在金属丝网上，上索网和下索网之间连接有竖向索。
3.如权利要求2所述的环形网状可展开天线，其特征在于，所述金属丝网附着在索网系统上，作为天线的反射面。
4.如权利要求2所述的环形网状可展开天线，其特征在于，所述下索网包括内层下索网和外层下索网，分层边界为悬吊杆节点所在的环，内层下索网设计节点和外层下索网设计节点分别位于不同的设计抛物面上。
5.一种安装有权利要求1～4任意一项所述环形网状可展开天线的卫星通信用星载天线。
6.一种安装有权利要求1～4任意一项所述环形网状可展开天线的深空探测的星载天线。
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