面向特殊波束应用的剪刀式曲面复用网状可展开天线制造技术

本发明专利技术公开了一种面向特殊波束应用的剪刀式曲面复用网状可展开天线，包括剪刀式桁架结构、内索网、外索网、竖向索、金属丝网。内索网和外索网均与剪刀式桁架结构连接，内索网位于剪刀式桁架结构形成空间的内部，外索网分别位于剪刀式桁架结构形成空间的上、下端面上，竖向索连接内索网与外索网，金属丝网附着在内索网内侧，内索网与金属丝网构成整个天线系统的反射面，通过改变内索网的形状实现赋形波束等特殊波束应用。本发明专利技术解决了现有网状可展开天线波束功能单一、无法通过反射面形状改变实现赋形波束等特殊波束应用的问题；本发明专利技术具有收拢体积小，结构简单、功能多样化的优点，可应用于赋形波束等特殊波束要求的星载天线设计中。

Scissor type surface multiplexing mesh deployable antenna for special beam applications

The invention discloses a scissors type surface mesh for special multiplexing of deployable antenna beam applications, including scissors truss structure, nesso network, cable network, vertical cable, metal wire mesh. Nesso network and cable net are connected with the scissors truss structure, nesso internal network is located in the scissors truss space, outside the cable net are located in the scissors truss structure is formed on the space, on the lower end surface, vertical cable network and nesso cable net, metal wire mesh attached to the medial nesso network, nesso network with the metal mesh form reflecting the entire antenna system, realizes the application of special shaped beam beam by changing the shape of nesso network. The invention solves the existing mesh deployable antenna beam of single function, realizes the application of special shaped beam beam problems cannot be changed through the reflector shape; the invention has gathered the advantages of simple structure, small volume, multiple functions, and can be used in the design of shaped beam and other special requirements of the satellite antenna beam.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星天线
，具体涉及卫星天线领域中的一种面向特殊波束应用的剪刀式曲面复用网状可展开天线，可应用于包括点波束、赋形波束等特殊波束要求在内的星载天线设计中。
技术介绍
随着航天科技的快速发展，星载天线在卫星通信、无线广播系统、地球观测、陆地遥感、深空探测等领域扮演着越来越重要的角色。为了满足多功能、多波段、多波束的需求，星载天线逐渐趋于大口径化。网状可展开天线是众多星载天线类型里面的一种，由于其采用金属丝网为反射面材料，有效降低了系统重量，是目前星载天线应用发展最快的一种天线结构形式。在卫星通信、侦察等应用中，为了提高能量的利用效率并满足特殊方向图形状要求，需要对星载天线的辐射方向图进行波束赋形，一方面可以通过赋形设计使星载天线波束能够覆盖指定区域，二是实现某些特殊要求的波束，如高效率、低旁瓣、低交叉极化的点波束。对于采用金属丝网与张拉索网构成的网状可展开天线而言，由于天线反射面采用索网张拉成形，诸如文献M.W.Thomson,AstroMesh deployable reflectors for Ku-and Ka-band commercial satellites,AIAA 2002-2032,20th AIAA International Communication Satellite Systems Conference and Exhibit,12-15May 2002,Montreal,Quebec,Canada(美国专利No.5680145)提出的AstroMesh结构，采用前后两层索网与竖向索结构，在前网面形成所需要的抛物面形状，进而辐射点波束；由于索网结构只能采用承受张力，无法承受压力，因此前索网无法提供局部凸起的反射面形状，这也就限制了某些特殊波束的应用需求；例如，在为某一地区提供通讯服务时，需要产生与该区域形状相匹配的辐射波束，即赋形波束，赋形波束的产生要求反射面局部出现凸起与凹陷，而基于现有结构的网状可展开天线无法提供这样的反射面形状。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种面向特殊波束应用的剪刀式曲面复用网状可展开天线，解决目前现有网状可展开天线波束功能单一、无法通过反射面形状改变实现赋形波束等特殊波束应用的问题。本专利技术的技术方案是：面向特殊波束应用的剪刀式曲面复用网状可展开天线，包括剪刀式桁架结构、内索网、外索网、竖向索、金属丝网，所述的剪刀式桁架结构包括m个展开单元，采用斜杆连接剪刀式铰链实现整个天线系统的收拢与展开，并为整个天线提供支撑；其中m≥6，且为6的整数倍；所述的内索网位于剪刀式桁架结构所形成空间的内部，由柔索编织而成的上内索网和下内索网组成，上内索网和下内索网分别与剪刀式桁架结构相连接；所述的外索网由柔索编织而成的上外索网和下外索网组成，其中上外索网位于剪刀式桁架结构形成空间的上端面，下外索网位于剪刀式桁架结构形成空间的下端面；上外索网和下外索网分别与剪刀式桁架结构相连接；所述的竖向索位于剪刀式桁架结构形成空间的内部，分别连接上内索网与下内索网、上内索网与上外索网、下内索网与下外索网；所述的金属丝网附着在上内索网的下表面以及下内索网的上表面，并与内索网构成天线系统曲面复用的反射面。上述的剪刀式桁架结构的每个展开单元包括固定接头、滑动接头、剪刀式铰链、竖杆以及斜杆；所述固定接头设于竖杆的上、下两端，所述滑动接头与竖杆滑动连接，所述固定接头以及滑动接头还分别通过斜杆与剪刀式铰链连接。上述固定接头包括挂索螺杆与固定接头主体，固定接头主体的下表面与竖杆的上端连接；挂索螺杆设于固定接头主体面朝剪刀式桁架结构中心线的侧面上；其中位于竖杆上端的固定接头的挂索螺杆连接上外索网；位于竖杆下端的固定接头的挂索螺杆连接下外索网；所述固定接头主体由向剪刀式桁架结构中心线方向倾斜的左右对称的两端组成，该两端之间的夹角为(180×(m-2))/m度；所述滑动接头包括滑动接头主体以及位于滑动接头主体面朝剪刀式桁架结构中心线的侧面上的挂索螺杆；所述滑动接头主体的两端分别与斜杆连接，滑动接头主体的中部与竖杆滑动连接；滑动接头主体上的挂索螺杆内索网相连接；所述剪刀式铰链的四个臂分别与一根斜杆相连，通过剪刀展开、合拢的方式实现整个天线结构的展开与收拢。上述上内索网、下内索网、上外索网以及下外索网的网孔均编织成三角形形状。上述竖向索包括上竖向索、中竖向索和下竖向索，其中上竖向索连接上内索网与上外索网，中竖向索连接下内索网与上内索网，下竖向索连接下内索网与下外索网。上述金属丝网由镀金钼丝或镀金钨丝编织丝网构成，包括上金属丝网和下金属丝网，其中上金属丝网附着在上内索网的下表面，下金属丝网附着在下内索网的上表面。本专利技术的有益效果：针对现有结构的网状可展开天线只能实现常规点波束方向图的问题，本专利技术在剪刀式桁架展开结构天线基础上，采用内外多层索网结构形成天线结构，以内索网与其内侧的金属丝网为天线反射面。该结构一方面可以提供常规点波束方向图，另一方面可以通过内外索网索张力设计，使得内索网呈现出局部凸起与凹陷的效果，进而实现内索网反射面曲面赋形，提供包括赋形波束在内的特殊波束方向图；同时，该结构内外索网结构均由两部分组成，两部分均可作为天线反射面实现点波束与特殊波束，即一部天线可以同时实现多种功能，以曲面复用的方式最大限度地提高了天线结构的利用率。本专利技术不仅解决了原有结构只能实现常规点波束方向图的问题，还为包括赋形波束在内的特殊波束方向图实现提供了可能，同时天线结构曲面复用的方式，既结构简单，又功能齐全。由于采用了剪刀式桁架展开结构，天线收拢后的高度仅仅为桁架结构竖杆的长度，本专利技术提出的天线结构继承了剪刀式桁架结构天线收拢体积小的优点。本专利技术与现有技术相比具体包括以下优点：1.本专利技术采用了内外多层索网结构，通过索张力设计可以使得内索网呈现出局部凸起与凹陷的效果，进而实现内索网与金属丝网构成的反射面曲面赋形，提供包括赋形波束在内的特殊波束方向图的目的；2.本专利技术采用的内外索网结构均有两部分构成，两部分均可为天线反射面实现点波束与特殊波束，即一部天线可以同时实现多种功能，以曲面复用的方式最大限度地提高了天线结构的利用率，结构简单，功能齐全。3.本专利技术采用了剪刀式桁架结构为整个天线系统的支撑结构形式，该剪刀式桁架结构可收拢与展开，在收拢时只占有较少空间，收拢高度为剪刀式桁架结构的竖杆高，相比于同尺寸的基于AstroMesh结构的网状可展开天线，收拢体积显著减少，发射成本得到降低。以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术的整体展开结构示意图；图2是本专利技术的剪刀式桁架结构示意图；图3是本专利技术中剪刀式桁架结构上的固定接头示意图；图4是本专利技术中固定接头内的挂索螺杆示意图；图5是本专利技术中剪刀式桁架结构上的滑动接头示意图；图6是本专利技术中剪刀式桁架结构上的剪刀式铰链示意图；图7是本专利技术中内索网与金属丝网构成的反射面示意图；图8是本专利技术中外索网示意图；图9是本专利技术中竖向索、内索网、外索网结构示意图；图10是本专利技术的天线结构收拢示意图；图11是本专利技术同时实现赋形波束与点波束示意图；附图标记说明：1、剪刀式桁架结构；2、内索网；3、外索网；4、竖向索；5、金属丝网；1本文档来自技高网...

【技术保护点】
面向特殊波束应用的剪刀式曲面复用网状可展开天线，包括剪刀式桁架结构(1)、内索网(2)、外索网(3)、竖向索(4)、金属丝网(5)，其特征在于：所述的剪刀式桁架结构(1)包括m个展开单元，采用斜杆(15)连接剪刀式铰链(13)实现整个天线系统的收拢与展开，并为整个天线提供支撑；其中m≥6，且为6的整数倍；所述的内索网(2)位于剪刀式桁架结构(1)所形成空间的内部，由柔索编织而成的上内索网(21)和下内索网(22)组成，上内索网(21)和下内索网(22)分别与剪刀式桁架结构(1)相连接；所述的外索网(3)由柔索编织而成的上外索网(31)和下外索网(32)组成，其中上外索网(31)位于剪刀式桁架结构(1)形成空间的上端面，下外索网(32)位于剪刀式桁架结构(1)形成空间的下端面；上外索网(31)和下外索网(32)分别与剪刀式桁架结构(1)相连接；所述的竖向索(4)位于剪刀式桁架结构(1)形成空间的内部，分别连接上内索网(21)与下内索网(22)、上内索网(21)与上外索网(31)、下内索网(22)与下外索网(32)；所述的金属丝网(5)附着在上内索网(21)的下表面以及下内索网(22)的上表面，并与内索网(2)构成天线系统曲面复用的反射面。...

【技术特征摘要】
1.面向特殊波束应用的剪刀式曲面复用网状可展开天线，包括剪刀式桁架结构(1)、内索网(2)、外索网(3)、竖向索(4)、金属丝网(5)，其特征在于：所述的剪刀式桁架结构(1)包括m个展开单元，采用斜杆(15)连接剪刀式铰链(13)实现整个天线系统的收拢与展开，并为整个天线提供支撑；其中m≥6，且为6的整数倍；所述的内索网(2)位于剪刀式桁架结构(1)所形成空间的内部，由柔索编织而成的上内索网(21)和下内索网(22)组成，上内索网(21)和下内索网(22)分别与剪刀式桁架结构(1)相连接；所述的外索网(3)由柔索编织而成的上外索网(31)和下外索网(32)组成，其中上外索网(31)位于剪刀式桁架结构(1)形成空间的上端面，下外索网(32)位于剪刀式桁架结构(1)形成空间的下端面；上外索网(31)和下外索网(32)分别与剪刀式桁架结构(1)相连接；所述的竖向索(4)位于剪刀式桁架结构(1)形成空间的内部，分别连接上内索网(21)与下内索网(22)、上内索网(21)与上外索网(31)、下内索网(22)与下外索网(32)；所述的金属丝网(5)附着在上内索网(21)的下表面以及下内索网(22)的上表面，并与内索网(2)构成天线系统曲面复用的反射面。2.根据权利要求1所述的面向特殊波束应用的剪刀式曲面复用网状可展开天线，其特征在于：所述的剪刀式桁架结构(1)的每个展开单元包括固定接头(11)、滑动接头(12)、剪刀式铰链(13)、竖杆(14)以及斜杆(15)；所述固定接头(11)设于竖杆(14)的上、下两端，所述滑动接头(12)与竖杆(14)滑动连接，所述固定接头(11)以及滑动接头(12)还分别通过斜杆(15)与剪刀式铰链(13)连接。3.根据权利要求2所述的面向特殊波束应用的剪刀式曲面复用网状可展开天线，其特征在于：所述固定接头(11)包括挂索螺杆(16)与固定接头主体(111)，固定接头主体(111)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张树新，张逸群，姜文明，段宝岩，杜敬利，宋立伟，杨东武，崔传贞，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61