一种用于星载太阳耀斑观测的超轻宽温域毫米波天线及方法技术

本发明专利技术涉及一种用于星载太阳耀斑观测的超轻宽温域毫米波天线及方法，包括主反射面、桁架杆、副反射面、馈源、金属埋件；副反射面通过桁架杆连接馈源，馈源设置在金属埋件上，主反射面粘接在金属埋件上。本发明专利技术作为天基星载天线，它避免了粒子经过地球大气时，氧气峰邻域信号由于受大气吸收和湍动影响导致的衰减。本发明专利技术天线主反射面、副反射面所采用的碳纤维增强型环氧树脂复合材料的热膨胀系数小，可以实现在外太空零下70℃到120℃的温度范围内的镜面零膨胀，进而保证天线正常工作。并且，这种材料的质量密度很小，整体质量小于1.5kg，使发射成本大大降低。而且，这种材料的强度和刚度都较高，可保证天线结构不易损坏。可保证天线结构不易损坏。可保证天线结构不易损坏。

【技术实现步骤摘要】
一种用于星载太阳耀斑观测的超轻宽温域毫米波天线及方法


[0001]本专利技术属于星载射电天线领域，尤其涉及一种用于星载太阳耀斑观测的超轻宽温域毫米波天线及方法。

技术介绍

[0002]太阳耀斑是太阳活动的重要表现，是太阳表面局部区域突然和大规模的能量释放过程，引起局部区域瞬时加热，向外发射各种电磁辐射，并伴随粒子辐射突然增强，所辐射出的光的波长横跨整个电磁波谱。目前地面太阳射电设备主要集中20GHz以下，在30
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100GHz频段的毫米波仅少数设备，且大都关停。但是由于太阳爆发产生的毫米波辐射的高能电子对空间设施、深空探测安全具有致命威胁。它可以轻松击穿卫星蒙皮，导致星内充放电，破坏星载设备，另外对航天员的身体健康也有一定影响。因此，针对毫米波辐射的观测尤为重要。而毫米波传播到地球表面的过程中，氧气峰邻域信号受大气吸收和湍动影响较大，水汽会吸收一部分毫米波，因此地面设备探测到的毫米波谱段将有所缺失，故必须采用星载天线，降低地球大气对信号的影响。目前国内对毫米波研究较少，没有针对毫米波波段的星载天线。此外，太空中温度变化范围较大，一般的金属材料热膨胀系数高，受温度影响产生的形变较大，不可用于天线的材料。再者，作为天基卫星天线，其重量不能超过1.5kg。所以需要一种新型超轻宽温域的星载毫米波天线。

技术实现思路

[0003]为了克服上述困难，本专利技术提供了一种用于星载太阳耀斑观测的超轻宽温域毫米波天线，此天线采用了卡塞格林系统，这种系统具有尺寸小，结构紧凑，天线增益高的特点，可提高天线对于信号接收的方向性和效率。天线主反射面采用碳纤维环氧树脂复合材料，具有高刚度，低密度的特点，且通过一定的铺层方式可以实现在外太空零下70℃到120℃的温度范围内镜面零膨胀。经验证，此天线可满足设计要求，达到收集太阳耀斑爆发产生的毫米波谱段的数据的目的，从而使科研人员可开展创新研究。
[0004]本专利技术的主要构思是：首先，在光学系统设计方面，天线的用途是面向太阳接受来自太阳耀斑爆发时的毫米波谱段的信号，所以需要较高的方向指向性和天线效率以及增益。考虑到作为天基卫星天线，其口径和纵向尺寸都有一定限制，结构要尽量紧凑，最终天线系统选择了卡塞格林天线系统。其次，在天线材料的选择上，此天线作为天基星载天线，天线的重量与发射成本直接相关，因此要选择低密度的材料。更重要的是，星载天线处于冷黑外太空，温度变化较大，要保证天线在零下70℃到120℃范围内正常工作，镜面曲线不能产生变形，材料的必须具有低热膨胀系数的特点。而传统的金属材料无法满足这两个要求。
[0005]近年来，一种新型碳纤维环氧树脂复合材料快速发展，这种材料完美满足这两个要求，它刚度强度高，密度低，热膨胀系数也很低。天线主反射面可通过[0
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]2/共八层的铺层方式保证其镜面各向同性，实现反射面内零膨胀。因此主反射面的材料采用了碳纤维增强型环氧树脂复合材料，并采用了模具成型工艺，材料铺层方式采用准各向
同性对称铺层方式，[0
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]2/共八层，每层单向层厚度0.1mm。
[0006]本专利技术的技术方案为：
[0007]一种用于星载太阳耀斑观测的超轻宽温域毫米波天线，包括主反射面、桁架杆、副反射面、馈源、金属埋件；
[0008]所述副反射面通过所述桁架杆连接所述馈源，所述馈源设置在所述金属埋件上，所述主反射面粘接在所述金属埋件上。
[0009]进一步优选的，所述主反射面采用环氧树脂胶粘接在所述金属埋件上。
[0010]根据本专利技术优选的，所述主反射面为采用纤维增强型环氧树脂复合材料的旋转抛物面，所述副反射面为采用金属材质的旋转椭圆面。
[0011]根据本专利技术优选的，所述天线还包括馈源隔热垫，所述馈源隔热垫安装在所述馈源的底端。
[0012]根据本专利技术优选的，所述天线还包括上端支架、下端支架；
[0013]所述桁架杆的上、下端分别与所述上端支架、下端支架相连，所述副反射面与所述上端支架相连；所述下端支架安装在所述金属埋件上。
[0014]根据本专利技术优选的，所述天线还包括上端垫片、下端垫片；
[0015]所述副反射面和所述上端垫片位于所述上端支架上方，所述上端垫片位于所述副反射面与所述上端支架之间；所述副反射面通过螺钉与上端支架连接；所述下端支架与所述金属埋件之间安装有所述下端垫片。
[0016]根据本专利技术优选的，所述天线还包括馈源垫片；所述馈源与所述金属埋件之间安装有所述馈源垫片。
[0017]根据本专利技术优选的，所述馈源为轴向槽圆锥喇叭形。
[0018]根据本专利技术优选的，所述桁架杆的数量为三根，材质为钛合金。
[0019]根据本专利技术优选的，所述金属埋件的材质为钛合金。所述上端垫片、下端垫片、馈源垫片的材质为钛合金。
[0020]一种通过上述超轻宽温域毫米波天线进行星载太阳耀斑观测的方法，包括步骤如下：
[0021]首先，太空中太阳耀斑爆发产生的高能电磁波传播到达所述主反射面；
[0022]然后，经过所述主反射面和所述副反射面的两次反射后，高能电磁波进入所述馈源；
[0023]最后，高能电磁波通过所述馈源进入后端接收机；接收机将滤去其它频段电磁波，把毫米波频段的电磁波信号保留下来，并将该毫米波频段的电磁波信号加工、转化成可供记录、显示的形式，终端设备把毫米波频段的电磁波信号记录下来，并经过处理显示出来。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下的积极效果：
[0025]1、本专利技术作为天基星载天线，它避免了粒子经过地球大气时，氧气峰邻域信号由于受大气吸收和湍动影响导致的衰减。
[0026]2、本专利技术天线主反射面、副反射面所采用的碳纤维增强型环氧树脂复合材料的热膨胀系数小，通过[0
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]2/共八层的铺层方式，可以实现在外太空零下70℃到120℃的温度范围内的镜面零膨胀，进而保证天线正常工作。并且，这种材料的质量密度很小，整体质量小于1.5kg，使发射成本大大降低。而且，这种材料的强度和刚度都较高，可保
证天线结构不易损坏。经过hypermesh和patran软件的模拟仿真计算后，天线的前十阶频率都较高，在火箭发射阶段不会因为剧烈振动而损坏天线结构，保证了天线整体结构的完整性。
附图说明
[0027]图1为本专利技术一实施例用于星载太阳耀斑观测的超轻宽温域毫米波天线的剖面侧视图；
[0028]图2为本专利技术一实施例的馈源的结构尺寸图；
[0029]图3为本专利技术一实施例的金属埋件的结构尺寸图；
[0030]其中，1、副反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于星载太阳耀斑观测的超轻宽温域毫米波天线，其特征在于，包括主反射面、桁架杆、副反射面、馈源、金属埋件；所述副反射面通过所述桁架杆连接所述馈源，所述馈源设置在所述金属埋件上，所述主反射面粘接在所述金属埋件上；进一步优选的，所述主反射面采用环氧树脂胶粘接在所述金属埋件上。2.根据权利要求1所述的一种用于星载太阳耀斑观测的超轻宽温域毫米波天线，其特征在于，所述主反射面为采用纤维增强型环氧树脂复合材料的旋转抛物面，所述副反射面为采用金属材质的旋转椭圆面。3.根据权利要求1所述的一种用于星载太阳耀斑观测的超轻宽温域毫米波天线，其特征在于，所述天线还包括馈源隔热垫，所述馈源隔热垫安装在所述馈源的底端。4.根据权利要求1所述的一种用于星载太阳耀斑观测的超轻宽温域毫米波天线，其特征在于，所述天线还包括上端支架、下端支架；所述桁架杆的上、下端分别与所述上端支架、下端支架相连，所述副反射面与所述上端支架相连；所述下端支架安装在所述金属埋件上。5.根据权利要求4所述的一种用于星载太阳耀斑观测的超轻宽温域毫米波天线，其特征在于，所述天线还包括上端垫片、下端垫片；所述副反射面和所述上端垫片位于所述上端支架上方，所述上端垫片位于所述副反射面与所述上端支架之间；所述副反射面通过螺钉与上端支架连接；所述下端支架...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏磊，杨林，曹宇航，陈耀，王岩松，胡自强，樊元朋，王煜皓，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：