一种在轨3D打印反射面天线制造技术

本发明专利技术公开了一种在轨3D打印反射面天线，包括主反射面和馈源组件；所述主反射面的母线为抛物线，通过在轨3D打印成型，从主反射面中心开始3D打印，呈螺旋盘绕方式逐圈进行，相邻螺旋线中内圈螺旋线外侧嵌入外圈螺旋线内侧并融合成一体，打印完所有螺旋线后形成抛物面，该抛物面为主反射面的内凹面，同时为主反射面的工作面，起主体辐射作用；所述馈源组件通过支杆安装于在轨卫星的安装板上、在轨卫星上或主反射面上，馈源组件位于主反射面的内凹面中心的正上方，并与主反射面的中心保持设定距离；本发明专利技术采用单反射面天线或双反射面天线，均能够在轨3D打印成型，实现天线辐射。实现天线辐射。实现天线辐射。

【技术实现步骤摘要】
一种在轨3D打印反射面天线


[0001]本专利技术属于微波天线
，具体涉及一种在轨3D打印反射面天线。

技术介绍

[0002]3D打印技术，也称为增材制造(additive manufacturing，AM)，即快速成型技术，自1988年世界首台快速成型设备专利技术以来，随着技术进步得到了快速发展。至今已发展出十几种3D打印技术，与传统制造工艺相比，3D打印技术突破了传统工艺的多方面局限，可以制造结构复杂、质量轻便和高强度器件，尤其是在微波天线领域。随着工艺、材料、设备的日益完善，3D打印技术逐渐发展成为一门前沿技术，使用3D打印技术可以加快新产品的研发速度、降低成本、提高经济效益。在微波天线领域，使用3D打印技术可以制造出多种形式的低成本和高精度的天线设备。目前，对微波和毫米波应用的研究主要集中在粉床熔合、材料挤压、材料喷射和光聚。在轨3D打印，通过发射原材料和3D打印设备到目标轨道，制造航天器及零部件，或在地外天体上就地取材的制造。未来航天结构将向“轻量化、大展开”方向发展，支撑结构达到百米甚至公里级，传统地面建造、在轨展开组装的模式，已经成为制约大型空间结构发展的瓶颈。相对于传统地面制造——收拢发射——在轨展开/组装运行的模式，在轨3D打印通过发射材料——在轨制造的模式，具有空间结构尺寸不受限制、无需考虑主动段力学环境的优势。
[0003]可以3D打印的天线形式多样，例如陈建明等人申请的国家专利技术专利《一种龙勃透镜阵列收发天线装置的制作方法及装置》(专利号：CN201810801836.X)和李青嵩申请的国家专利技术专利《一种拆装和调星方便的3D打印卫星天线》(专利号：CN201611269108.6)。前者设计了一种龙勃透镜阵列收发天线装置，通过采用电磁透镜对电磁信号的增强反射特性原理，采用特殊配置不同介电常数ABS材料进行3D打印方式，得到一种龙勃透镜阵列天线装置，装置精度高、成本低、材料宜得、重量轻、具有良好的宽角响应，作为龙勃透镜阵列天线装置，可应用于目标位置搜索、检测、定位、跟踪等。同时，该专利技术所得到的装置采用龙勃透镜结构与不同阵列方式，通过改变球壳数、半径、制作材料的介电常数、金属反射面的大小与位置以及阵列方式以满足不同性能的需求，但是该装置体积大，加工工艺复杂。后者设计了一种拆装和调星方便的3D打印卫星天线，其包括由3D打印制成的塑料锅面，锅面的一侧边沿设有连接台，连接台上设有安装高频头和馈源夹的馈源管，馈源夹上设有方便调星的万向节。其特点是馈源管长度缩短，并固定在锅面的一侧，降低了安装难度和成本。锅面与调节件连接件一体成型并直接与调节件相连，方便安装和便于携带，使用塑料锅面，在锅面上设置反射卫星天线信号的金属涂层。但是它采用常规的单反射面天线形式，天线效率较低，且未对天线3D打印成型进行说明。
[0004]以“3D打印天线”为关键词对论文和专利进行检索，目前3D打印天线的研究多集中于3D打印龙勃透镜天线和天线部组件等，鲜有针对3D打印反射面天线，尤其是3D打印双反射面天线(环焦天线和卡塞格伦天线等)进行研究的。因此，以“在轨3D打印天线”为关键词对论文和专利进行检索，未检索到相关内容。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，针对现有技术存在的不足，克服现有技术存在的缺陷，本专利技术提供了一种在轨3D打印反射面天线，采用单反射面天线或双反射面天线，均能够在轨3D打印成型，实现天线辐射。
[0006]本专利技术是通过下述技术方案实现的：
[0007]一种在轨3D打印反射面天线，包括主反射面和馈源组件；
[0008]所述主反射面的母线为抛物线，通过在轨3D打印成型，从主反射面中心开始3D打印，呈螺旋盘绕方式逐圈进行，相邻螺旋线中内圈螺旋线外侧嵌入外圈螺旋线内侧并融合成一体，打印完所有螺旋线后形成抛物面，该抛物面为主反射面的内凹面，同时为主反射面的工作面，起主体辐射作用；
[0009]所述馈源组件通过支杆安装于在轨卫星的安装板上、在轨卫星上或主反射面上，馈源组件位于主反射面的内凹面中心的正上方，并与主反射面的中心保持设定距离。
[0010]进一步的，还包括副反射面；所述副反射面的母线为双叶双曲面的一支或椭圆，通过与主反射面同样的方法3D打印成型；
[0011]所述馈源组件和副反射面均通过支杆安装于主反射面内凹面的中心；副反射面位于主反射面内凹面的中心的正上方，并与主反射面内凹面的中心留有设定间距，馈源组件位于主反射面和副反射面之间。
[0012]进一步的，所述的螺旋线直径大小和相邻螺旋线嵌入深度与天线工作频率相关；频率越高，螺旋线直径越小，相对嵌入深度越深。
[0013]进一步的，所述主反射面的在轨3D打印材料可采用非金属的介质材料，也可采用金属材料；当采用介质材料时，需进行金属化处理，即在介质材料成型的主反射面表面喷涂金属涂层；或者也可以采用两种挤出头同步打印介质材料和金属材料。
[0014]进一步的，所述馈源组件可采用喇叭天线、脊喇叭天线、Vivaldi天线或振子天线。
[0015]进一步的，根据主反射面在在轨卫星上的安装方式，可直接在轨3D打印安装在在轨卫星的安装板上或在轨卫星本体外壳上，也可以先在轨3D打印好主反射面，再3D打印主反射面的支杆，将主反射面天线支撑在在轨卫星上。
[0016]有益效果：
[0017](1)本专利技术的在轨3D打印反射面天线，反射面(包括主反射面和副反射面)采用3D打印方式一体成型，通过在轨3D打印完成，描述了其打印方式，从反射面中心开始3D打印，呈螺旋盘绕方式逐圈进行，相邻螺旋线中内圈螺旋线外侧嵌入外圈螺旋线内侧并融合成一体，打印完所有螺旋线后形成抛物面；反射面无需馈电，避免了3D打印天线馈电部分难以打印的问题，具有工艺实现简单、易于装配和天线效率高的优点。同时结合卫星应用，实现在轨3D打印，解决了在轨3D打印天线馈电难题，可以在轨3D打印超大口径反射面天线，同时无需考虑卫星发射段严苛的力学环境及天线在卫星上的安装位置，可使天线结构重量大幅下降，实现超大型结构。
[0018](2)本专利技术的在轨3D打印反射面天线，天线可以是单反射面天线，也可以是双反射面天线，包括环焦或卡塞格伦天线形式，扩大了本专利技术的应用范围。
[0019](3)本专利技术的在轨3D打印反射面天线，反射面可以采用先介质3D打印后金属化处理的方式，也可以直接采用金属3D打印的方式，均能实现反射面的3D打印，工艺简单，易于
实现。
[0020](4)本专利技术的在轨3D打印反射面天线，馈源组件可以是任意形式的高相位稳定度馈源，包括喇叭天线、脊喇叭天线、Vivaldi天线、振子天线等，根据不同的馈源形式，可以实现单频、双频或超宽带辐射。
[0021](5)本专利技术的在轨3D打印反射面天线，根据主反射面在在轨卫星上的安装方式，可直接在轨3D打印安装在在轨卫星的安装板上或在轨卫星本体外壳上，也可以先在轨3D打印好主反射面，再3D打印主反射面的支杆，将主反射面天线支撑在在轨卫星上，实现了反射面安装方式的多样式。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在轨3D打印反射面天线，其特征在于，包括主反射面和馈源组件；所述主反射面的母线为抛物线，通过在轨3D打印成型，从主反射面中心开始3D打印，呈螺旋盘绕方式逐圈进行，相邻螺旋线中内圈螺旋线外侧嵌入外圈螺旋线内侧并融合成一体，打印完所有螺旋线后形成抛物面，该抛物面为主反射面的内凹面，同时为主反射面的工作面，起主体辐射作用；所述馈源组件通过支杆安装于在轨卫星的安装板上、在轨卫星上或主反射面上，馈源组件位于主反射面的内凹面中心的正上方，并与主反射面的中心保持设定距离。2.如权利要求1所述的一种在轨3D打印反射面天线，其特征在于，还包括副反射面；所述副反射面的母线为双叶双曲面的一支或椭圆，通过与主反射面同样的方法3D打印成型；所述馈源组件和副反射面均通过支杆安装于主反射面内凹面的中心；副反射面位于主反射面内凹面的中心的正上方，并与主反射面内凹面的中心留有设定间距，馈源组件位于主反射面和副反射面之间。3.如权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁帆，周佐新，马炳，段江年，丁继锋，程竟爽，高晓艳，孙大媛，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：