专利名称：伞式可展开网状天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种伞式可展开网状天线，可用于X波段的星载合成孔径雷达系统。
背景技术：
星载合成孔径雷达(SAR)能够全天候全天时地实现对地球表面的观测，获得地面目标的高分辨率图像，在国民经济和国防领域有着广泛的应用前景。星载SAR天线系统是星载合成孔径雷达系统的一个重要组成部分，主要由天线和天线伸展机构组成，天线的组成依天线形式而定。对于抛物面天线，它包括反射面和馈源。对于平面阵天线，它包括阵面和馈电网络。目前成功应用的、典型的主要有平面阵天线、网状抛物面天线和实体抛物面天线等类型。网状抛物面天线结构主要有两种形式，一种是类似于伞状结构，另一种是利用大量可展开桁架单元，由铰链连接构成支撑骨架，再在支撑骨架上铺设金属网。其特点是具有重量轻、结构刚度大、精度高和可方便地构造成各种曲面形状等。尽管金属网网面不同于实体表面，是不连续的，但仍然能够反射高达40GHz频率的无线电波。网状抛物面天线具有重量轻、口径尺寸大、效率高等特点，在星载SAR领域得到了越来越多的重视和应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种伞式可展开网状天线。为实现上述目的，本发明提供的伞式可展开网状天线，其结构为一底座，固定有一中心实体反射面，与中心实体反射面呈垂直地连接有若干根波导型支撑杆；底座的边缘四周固定有多个铰链机构，该多个铰链机构上分别连接一径向肋， 使该中心实体反射面的四周均布有可收拢或展开的径向肋；径向肋表面上固定有反射丝网，与中心实体反射面一起构成所需的反射面；径向肋上固定有槽式压紧块，槽式压紧块的槽中设有环形压紧绳；收紧环形压紧绳将径向肋约束为收拢状态，形成首尾闭合的环形结构；环形压紧绳连接一切割器，用以切断环形压紧绳，由该铰链机构提供驱动力矩以展开径向肋；波导型支撑杆的内部含有多个馈电波导通道，用于微波传输和结构支撑；多波束馈源喇叭阵列安装在支撑杆的顶部，通过异形波导与支撑杆连接，用于发射和接收微波信号。所述的伞式可展开网状天线，其中该底座为轮毂式底座。所述的伞式可展开网状天线，其中该底座由碳纤维环氧树脂复合材料制成。所述的伞式可展开网状天线，其中该径向肋由碳纤维环氧树脂复合材料制成。所述的伞式可展开网状天线，其中该反射丝网是缝合在径向肋的表面上。所述的伞式可展开网状天线，其中该压紧块为楔形槽式压紧块。所述的伞式可展开网状天线，其中该波导型支撑杆由碳纤维环氧树脂复合材料制成。所述的伞式可展开网状天线，其中该多波束馈源喇叭阵列由多个喇叭构成。
所述的伞式可展开网状天线，其中该异形波导连接支撑杆的波导口和多波束馈源喇叭阵列的馈电喇叭。本发明的伞式可展开网状天线，具有重量轻、收拢体积小、展开口径大、效率高的特点。天线口面尺寸能够达到直径3 6m，可用于X波段或更高频段的星载合成孔径雷达系统。
图1为本发明伞式可展开网状天线展开状态的立体视图。图2为图1的另一角度的立体视图。图3为本发明伞式可展开网状天线收拢状态的立体视图。图4图3的另一角度的立体视图。图5为本发明波导型支撑杆与多波束馈源的立体视图。图6为本发明多波束馈源喇叭阵列的立体视图。图7为多波束喇叭阵列与波导型支撑杆间异形波导的立体视图。图8为多通道的波导型支撑杆的立体视图。图9A为铰链机构收拢状态的立体视图。图9B为铰链机构展开状态的立体视图。图10为楔形槽式压紧块与环形压紧绳的立体视图。附图中主要组件符号说明1轮毂式底座；2中心实体反射面；3径向肋；4反射丝网；5铰链机构；6波导型支撑杆；7多波束喇叭阵列；8异形波导；9压紧块；10切割器；11压紧绳。
具体实施例方式本发明的伞式可展开网状天线，主要由两个部分组成，一是伞式可展开网状反射器，二是由多个喇叭组成的多波束馈源。其中，网状反射器主要由中心实体反射面、径向肋以及铺设在径向肋上的反射丝网构成。多波束馈源主要由波导型支撑杆、喇叭阵列以及异形波导构成。本发明的伞式可展开网状天线整体结构为一轮毂式底座上固定有一个中心实体反射面、若干根径向肋和若干根波导型支撑杆；径向肋采用铰链机构与轮毂式底座进行连接，均布在中心实体反射面的周围；楔形槽式压紧块固定在径向肋上，环形压紧绳位于压紧块的槽中；铰链机构提供驱动力矩将径向肋展开，并将径向肋锁定在预定的位置上；反射丝网缝合在这些径向肋的表面上，与中心实体反射面一起构成所需的反射面；波导型支撑杆的内部含有多个馈电波导通道，用于微波传输和结构支撑；多波束馈源喇叭阵列位于支撑杆的顶部，通过异形波导与支撑杆连接，用于发射和接收微波信号。下面结合附图作进一步的描述。请参阅图1 图10，是本发明伞式可展开网状天线的构型和组成示意图。伞式可展开网状天线主要由轮毂式底座、中心实体反射面、径向肋、反射丝网、铰链机构、波导型支撑杆、多波束馈源喇叭阵列、异形波导、压紧块、压紧绳和切割器等组成。其中，轮毂式底座1、中心实体反射面2、径向肋3、波导型支撑杆6均由碳纤维环氧树脂复合材料制成。轮毂式底座1的底面与卫星固定，构成整个天线的基础。中心实体反射面2、铰链机构5、波导型支撑杆6都直接安装在底座1上。径向肋3与铰链机构5连接，由其驱动展开并锁定在预定的位置上。反射丝网4铺设在径向肋3的表面上，与中心实体反射面2 一起构成所需的反射面。波导型支撑杆6的内部含有多个馈电波导通道，不仅用于支撑多波束馈源喇叭阵列7，还用于微波传输。异形波导8连接了波导型支撑杆6和多波束馈源喇叭阵列7。楔形槽式压紧块9固定在径向肋3上，和环形压紧绳11 一起将天线锁定在收拢状态。火工品切割器10能够切断压紧绳11，释放天线展开。本实施例的伞式可展开网状天线为旋转抛物面天线，总质量约2^g，其抛物面焦距为1. lm。中心实体反射面2的直径为0. 8m,收拢状态时，天线的总高度约为1. 3m ；展开状态时，天线反射面口面直径为:3m。本实施例采用了由楔形槽式压紧块9、环形压紧绳11和火工品切割器10组成的压紧和释放机构将伞式可展开网状天线固定在收拢状态。压紧块9安装在径向肋3上，压紧绳11收紧在压紧块9的槽中，详见图3、图4和图10。收拢时，逐渐收紧压紧绳11，使得每根径向肋上的压紧块逐渐向天线中心轴线方向靠拢，直至互相接触不能再向内靠拢，形成一个首尾闭合的环形结构。此时固定压紧绳 11，将天线约束为收拢状态。展开时，切割器10通电起爆，切断压紧绳11，压紧绳11从压紧块9的槽中松脱，径向肋3在其根部铰链机构的驱动下逐渐向外展开至预定位置。压紧块9在径向肋3上的安装位置，对收拢状态天线的固有频率有较大的影响。本实施例以收拢状态天线固有频率最大化为目标，对压紧块9的安装位置进行了优化设计和计算，并达到了优化目的。本实施例的铰链机构5采用了在卫星太阳翼展开机构中广泛使用的可展开铰链。 在每根径向肋的根部都安装有一套铰链机构，铰链机构由卷簧提供驱动力矩，由锁定销锁定径向肋的位置，详见图9A。铰链机构5的旋转轴线的位置和方向使得收拢状态的天线具有最小的包络尺寸。径向肋3由铰链机构5驱动逐渐展开并锁定至预定位置后，伞式可展开网状天线即处于展开状态，详见图9B。本实施例的伞式可展开网状天线共有45根径向肋，径向肋的表面为旋转抛物面。 采用碳纤维环氧树脂复合材料制成的径向肋具有很高的热稳定性。反射丝网4铺设在这些径向肋的表面上，依靠丝网的内部张力、径向肋的刚度和热稳定性、铰链机构的锁紧刚度， 展开状态下，反射丝网构成了一个平整的、有张力的、稳定的网状抛物面。详见图1 图4。本实施例的伞式可展开网状天线共有三根波导型支撑杆，其底端与轮毂式底座1 连接，顶端与异形波导8和多波束馈源喇叭阵列7连接。每根波导型支撑杆内部均含有三条馈电波导通道，兼顾了微波传输和结构支撑的作用。其采用碳纤维环氧树脂复合材料一次成型，内表面进行了金属化处理，微波传输特性与传统波导相当，结构刚度和强度高于传统波导。详见图5和图8。本实施例的多波束馈源喇叭阵列7由9个不同尺寸的馈电喇叭组成。其中的八个馈电喇叭为垂直线极化的E面扇形喇叭，每四个构成一组线阵，共两组；另一个单独的馈电喇叭为水平线极化的角锥喇叭。中间的喇叭线阵采用相邻两个喇叭组合工作，四个喇叭两两组合，可形成三个波束。同时，可与左侧的喇叭线阵配合进行功能的扩展，采用每个喇叭单独工作，可形成八个扫描波束。详见图6。本实施例的多波束馈源喇叭阵列不仅可以实现合成孔径雷达的条带式工作模式、 还可以实现扫描工作模式和多极化工作模式。本实施例的异形波导8由9段不同尺寸和构型的馈电波导组成，分别连接了三根波导型支撑杆的9个波导口和多波束馈源喇叭阵列7的9个馈电喇叭。由于每个波导口和每个馈电喇叭的位置和方向均不同，在有限的过渡空间内，异形波导8的构型经过了精心的优化设计，保证了其微波传输特性。详见图7。
权利要求
1.一种伞式可展开网状天线，其结构为一底座，固定有一中心实体反射面，与中心实体反射面呈垂直地连接有若干根波导型支撑杆；底座的边缘四周固定有多个铰链机构，该多个铰链机构上分别连接一径向肋，使该中心实体反射面的四周均布有可收拢或展开的径向肋；径向肋表面上固定有反射丝网，与中心实体反射面一起构成所需的反射面；径向肋上固定有槽式压紧块，槽式压紧块的槽中设有环形压紧绳；收紧环形压紧绳将径向肋约束为收拢状态，形成首尾闭合的环形结构；环形压紧绳连接一切割器，用以切断环形压紧绳，由该铰链机构提供驱动力矩以展开径向肋；波导型支撑杆的内部含有多个馈电波导通道，用于微波传输和结构支撑；多波束馈源喇叭阵列安装在支撑杆的顶部，通过异形波导与支撑杆连接，用于发射和接收微波信号。
2.如权利要求1所述的伞式可展开网状天线，其中，该底座为轮毂式底座。
3.如权利要求1或2所述的伞式可展开网状天线，其中，该底座由碳纤维环氧树脂复合材料制成。
4.如权利要求1所述的伞式可展开网状天线，其中，该径向肋由碳纤维环氧树脂复合材料制成。
5.如权利要求1所述的伞式可展开网状天线，其中，该反射丝网是缝合在径向肋的表面上。
6.如权利要求1所述的伞式可展开网状天线，其中，该压紧块为楔形槽式压紧块。
7.如权利要求1所述的伞式可展开网状天线，其中，该波导型支撑杆由碳纤维环氧树脂复合材料制成。
8.如权利要求1所述的伞式可展开网状天线，其中，该多波束馈源喇叭阵列由多个喇叭构成。
9.如权利要求1所述的伞式可展开网状天线，其中，该异形波导连接支撑杆的波导口和多波束馈源喇叭阵列的馈电喇叭。
全文摘要
一种伞式可展开网状天线一底座，固定有一中心实体反射面，与中心实体反射面呈垂直地连接有若干根波导型支撑杆；底座的边缘四周固定有多个铰链机构，该多个铰链机构上分别连接一径向肋，使该中心实体反射面的四周均布有可收拢或展开的径向肋；径向肋表面上固定有反射丝网，与中心实体反射面一起构成所需的反射面；径向肋上固定有槽式压紧块，槽式压紧块的槽中设有环形压紧绳；收紧环形压紧绳将径向肋约束为收拢状态，形成首尾闭合的环形结构；环形压紧绳连接一切割器，用以切断环形压紧绳，由该铰链机构提供驱动力矩以展开径向肋；波导型支撑杆的内部含有多个馈电波导通道；多波束馈源喇叭阵列安装在支撑杆的顶部，通过异形波导与支撑杆连接。
文档编号H01Q19/10GK102447156SQ20101051405
公开日2012年5月9日 申请日期2010年10月13日 优先权日2010年10月13日
发明者熊永虎, 高文军 申请人:中国科学院电子学研究所