CN114503361A - 天线可展开组件 - Google Patents

Abstract

一种天线可展开的组件，包括：一种结构，该结构包括：n对段(4，5)，每对段(4，5)对应于可展开的多边形形状的一条边，一条边的两个段(4，5)之间的n个铰链接头，以及每两条相邻边之间的n个铰链角连杆(6)，使得所述结构能够从基本上圆柱形形状的收起位置改变为具有n条边的基本上平面多边形形状的展开位置；以及反射面(9)，其中，所述可展开组件还包括：两个段(4，5)之间的可展开吊杆(3)，其中可展开吊杆(3)在展开前被收起放置在两个段(4，5)之间，可展开吊杆(3)终止于馈线(1)，馈线(1)对天线进行电磁馈电，并包括夹紧元件(2)，用于在馈线(1)被收起时保持结构闭合，使得馈线(1)在被收起时起到结构支撑元件的作用，在展开时起到天线的电磁馈线的作用；从段(4，5)的背部突出的一组张量元件(8)；以及电缆网络(7)，其能够使反射面(9)成形，使得相应的电缆由张量元件(8)保持。

Description

天线可展开组件

技术领域

本发明涉及一种主要用于空间系统的天线可展开组件，尤其涉及一种用于展开大型抛物面反射器的可展开组件。该组件适用于多种用途，不仅用于展开大型反射器，还用于建造用于地球观测和电信的大型天线，用于建造可折叠卫星组，甚至用于建造空间碎片捕获系统。

背景技术

现有技术中已知有许多可展开的反射器天线结构。

US 4030102 A，涉及“可展开的反射器结构”，公开了一种支撑结构，其展开类似于辐条轮，通过折叠轮辋和可卷绕辐条可缩回到紧凑的体积中，这是一种高效稳定的结构，用于存储、展开和支撑表面(例如雷达和通信天线、屏蔽、地球探测、太阳能电池阵列和太阳能反射器)。

US 3617113 A公开了一种可展开反射器组件，包括：可展开的反射器；一系列可展开面板，其围绕并可操作地连接到所述可展开的反射器，以及展开装置，其可操作地连接到所述一系列可展开面板，用于展开所述一系列可展开面板。所述一系列可展开面板包括：第一可展开面板阵列，其相互连接以在展开时形成基本上开放的圆柱体；和第二可展开面板阵列，其可操作地连接到所述第一可展开面板阵列，所述第二面板阵列相互连接，在展开时形成基本上平坦的环，该环位于这样的平面内：该平面基本垂直于由展开的所述第一面板阵列形成的所述圆柱体的中心轴线。

WO 2009153454 A2公开了一种铰链式折叠结构，其由一组通过铰链方式铰接在一起的元件组成，其中每个元件的每一端都具有铰链，使其能够跨铰链轴(X，Y)连接到另一个元件的端部，铰链的所有枢轴销被构造为使得结构可以采用两极限位置，即展开位置，其中元件彼此或多或少连续以形成椭圆形，以及折叠位置，其中元件聚集在一起并大致平行于彼此。所述元件和铰链既连接到用于控制元件展开的装置，也连接到用于确保元件展开或折叠同时进行的辅助装置。

EP 2482378 A1公开了一种可展开天线，其通过设置成至少三段的四边连杆而具有更大的孔径，并且包括：六个连杆展开机构，其从中心轴径向布置，以便支撑柔性反射器镜面的外边缘部分；以及一个展开驱动机构，其设置在所述六个连杆展开机构的布置中心的下部，用于打开六个连杆展开机构。六个连杆展开机构中的每个连杆展开机构均包括以从六个连杆展开机构所围绕布置的中心轴的位置朝着六个连杆展开机构中的每个连杆展开机构的外侧的顺序布置的第一四边连杆、第二四边连杆和第三四边连杆，使得六个连杆展开机构中的每个连杆展开机构均被构造成可以三段折叠。

WO 2013135298 A1公开了一种用于支撑可展开空间反射器天线的机械支撑环结构。机械支撑环结构可从折叠状态转换为展开状态，包括环形缩放仪，该环形缩放仪具有：多个周向布置的缩放段，这些缩放段是可展开的，用于将机械支撑环结构从折叠状态转换为展开状态；以及多个周向布置的支撑杆，每个缩放段布置在相应一对支撑杆之间，其中每个缩放段包括一对或多对缩放仪杆，该一对或多对缩放仪杆在相应交叉位置彼此横向相交。

EP 2768077 A1公开了一种空间可展开结构，该结构能够从基本圆柱形构造转变为具有n条边的基本平面多边形构造，其包括：n对段，每对段由两个单独的段组成，形成展开结构多边形的一边，使得单个段具有基本垂直的具有棱柱形状的下底，段之间相对于所述下底基本对称，其最长的方向平行于在结构的展开构造中形成的多边形的边；2n个接头，通过其端点连接它们之间的段；以及展开系统，该展开系统基于在相应的关节上同时折叠形成结构的所有段(相对于其相邻段)，以使铰链轴线和锥形轴线与展开配置中的多边形平面保持平行，相同类型的接头之间的展开角度始终保持相同。

这些现有技术配置提供了能够令人满意地操作的可展开结构。然而，它们有一些缺点，例如在发射期间需要大量设备来保持结构折叠，关节和移动组件数量很多，飞行配置和应用的数量非常有限。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于空间系统的反射器的可展开组件，其能够克服上述缺点。

本发明提供了一种天线可展开的组件，包括：

一种结构，包括：

n对段，每对段对应于展开的多边形形状的一边，

n个铰链接头，在一条边的两个段之间，以及

n个铰接角连杆，在每两条相邻边之间的，

使得该结构能够从基本上圆柱形形状的收起位置变成为具有n条边的基本上平面多边形形状的展开位置，以及

反射面，

所述结构还包括：

可展开吊杆，其在两各段之间，其中可展开吊杆在展开前被收起放置在两个段之间，可展开吊杆终止于馈线，其中该馈线对天线进行电磁馈电，并包括夹紧元件，用于在馈线被收起时保持结构闭合，使得馈线在被收起时起到结构支撑元件的作用，在展开时起到天线的电磁馈线的作用，

一组张量元件，其从段的背部突出，以及

电缆网络，其能够使反射面成形，使得相应的电缆由张量元件保持。

与已知配置相比，本发明配置的主要优点是：

可展开抛物面反射器具有简化的几何构型。

在发射配置中提供与现有发射器兼容的减小的收起组件的体积，同时最大化孔径比。

它允许在六边形结构的段内容纳平台的一些子系统，最终形成这样的设计：其中卫星平台和仪器的所有子系统都包含在六边形结构中。

尽管尺寸很大，但结构稳定，这确保了例如由卫星机动引起的波动导致的误差是最小的。

段的大截面以及铰链和锥体的接头允许在展开配置的段之间获得高角度精度。

在系统中稍作修改即可轻松满足各种性能(仅通过改变段的长度即可满足大反射器的直径，仅通过改变段之间的角度即可实现圆形到椭圆形的反射器轮廓)。

在展开过程中，段的运动学使其重心遵循直线模式，便于通过利用重力补偿装置的测试来进行验证。全局质心在展开过程中不会移动，它们可以是固定的或可展开的。

馈线结构支架是收起结构的一个组成部分，当本发明被展开并用作反射器天线时，它在焦点位置起馈线的作用。

将所有东西远离仪器的FoV，放在反射器后面，以提高任务性能。

确保反射器可展开面相对于目标抛物面的精度。

它为干涉辐射计提供了最佳的几何配置，提高了射频干扰(RFI)和分辨率，并降低了噪声。

本发明的可展开组件提供了比现有技术中已知的常规系统中迄今发现的那些更优越的性能。

两个夹紧机构(可以是夹紧带)在发射期间直到展开保持折叠组件。

折叠组件非常紧凑和坚固，允许在发射器可用体积内实现较小系统尺寸。

对于较大或较小的反射器和卫星，展开结构的设计可以很容易地适应不同的尺寸。

虽然对六边形配置进行了描述，但它可以适用于不同数量的边。

这种结构适用于多种用途，不仅用于展开大型反射器，还用于建造用于地球观测和电信的大型天线，建造协同发射的可折叠卫星组，甚至建造空间碎片捕获系统。

本发明的可展开结构也是自支撑的，因此在展开过程中不需要辅助元件来获得刚性、导向和形状。

本发明的其他特征和优点通过以下结合附图对示例性实施例的详细描述，且不限制其目的而变得显而易见。

附图说明

图1是连接到卫星的现有技术大型可展开反射器的等距图。

图2A、2B和2C分别是本发明对象在收起、展开和完全展开(操作)位置的示意性概图。

图3是整流罩可用体积内发射配置中收起组件的更详细视图。

图4显示了操作布置中展开的组件。

图5是收起和展开组件的简化视图(未显示馈线、吊杆、电缆网络和反射面)。

图6A至6F显示了结构和组件展开的主要步骤。

图7显示了在展开过程的中间位置的本发明的可展开组件。

具体实施方式

在图2A、2B和2C显示了本发明天线可展开组件的几个阶段。图2A显示了收起位置，图2B显示了组件展开的中间位置，图2C显示了完全展开位置。

图6A至6F还显示了本发明的天线可展开组件的几个阶段，其中有更多的中间位置。

图7是本发明可展开组件在展开过程中间位置的详细视图，其中可以看到其所有元件。

这些图中所示的天线可展开组件包括：

一种结构，包括：

n对段4，5，每对段4，5对应于展开的多边形形状的一条边，

n个铰链接头，在一条边的两个段4，5之间，以及

n个铰接角连杆6，在每两条相邻边之间，以及

反射面9。

如图5所示，该结构能够从基本上圆柱形形状的收起位置变为具有n条边的基本上平面多边形形状的展开位置。

天线可展开组件还包括：

可展开吊杆3，其在两个段4，5之间，其中可展开吊杆3在展开前被收起放置在两个段4，5之间，可展开吊杆3终止于馈线1，其中馈线1对天线进行电磁馈电，并包括夹紧元件2，用于在馈线1被收起时保持结构闭合，使得馈线1在被收起时起到结构支撑元件的作用，在展开时起到天线的电磁馈线的作用，

一组张量元件8，其从段4，5的背部突出，和

电缆网络7，其可以使反射面9成形，使得相应的电缆由张量元件8保持。

优选地，可展开吊杆3放置在多边形形状的同一条边的两个段4，5之间，例如图6B至6F所示。可展开吊杆3在展开以满足焦距要求之前，被收起、夹紧并保护在两个段4，5之间。图6A至6D显示了形成具有n条边的多边形形状的连续步骤，图6D至6F显示了吊杆3的展开。在图6F中，本发明的天线可展开组件完全展开。

图5是本发明的可展开组件的简化视图，主要示出了馈线1、吊杆3、电缆网络7和反射面9未显示的结构。

如所示，馈线1可以起到以下作用：

被收起时，通过夹紧元件2(例如，参见图3)为段4，5提供固定元件，以及

当馈线1展开时，作为天线的电磁馈线。

例如，夹紧元件2可以是类似于航天器系统中类似应用中使用的夹紧带。

展开的多边形形状有n条边，对应于n对段4，5。在显示本发明实施例的图中，选择了六边形形状(例如，参见图5)。每对段由两个对称段4，5组成，它们之间有一个铰链接头作为连接元件。

本发明的可展开环结构内部有足够的空间以容纳必要的航天器子系统。它可能包含构成一颗完整卫星所需的一切，例如电力系统、飞行和姿态控制以及与地球的通信，尽管它也可以被视为一种连接到一颗更大的卫星上的有效载荷。

图5和图7还显示了多边形形状的每两条相邻边之间的n个铰接角连杆6，因此放置在多边形形状的每个角落中。形状可以定义为正多边形或非正多边形，以实现反射面9的圆形或椭圆形轮廓。图5和图7还显示了一组支架15，其从段4，5的背部突出，以形成反射面9的轮廓。

结构的展开运动由每个铰接角连杆6处的电机实现。必要时，可通过机械方式和/或位置传感器作为反馈信号来保证协调。最终位置可以通过端部止动器来保证，如果需要，最终展开配置的不可逆性可以通过闩锁来确保。

电缆网络7包括若干张紧电缆，以确保反射面9在展开时符合其所需形状。如图7所示，张紧电缆可由张紧元件8保持，张紧元件8从段4，5的背部突出，能够拉紧张紧电缆。

通过这种配置，可以获得张紧电缆网络7。优选地，反射面9是由通过牵引而工作的电缆形成的抛物面，如前所述。

至于反射面9的轮廓，它可以是圆形或椭圆形。

在发射期间，反射面9在收起结构内被折叠、约束和保护(参见图3和6A)。收起结构保护反射面9不接触和损坏馈线1。

图3还显示了分离后与发射器保持在一起的下部夹紧元件10(例如，夹紧带)。它还显示了发射器内的可用的收起高度范围14，它定义了反射面9的直径。

图5还显示了反射面9为椭圆形时轮廓的短轴11和长轴12。它还显示了收起位置中的结构的直径13。

本发明描述了一种空间闭环可展开组件，其结构能够从基本上圆柱形配置变为具有n条边的基本上平面的多边形配置：

从发射到展开，只需要两个夹紧元件2，10(可以是夹紧带)就可以牢固地保持所有系统。

展开各种反射器天线，保持相同的最小数量的机构。

将传统上包含在服务模块中的所有系统(如推进、发电、导航等)安置在它可展开的段内。

简化设计、分析、制造和组装集成与测试(AIT)任务。

适用于多种用途：

地球观测(大型可展开反射器、辐射计、雷达)

电信

空间碎片捕获

共同发射的一组协同卫星，以降低成本，并在寿命结束时减少后续空间碎片

构建用于在空间中组装的大型空间结构的段。

尽管已经结合优选实施例对本发明进行了充分描述，但是显然可以在该范围内进行修改，不认为这受到这些实施例的限制，而是受所附权利要求内容的限制。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种天线可展开组件，包括：

一种结构，包括：

n对段(4，5)，每对段(4，5)对应于展开的多边形形状的一条边，

n个铰链接头，在一条边的两个段(4，5)之间，以及

n个铰接角连杆(6)，在每两条相邻边之间，

使得所述结构被配置为从基本上圆柱形形状的收起位置变为具有n条边的基本上平面多边形形状的展开位置，以及

反射面(9)，

其特征在于，还包括：

可展开吊杆(3)，其在两个段(4，5)之间，其中所述可展开吊杆(3)在收起位置被放置在两个段(4，5)之间，

馈线(1)，其在所述可展开吊杆(3)的端部上，所述馈线(1)被配置为对天线进行电磁馈电，并包括夹紧元件(2)，用于在所述馈线(1)被收起时保持所述结构闭合，使得所述馈线(1)在被收起时起到结构支撑元件的作用，在展开时起到天线的电磁馈线的作用，

一组张量元件(8)，其从所述段(4，5)的背部突出，以及

电缆网络(7)，其能够使所述发射面(9)成形，使得相应的电缆由所述张量元件(8)保持。

2.根据权利要求1所述的天线可展开组件，其中所述反射面为具有圆形轮廓的抛物面。

3.根据权利要求1所述的天线可展开组件，其中反射面为椭圆轮廓的抛物面。

4.根据前述权利要求中任一项所述的天线可展开组件，还包括一组支架(15)，其从所述段(4，5)的背部突出，以形成所述反射面(9)的轮廓。

5.根据前述权利要求中任一项所述的天线可展开组件，还包括下部夹紧元件(10)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的天线可展开组件，其中所述可展开吊杆(3)放置在多边形形状的同一条边的两个段(4，5)之间。

7.根据前述权利要求中任一项所述的天线可展开组件，还包括位于每两个相邻边之间的各铰接角连杆(6)处的电机。

8.根据前述权利要求中任一项所述的天线可展开组件，还包括闩锁，以确保最终展开位置的不可逆性。

Claims (8)

1.一种天线可展开组件，包括：

一种结构，包括：

n对段(4，5)，每对段(4，5)对应于展开的多边形形状的一条边，

n个铰链接头，在一条边的两个段(4，5)之间，以及

n个铰接角连杆(6)，在每两条相邻边之间，

使得所述结构能够从基本上圆柱形形状的收起位置变为具有n条边的基本上平面多边形形状的展开位置，以及

反射面(9)，

其特征在于，还包括：

可展开吊杆(3)，其在两个段(4，5)之间，其中所述可展开吊杆(3)在展开前被收起放置在两个段(4，5)之间，所述可展开吊杆(3)终止于馈线(1)，其中所述馈线(1)对天线进行电磁馈电，并包括夹紧元件(2)，用于在所述馈线(1)被收起时保持所述结构闭合，使得所述馈线(1)在被收起时起到结构支撑元件的作用，在展开时起到天线的电磁馈线的作用，

一组张量元件(8)，其从所述段(4，5)的背部突出，以及

电缆网络(7)，其能够使所述发射面(9)成形，使得相应的电缆由所述张量元件(8)保持。

2.根据权利要求1所述的天线可展开组件，其中所述反射面为具有圆形轮廓的抛物面。

3.根据权利要求1所述的天线可展开组件，其中反射面为椭圆轮廓的抛物面。

4.根据前述权利要求中任一项所述的天线可展开组件，还包括一组支架(15)，其从所述段(4，5)的背部突出，以形成所述反射面(9)的轮廓。

5.根据前述权利要求中任一项所述的天线可展开组件，还包括下部夹紧元件(10)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的天线可展开组件，其中所述可展开吊杆(3)放置在多边形形状的同一条边的两个段(4，5)之间。

7.根据前述权利要求中任一项所述的天线可展开组件，还包括位于每两个相邻边之间的各铰接角连杆(6)处的电机。

8.根据前述权利要求中任一项所述的天线可展开组件，还包括闩锁，以确保最终展开位置的不可逆性。

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