一种考虑薄膜厚度的天线反射面折痕线生成方法及装置

本发明属于薄膜天线，涉及一种考虑薄膜厚度的天线反射面折痕线生成方法及装置。

背景技术：

1、随着空间探测、卫星通信等领域对高性能天线需求的不断增长，天线的口径尺寸也在逐步增大。大口径天线能够提供更高的增益和更强的信号接收能力，但同时也带来了结构尺寸大、运输和发射困难等一系列工程挑战。为了解决这一问题，可展开式天线应运而生。通过在地面将天线结构收拢折叠，发射入轨后再在太空中展开，不仅有效降低了发射体积，还提升了天线的空间利用效率。

2、环形薄膜反射面天线作为可展开天线的一种类型，因其质量轻、收纳比大、可折叠性强等优点，具有广泛的应用前景。环形薄膜反射面天线的反射面为抛物面，在收拢和展开过程中极易产生褶皱和不规则变形，这不仅影响天线的电性能，还可能导致结构损伤。为了保证天线反射面在收拢和展开过程中能够有序、可控地变形，避免出现随机褶皱现象，必须对天线反射面进行有规律的折叠设计，即折痕设计。合理的折痕设计能够提升天线反射面的展开精度和重复性，因此，针对环形天线反射面的折痕设计研究具有重要的工程意义和应用价值。

3、然而，现有的针对天线反射面的折叠线设计方法仍存在诸多不足。只靠平行投影计算方法无法保证投影后的几何特性，仅适用于恒定正曲率的球面。由于天线反射面要求精度较高，通过在平面切除狭缝仅能形成近似抛物面膜，真正的连续抛物面需要无限多狭缝。针对天线抛物面反射面，已有的折叠方法往往难以满足天线反射面的精度要求。因此，针对环形天线反射面的折痕设计，仍需进一步研究更加合理、可控的折叠方法，以提升天线反射面的型面精度和展开可靠性。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种考虑薄膜厚度的天线反射面折痕线生成方法及装置，利用测地线作为折痕线，考虑了薄膜厚度补偿的折痕线能够使薄膜按照折痕线围绕反射面中心轮毂有序旋转折叠起来，提升天线反射面折叠精度和折叠可控性。

2、本发明是通过下述技术方案来实现的。

3、本发明的一个方面，提供了一种考虑薄膜厚度的天线反射面折痕线生成方法，包括：

4、获取天线反射面折痕线结构参数；

5、根据天线反射面折痕线结构参数，利用matlab构建以反射面中心轮毂节点坐标为中心的不考虑薄膜厚度天线反射面展开态折痕线；

6、计算不考虑薄膜厚度天线反射面折叠态折痕线节点位置；

7、根据天线反射面折痕线结构参数，对不考虑薄膜厚度天线反射面折叠态折痕线节点位置进行厚度补偿；

8、根据天线反射面折痕线结构参数薄膜厚度，对不考虑薄膜厚度天线反射面展开态折痕线节点进行厚度补偿，得到厚度补偿后天线反射面展开态谷折痕节点位置和峰折痕节点位置；

9、根据构建的反射面中心轮毂节点、厚度补偿后天线反射面展开态谷折痕节点位置和峰折痕节点位置，得到考虑薄膜厚度天线反射面展开态折痕线。

10、作为优选，所述天线反射面折痕线结构参数包括天线反射面口径、焦距、薄膜厚度、中心轮毂形状和尺寸。

11、作为优选，利用matlab构建不考虑薄膜厚度天线反射面展开态折痕线，包括：

12、建立平面中心轮毂，将平面中心轮毂各顶点向反射面投影，获得反射面中心轮毂各节点的对应坐标，选取反射面中心轮毂每一对相邻顶点，使用测地线连接相邻顶点；

13、将反射面中心轮毂其中一端的测地线延长至薄膜边缘，形成完整的谷折痕线；

14、生成相邻的两条谷折痕线之间的峰折痕线；

15、根据谷折痕线和峰折痕线生成环向折痕线。

16、作为优选，生成相邻的两条谷折痕线之间的峰折痕线，包括：

17、在每一个需要生成峰折痕的节点的切平面内，分别确定相邻的两条谷折痕的切向单位向量；

18、将相邻的两条谷折痕的单位向量相加并归一化，得到角平分线方向，角平分线方向；

19、以需要生成峰折痕的节点为起点，沿角平分线方向在抛物面上生成测地线，该测地线即为峰折痕。

20、作为优选，根据谷折痕线和峰折痕线生成环向折痕线，包括：

21、依据谷折痕在平面上的投影长度，并将其等分为若干段；

22、沿分段点切平面内与谷折痕方向正交的方向出发作垂直测地线，并延伸与相应峰折痕的测地线相交形成交点，生成垂直测地线即为环向折痕线。

23、作为优选，计算不考虑薄膜厚度天线反射面折叠态折痕线节点位置，包括：

24、不考虑薄膜厚度，将薄膜按照生成的折痕线折叠起来，反射面中心轮毂保持不变，以反射面中心轮毂的边为折叠轴，向上折叠90°；

25、利用旋转矩阵得到不考虑薄膜厚度反射面折叠态折痕线节点位置。

26、作为优选，对不考虑薄膜厚度天线反射面折叠态折痕线节点位置进行厚度补偿，包括：

27、引入薄膜厚度，对不考虑薄膜厚度天线反射面折叠态折痕线节点位置进行补偿，计算补偿距离，得到补偿后的反射面折叠态折痕线节点位置。

28、作为优选，对不考虑薄膜厚度天线反射面展开态折痕线节点进行厚度补偿，包括：

29、计算厚度补偿后天线反射面展开态谷折痕节点位置；

30、计算厚度补偿后天线反射面展开态峰折痕节点位置。

31、作为优选，得到考虑薄膜厚度天线反射面展开态折痕线，包括：

32、根据构建的反射面中心轮毂节点、厚度补偿后天线反射面展开态谷折痕节点位置和峰折痕节点位置，使用测地线依次连接各节点，得到考虑薄膜厚度天线反射面展开态折痕线。

33、本发明的另一个方面，提供了一种所述方法的考虑薄膜厚度的天线反射面折痕线生成装置，包括：

34、获取模块，用于获取天线反射面折痕线结构参数；

35、构建模块，用于利用matlab构建以反射面中心轮毂节点坐标为中心的不考虑薄膜厚度天线反射面展开态折痕线；

36、计算模块，用于计算不考虑薄膜厚度天线反射面折叠态折痕线节点位置；

37、折叠态厚度补偿模块，用于对不考虑薄膜厚度天线反射面折叠态折痕线节点位置进行厚度补偿；

38、展开态厚度补偿模块，用于对不考虑薄膜厚度天线反射面展开态折痕线节点进行厚度补偿，得到厚度补偿后天线反射面展开态谷折痕节点位置和峰折痕节点位置；

39、生成模块，用于根据构建的反射面中心轮毂节点、厚度补偿后天线反射面展开态谷折痕节点位置和峰折痕节点位置，使用测地线依次连接各节点，生成考虑薄膜厚度天线反射面展开态折痕线。

40、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

41、1. 通过本发明方法设计的薄膜反射面折痕线采用测地线作为折痕线，由于抛物面上任意两点之间不存在真正意义上的“直线”，而是以测地线（即曲面上的最短路径）作为“直线”的替代。因此，抛物面上的折痕线采用测地线符合曲面几何的基本原理，可以确保在折叠过程中，材料沿测地线方向运动时不会发生拉伸或压缩，保持了结构的几何完整性和力学合理性。

42、2. 通过本发明方法设计的折痕线能够使薄膜按照折痕线围绕反射面中心轮毂有序旋转折叠起来，提升折叠可控性，同时由于折痕线考虑了薄膜厚度，能够有效减少折叠时薄膜褶皱的产生，保证薄膜反射面的型面精度。

43、3. 通过本发明方法设计的反射面折痕线考虑了厚度对折痕线的影响，能够对不同厚度的薄膜进行折痕设计。

44、4. 通过本发明提出的薄膜反射面折痕设计方法具有简单有效性，通过对薄膜口径

d、焦距

f、厚度

t、中心轮毂形状和尺寸的参数化建模，可实现考虑厚度天线反射面折痕线的快速设计。