一种缠绕肋式可展开天线的馈源机构

1.本发明属于航天结构技术领域，涉及一种缠绕肋式可展开天线的馈源机构。


背景技术：

2.相较于传统卫星，微小卫星具有众多优点：研发周期短、成本低；体积小、重量轻、发射灵活；容易实现标准化设计和模块化组装等。应用卫星中的通信卫星是目前与我们生活关系最密切的人造卫星。其中，低轨道通信卫星具有成本低、接收设备简单、宽带延时短等优点。兼具微小卫星和低轨道通信卫星优点的低轨道微小卫星星座受到了国内外的广泛重视。例如，space x公司为创建全球互联网大型星座，从2016开始先后三次共申请发射4.2万颗微小卫星；中国也提出鸿雁和虹云等通信星座计划。
3.星载天线的工作性能主要与天线的尺寸及加工制作精度有关，微小卫星较小的尺寸限制了其携带的天线的电性能，进而限制了微小卫星的应用范围。除升级通信系统设计外，更大口径和更高加工制作精度的可展开星载天线也可以提高微小卫星天线的工作性能。
4.目前，国内外应用于在轨微小卫星的可展开天线较少。如中国专利cn108767418a公开了一种高收纳比缠绕肋式可展开天线结构，包括：安装底座；中心体：其内部中空，并布置在安装底座上；可伸缩馈源：安装在中心体内；多块弹性缠绕肋：其围绕所述中心体底部外侧安装；金属网面：张紧铺设在弹性缠绕肋上，并配合展开的弹性缠绕肋形成抛物反射面；锁紧组件：包括围绕所述中心体布置在安装底座上的底槽、约束所述弹性缠绕肋展开且底部置于底槽内的锁定箍、设置在可伸缩馈源顶端并压住锁定箍上端的上顶板，以及锁定绳；释放组件：包括与所述锁定绳接触的圆杆热刀，以及外接电源。然而该发明中馈源系统存在着展开后刚度低，指向精度难以保证，且馈源高度不能调整等不足等缺陷。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了提供一种缠绕肋式可展开天线的馈源机构，可实现馈源机构和反射面的一键式同步展开，可根据需要调节馈源高度，具有收展可靠性高、馈源位置调整简单等特点。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.一种缠绕肋式可展开天线的馈源机构，包括：
8.底座；
9.套筒组件：包括安装在底座上的下套筒、以及底部伸入所述下套筒内并可沿下套筒轴线方向上下移动的上套筒，在下套筒与上套筒之间还安装有呈压缩状态的套筒弹簧；
10.馈源结构：包括馈源、馈线与馈线固定部，所述的馈源固定在所述上套筒顶部，所述的馈源固定部安装在底座上，所述的馈线的上下两端分别连接所述馈源与馈线固定部；
11.锁定/解锁件：包括锁定绳和热刀，所述的锁定绳的一端与所述上套筒固定连接，另一端固定于底座上，所述的热刀安装在底座上，且所述热刀还与所述锁定绳紧密接触。
12.进一步的，所述的上套筒的外侧表面上还设有沿其径向突出的凸起，在所述下套筒的中上部区域还设有伸入其内部并用于向下抵住所述凸起的限位螺栓。
13.更进一步的，所述的下套筒呈上下连通的上下两段，其中，上段的内径小于下段的内径，且所述下套筒的上段部分的内壁面与所述上套筒的外侧壁面紧密配合。
14.更进一步的，所述的下套筒的中上部区域还设有沿高度方向分布的若干组贯穿螺纹孔，通过在不同高度的贯穿螺纹孔处拧入所述限位螺栓，以调整上套筒向上移动的最大高度。
15.进一步的，在上套筒沿下套筒内壁上下移动的行程范围内，所述馈线始终处于非绷紧状态。
16.进一步的，所述的底座包括相互连接的底座上部和底座下部，所述下套筒安装在底座上部，所述的馈源固定部、热刀与锁定绳均安装或连接所述底座下部。
17.更进一步的，所述的底座上部和底座下部通过卡口相互咬合，再采用螺栓固定。
18.进一步的，所述的底座上还设有绳固定端，所述的锁定绳的其中一端从下套筒底端穿出，再沿侧向经过并紧贴所述热刀后，固定于所述绳固定端处。
19.进一步的，所述的热刀通过热刀支座安装在底座上。
20.进一步的，所述的上套筒的顶部还安装有箍收拢爪，该箍收拢爪的边缘位置向下延伸形成卡爪结构，当可展开天线收纳时，所述箍收拢爪的卡爪结构压紧并箍住所述锁定箍的顶部，以将锁定箍压入安装在所述底座上的底槽内，并将反射面收拢于所述锁定箍内。
21.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
22.(1)本发明通过一根预紧的锁定绳将馈源机构以及反射面同时收拢锁定，锁定力的传力途径简单明确，锁定可靠性高；解锁方式采用热刀解锁方式，馈源机构和反射面依靠收拢时储存在套筒弹簧和弹性缠绕肋中的弹性能驱动同时展开，展开可靠性高。
23.(2)本发明的上套筒采用下沉式设计，充分利用底座的内部空间，使得馈源机构的收拢高度有效降低。
24.(3)本发明的展开高度可通过下套筒侧面的限位螺栓进行调整，从而使馈源的位置可调，便于对馈源最佳位置的测试及锁定；馈源机构的套筒间有一定长度的紧密配合，使得馈源机构具有很高的轴向角度精度。
25.(4)本发明底座采用分离装配形式，使得反射面和馈源机构的安装在一定程度上相对独立，避免出现馈源机构的安装调整过程影响反射面的情况。
26.(5)本发明的锁定绳一端固定于上套筒顶部，方便可展开天线多次收展时锁定绳的更换；上套筒内的锁定绳沿套筒内壁分布，只占用馈源机构内部空腔的少许空间，便于馈线等电气元器件的布置。
附图说明
27.图1为可展开天线展开状态的轴测示意图；
28.图2为可展开天线收纳状态的剖面示意图；
29.图3为馈源机构收拢状态的剖面示意图；
30.图4为馈源机构展开状态的剖面示意图；
31.图5为底座的轴测示意图；
32.图6为下套筒组件的轴测示意图；
33.图中标记说明：
34.1为底座，1-1为底座下部，1-2为底座上部，2为下套筒组件，2-1为下套筒，2-2为限位螺栓，3为上套筒，4为套筒弹簧，5为馈源结构，5-1为馈源，5-2为馈线，5-3为馈线固定部，6为锁定/解锁件，6-1为锁定绳，6-2为绳固定端，6-3为热刀，6-4为热刀支座，7为箍收拢爪，8为反射面，8-1为弹性缠绕肋，8-2为金属网面，9为锁定箍，10为底槽。
具体实施方式
35.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的功能部件或结构，则表明其均为本领域为实现对应功能而采用的常规部件或常规结构。
38.本发明提供了一种缠绕肋式可展开天线的馈源5-1机构，其结构参见图1至图4所示，包括：
39.底座1；
40.套筒组件：包括安装在底座1上的下套筒2-1、以及底部伸入所述下套筒2-1内并可沿下套筒2-1轴线方向上下移动的上套筒3，在下套筒2-1与上套筒3之间还安装有呈压缩状态的套筒弹簧4；
41.馈源5-1结构：包括馈源5-1、馈线5-2与馈线固定部5-3，所述的馈源5-1固定在所述上套筒3顶部，所述的馈源5-1固定部安装在底座1上，所述的馈线5-2的上下两端分别连接所述馈源5-1与馈线固定部5-3；
42.锁定/解锁件6：包括锁定绳6-1和热刀6-3，所述的锁定绳6-1的一端与所述上套筒3固定连接，另一端固定于底座1上，所述的热刀6-3安装在底座1上，且所述热刀6-3还与所述锁定绳6-1紧密接触。
43.在一些具体的实施方式中，请再参见图2、图6等所示，所述的上套筒3的外侧表面上还设有沿其径向突出的凸起，在所述下套筒2-1的中上部区域还设有伸入其内部并用于向下抵住所述凸起的限位螺栓2-2。
44.更具体的实施方式中，请再参见图2至图4等所示，所述的下套筒2-1呈上下连通的上下两段，其中，上段的内径小于下段的内径，且所述下套筒2-1的上段部分的内壁面与所述上套筒3的外侧壁面紧密配合，这样可以确保上套筒3上下移动时的轴向角度精度，一般
来说，上段部分的长度越长，其轴向角度精度越高。同时，上套筒3外侧的凸起的外径略小于下套筒2-1的下段部分的内径，但是，大于上段部分的内径，这样，可以防止上套筒3在上移展开时会脱出下套筒2-1。同时，下套筒2-1的下段的内壁与上套筒3的外侧表面还留有一定间隙，以用来放置所述套筒弹簧4。
45.更具体的实施方式中，所述的下套筒2-1的中上部区域还设有沿高度方向分布的若干组贯穿螺纹孔，通过在不同高度的贯穿螺纹孔处拧入所述限位螺栓2-2(下套筒2-1与限位螺栓2-2则配合组成下套筒组件2)，以调整上套筒3向上移动的最大高度。具体的，在不同高度的一组贯穿螺纹孔中拧入拧紧时端部接近上套筒3外表面的限位螺栓2-2，可以限制所述上套筒3的外表面凸起向上移动的高度，进而调整上套筒3完全展开时的高度。所述贯穿螺纹孔在下套筒2-1的轴线方向分布范围大小即为所述上套筒3完全展开时高度的调整范围大小，同理，所述贯穿螺纹孔在下套筒2-1轴线方向的间距大小即为所述上套筒3完全展开时高度调整量的最小值。可通过调整相同高度的螺栓数量与直径来提高相应限位螺栓2-2的抗冲击可靠性。
46.此外，套筒弹簧4压缩后的最小高度小于所述上套筒3的外表面凸起的下表面与上套筒3下端的距离，以保证上套筒3可完全收缩至下套筒2-1内部。天线收纳时套筒弹簧4被压缩，解锁后弹簧力使上套筒3滑动展开并保持其展开状态。更进一步优选的，套筒弹簧4可由力学性能良好的不锈钢材料制作，其结构参数如中径、线径、圈数、螺距等由结构力学计算和上套筒3、下套筒2-1的设计尺寸共同确定。
47.在一些具体的实施方式中，在上套筒3沿下套筒2-1内壁上下移动的行程范围内，所述馈线5-2始终处于非绷紧状态，天线收纳状态时，所述馈线5-2在上套筒3内呈螺旋卷曲状，天线展开时馈线5-2被拉伸。另外，当馈源5-1机构收拢时，上套筒3的下端下沉至接近底座下部1-1的上表面。
48.在一些具体的实施方式中，请再参见图5等所示，所述的底座1包括相互连接的底座上部1-2和底座下部1-1，所述下套筒2-1安装在底座上部1-2，所述的馈线固定部5-3、热刀6-3与锁定绳6-1均安装或连接所述底座下部1-1。本发明将底座1采用上下两部分的装配形式，并其中，底座下部1-1主要用于安装锁定/解锁件6，底座上部1-2则主要用于安装可展开天线的反射面8，这样，使得可展开天线反射面8和馈源5-1机构的安装相对独立。
49.更具体的实施方式中，所述的底座上部1-2和底座下部1-1通过卡口相互咬合，再采用螺栓固定。卡口咬合可有效减小底座上部1-2和底座下部1-1的连接螺栓的剪力。
50.在一些具体的实施方式中，请再参见图2等所示，所述的底座1上还设有绳固定端6-2，所述的锁定绳6-1的其中一端从下套筒2-1底端穿出，再沿侧向经过并紧贴所述热刀6-3后，固定于所述绳固定端6-2处。具体工作时，通过加热热刀6-3，可以将锁定绳6-1熔断，从而可以解锁馈源5-1机构。
51.在一些具体的实施方式中，请再参见图2等所示，所述的热刀6-3通过热刀支座6-4安装在底座1上。另外，热刀6-3一般采用圆杆热刀。
52.在一些具体的实施方式中，请再参见图2等所示，所述的上套筒3的顶部还安装有箍收拢爪7，该箍收拢爪7的边缘位置向下延伸形成卡爪结构，当可展开天线收纳时，所述箍收拢爪7的卡爪结构压紧并箍住所述锁定箍9的顶部，以将锁定箍9压入安装在所述底座1上的底槽10内，并将反射面8收拢于所述锁定箍9内。请再参见图1所示，反射面8由弹性缠绕肋
8-1与金属网面8-2组成。
53.以上各实施方式可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。
54.下面结合具体实施例来对上述实施方式进行更详细的说明。
55.实施例1：
56.本实施例提供了一种缠绕肋式可展开天线的馈源5-1机构，其结构参见图1至图4所示，包括：
57.底座1；
58.套筒组件：包括安装在底座1上的下套筒2-1、以及底部伸入所述下套筒2-1内并可沿下套筒2-1轴线方向上下移动的上套筒3，在下套筒2-1与上套筒3之间还安装有呈压缩状态的套筒弹簧4；
59.馈源5-1结构：包括馈源5-1、馈线5-2与馈线固定部5-3，所述的馈源5-1固定在所述上套筒3顶部，所述的馈源5-1固定部安装在底座1上，所述的馈线5-2的上下两端分别连接所述馈源5-1与馈线固定部5-3；
60.锁定/解锁件6：包括锁定绳6-1和热刀6-3，所述的锁定绳6-1的一端与所述上套筒3固定连接，另一端固定于底座1上，所述的热刀6-3安装在底座1上，且所述热刀6-3还与所述锁定绳6-1紧密接触。
61.请再参见图2、图6等所示，所述的上套筒3的外侧表面上还设有沿其径向突出的凸起，在所述下套筒2-1的中上部区域还设有伸入其内部并用于向下抵住所述凸起的限位螺栓2-2。
62.请再参见图2至图4等所示，所述的下套筒2-1呈上下连通的上下两段，其中，上段的内径小于下段的内径，且所述下套筒2-1的上段部分的内壁面与所述上套筒3的外侧壁面紧密配合，这样可以确保上套筒3上下移动时的轴向角度精度，一般来说，上段部分的长度越长，其轴向角度精度越高。同时，上套筒3外侧的凸起的外径略小于下套筒2-1的下段部分的内径，但是，大于上段部分的内径，这样，可以防止上套筒3在上移展开时会脱出下套筒2-1。同时，下套筒2-1的下段的内壁与上套筒3的外侧表面还留有一定间隙，以用来放置所述套筒弹簧4。所述的下套筒2-1的中上部区域还设有沿高度方向分布的若干组贯穿螺纹孔，通过在不同高度的贯穿螺纹孔处拧入所述限位螺栓2-2，以调整上套筒3向上移动的最大高度。具体的，在不同高度的一组贯穿螺纹孔中拧入拧紧时端部接近上套筒3外表面的限位螺栓2-2，可以限制所述上套筒3的外表面凸起向上移动的高度，进而调整上套筒3完全展开时的高度。所述贯穿螺纹孔在下套筒2-1的轴线方向分布范围大小即为所述上套筒3完全展开时高度的调整范围大小，同理，所述贯穿螺纹孔在下套筒2-1轴线方向的间距大小即为所述上套筒3完全展开时高度调整量的最小值。可通过调整相同高度的螺栓数量与直径来提高相应限位螺栓2-2的抗冲击可靠性。
63.此外，套筒弹簧4压缩后的最小高度小于所述上套筒3的外表面凸起的下表面与上套筒3下端的距离，以保证上套筒3可完全收缩至下套筒2-1内部。天线收纳时套筒弹簧4被压缩，解锁后弹簧力使上套筒3滑动展开并保持其展开状态。更进一步优选的，套筒弹簧4可由力学性能良好的不锈钢材料制作，其结构参数如中径、线径、圈数、螺距等由结构力学计算和上套筒3、下套筒2-1的设计尺寸共同确定。在上套筒3沿下套筒2-1内壁上下移动的行程范围内，所述馈线5-2始终处于非绷紧状态。另外，当馈源5-1机构收拢时，上套筒3的下端
下沉至接近底座下部1-1的上表面。
64.请再参见图5等所示，所述的底座1包括相互连接的底座上部1-2和底座下部1-1，所述下套筒2-1安装在底座上部1-2，所述的馈线固定部5-3、热刀6-3与锁定绳6-1均安装或连接所述底座下部1-1。本实施例将底座1采用上下两部分的装配形式，并其中，底座下部1-1主要用于安装锁定/解锁件6，底座上部1-2则主要用于安装可展开天线的反射面8，这样，使得可展开天线反射面8和馈源5-1机构的安装相对独立。所述的底座上部1-2和底座下部1-1通过卡口相互咬合，再采用螺栓固定。卡口咬合可有效减小底座上部1-2和底座下部1-1的连接螺栓的剪力。
65.请再参见图2等所示，所述的底座1上还设有绳固定端6-2，所述的锁定绳6-1的其中一端从下套筒2-1底端穿出，再沿侧向经过并紧贴所述热刀6-3后，固定于所述绳固定端6-2处。具体工作时，通过加热热刀6-3，可以将锁定绳6-1熔断，从而可以解锁馈源5-1机构。
66.请再参见图2等所示，所述的热刀6-3通过热刀支座6-4安装在底座1上。
67.请再参见图2等所示，所述的上套筒3的顶部还安装有箍收拢爪7，该箍收拢爪7的边缘位置向下延伸形成卡爪结构，当可展开天线收纳时，所述箍收拢爪7的卡爪结构压紧并箍住所述锁定箍9的顶部，以将锁定箍9压入安装在所述底座1上的底槽10内，并将反射面8收拢于所述锁定箍9内。
68.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。