伞状天线(又称径向肋天线)的展开原理与雨伞展开原理接近,一般由径向肋、径向肋展开机构、锁紧机构和金属反射网构成。展开肋通过铰链连接在天线底部中心的圆柱结构上,金属反射网铺设在展开肋上,收拢时伞肋绕铰链转动收拢成柱状,展开后类似一把撑开的雨伞。伞状天线收拢体积小、质量轻、形面精度高,可用于通信卫星、数据中继卫星、深空探测和遥感等领域。伞状天线口径通常为4~6 m,可满足L~Ka频段的需要。径向肋的展开使用弹簧展开机构或者使用电动展开机构。
伞状可展开天线最早由美国Harris公司研制。伽利略木星探测器上采用了此种结构的天线(图6-43),其口径为5 m,收拢后的直径为0.9 m、高为2.7 m,口径收纳效率为18%。从2011年起,俄罗斯发射了一系列月亮飞船(图6-44),每个飞船携带两个伞状天线。我国也开展了伞状天线技术研究,并获得在轨应用。图6-45所示为国产4.2 m伞状天线。
图6-43 伽利略-木星探测器上安装的径向肋结构天线
图6-44 俄罗斯月亮飞船系列伞状天线布局示意
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图6-45 国产4.2 m伞状天线
早期的径向肋天线都工作在较低频段,对反射面形面精度要求都不高,反射网直接铺设在径向肋上。随着对形面精度要求的逐步提高,越来越多的伞状天线在两个肋管之间布置索网结构(图6-46和图6-47),用于提高形面精度,并进一步降低金属网的反枕效应。
随着伞状天线口径增大,为确保整个反射面具有足够刚度,肋管会变得比较粗壮,整个天线的质量也会急剧增加。另外,随着天线口径的增加,为保证足够的形面精度,索网节点的数量也会大幅度增加,这会导致索网结构变得极为复杂,天线展开所需动力也会进一步增加。因此,伞状天线的最大口径一般小于10 m。
图6-46 平行索网结构分布示意
图6-47 三向网格网结构分布示意
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