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航天器天线工程设计技术:构架式天线

时间:2023-08-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:图6-50俄罗斯资源系列卫星的构架式天线美国没有构架式天线在轨应用的报道,但有相关研究机构对其开展了地面研究。而中国空间技术研究院西安分院研制的构架式天线具有飞行试验经历,最具代表性。其为环境一号C卫星研制了6 m口径构架式天线,于2012年11月19日发射入轨,并成功展开。图6-53HJ-1C卫星SAR天线的展开状态

航天器天线工程设计技术:构架式天线

构架式天线的全称为四面体单元构架式可展开天线(Tetrahedral Truss Reflector Antenna),其主体由金属网和可展开桁架构成。金属网通过多点连接的方式铺设在桁架上,可实现电磁波反射功能;展开桁架由四面体单元首尾交错共用顶点,与斜边组成支撑结构,每个四面体单元包含四个花盘(顶点)、三根腹杆(斜边)、三根同步杆(收展底边),如图6-48所示。为实现收拢与展开功能,同步杆中部设有弹簧驱动的同步铰链,四面体收拢时同步杆的弹簧元件储能,展开时作为四面体单元展开驱动力。

图6-48 四面体组成及四面体构成的桁架

构架式天线结构口径一般为4~8 m,是一种重要的空间大型可展开天线结构形式,该天线可以实现正馈式以及偏馈式安装,反射器收拢结构紧凑,收拢体积小,在国内外已经获得广泛的在轨应用。

构架式天线最早由俄罗斯宇航局研制,自1985年开始,已经成功运用于“自然”号、“联盟”号飞船以及“和平”号空间站等太空飞行器。“和平”号空间站的合成孔径雷达(SAR)天线采用6 m×2.8 m的构架式天线(图6-49),此天线的工作频率为1.28/3.28 GHz,收拢尺寸为0.6 m×0.4 m×0.58 m,天线总重量为35 kg,面密度为2.1 kg/m2

图6-49 “和平”号空间站的构架式天线

俄罗斯在其资源系列卫星Resurs-O上的SAR天线也采用了构架式天线(图6-50),其口径为6 m×7 m,馈源可整体旋转以实现线极化变换。

图6-50 俄罗斯资源系列卫星的构架式天线(www.xing528.com)

美国没有构架式天线在轨应用的报道,但有相关研究机构对其开展了地面研究。

美国的General Dynamics Space Systems Division在1986年研制了一种构架式可展开天线的测试样机,天线主要由刚性可展开桁架和索网系统组成。天线收拢状态总高为1.8 m,其中桁架部分高度为1.1 m,索网部分收拢直径为1.4 m,桁架收拢直径为0.9 m,其收拢直径由表面节点数目确定,高度由斜杆长度确定。天线收拢状态如图6-51所示,收拢与展开过程如图6-52所示。

图6-51 美国5 m口径构架式天线收拢状态

图6-52 美国5m口径构架式天线收拢与展开过程

(a)CV1851392;(b)CV1851395;(c)CV1851398;(d)CV1851401;(e)CV1851403

国内多家研究机构和高校对构架式可展开天线开展了相关研究,主要有中国空间技术研究院西安分院、浙江大学、中科院电子所等。而中国空间技术研究院西安分院研制的构架式天线具有飞行试验经历,最具代表性。其为环境一号C卫星研制了6 m口径构架式天线,于2012年11月19日发射入轨,并成功展开。构架反射器在零重力吊具上的展开状态如图6-53所示。

图6-53 HJ-1C卫星SAR天线的展开状态

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