可展开网状反射器天线结构发展概况

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1、可展开网状反射器天线结构发展概况王援朝(西北电子设备研究所西安710065)【摘要】本文介绍了可展开网状反射器天线(网状天线，下同)结构的发展概况，并分析了其夸后的发展方向。【关键词】可展开空间天线；可展开反射器天线；可展开网状反射器天线；空间结构1可展开网状反射器天线结构发展概况可展开空间天线(DeployableSpaceAntenna)是空间飞行器有效载荷的重要组成部分。自上世纪60年代初问世以来，已经在通信卫星、对地观测卫星、军事侦察卫星、深空探测器、空间射电望远镜和空间太阳能收集器中得到广泛应用。在美国上世纪90年代末启动的空间武器作战平台研制中

2、，则将可展开空间天线作为高能微波武器使用。经过40多年的发展，可展开空间天线的结构已有十几种之多，其中一部分已经直接应用在空间飞行任务中。。可展开空间天线分为反射器天线和平面阵列天线两太类，反射器天线叉分为网状天线、实面天线和充气天线。天线121径、工作频率、表面密度(重量指标)和收拢体积是选择天线结构形式的几个重要参数。实面天线的最大优点是表面精度高．但结构质量大，收缩率小，无法用作较大口径的可展开天线。充气天线的主要优点是结构重量轻，收拢体积小．但空间环境适应性差，对反射面薄膜材料的性能要求极高，到目前为止，充气天线尚处在工程实验(空间实验)阶段。与上

3、述两种天线相比，网状天线结构的技术比较成熟，只要能达到工作频率要求，其它几项性能指标通常都优于实面天线。因此，除需满足特殊要求外，多采用网状反射器天线。根据反射网网面支撑方式的不同．网状反射器天线主要分为以下几种天线：1．1径向肋天线(RadialRibAntenna)、径向肋天线主要由径向管状刚性肋、中心体、射频反射网组成。肋条做成抛物线形状，用铰链连接在中心体上。反射网则张紧固定在肋条上。肋条用碳纤维增强复合材料制成，反射面多为镀金钼丝网或镀镍不锈钢丝网。为了提高反射面精度，又不显著增加天线重量，反射网网面可采用辅助牵引面法或辅肋法来成形。天线的展开和

4、收拢由电机驱动机构完成。因为径向肋天线的外形及展开、收拢原理和我们平常使用的雨阳伞十分相似，所以，又称为伞形天线(Umbrella-typeAntenna)。这种天线的优点是结构简单，展开可靠性高，但收缩率小，天线收拢高度大致与天线半径相等。因此，在一般情况下．只适合用作较小口径的天线，例如，美国跟踪与数据中继卫星(TDRSS)径向肋单址天线(圈1)的直径为4．9m，在收拢状态下，直径和高度分别为0．9m和2．7m，整个天线结构(包括16根CFRP肋条、反射面、馈源和天线展开机构)重24奴。虽然可以通过将肋条做成折叠式(双折叠或三折叠)缩小天线收拢体积，但

5、增加了结构的复杂性，降低了展开可靠性，美国第二代静止轨道电子侦察卫星“流纹岩，水技表演”即采用折叠式径向肋天线作主天线，天线口径为18．29m。图1TDRSS卫星49m径向肋单址天线另据报道，结构与TDRSS卫星4．9m单址天线基本相同的伽里略木星探测器(1989年10月18日发射)上的径向肋天线未能按照指令于1991年4月11日展开，据分析，这次故障是由于用来约束天线的固定销与其插孔之间所产生的极大摩擦力造成的。1．2缠绕肋天线(Wrap-RibAntenna)缠绕肋天线是美国航空航天局(NASA)喷气推进实验室(JPL)和洛克希德导弹与空间公司于上世纪

6、70年代研制的。天线由中心体、径向柔性肋、展开缠绕机构和射频反射网组成。肋条做成抛物线形状．沿周向均匀地连接在中心体上。肋条的截面为透镜状。收拢时，肋条通过铰链轴转动，然后，围绕中心体成切线缠绕．缠好后。用绳索捆住；切断绳索，卷曲的肋条就可依靠自身的变形储能逐渐展开，在真空状态下．这一过程大约需要2s。对较大口径的天线，展开时可用带子适当约束肋条，以利其应变能缓慢释放。肋条通常用碳纤维增强复合材料制成，反射面多采用镀金钼丝网。】974年5月30日发射的6号应用技术卫星(ATS-6)搭载了一台直径9．14m的缠绕肋天线，该天线用丁二对地观测试验，由48根肋条

7、构成，中心体的直径为2m，高度为0．45m，整个天线的重量约为60kg。图2所示为ATS一69．14m缠绕肋天线。274图2ATS．69．14m缠绕肋天线缠绕肋天线的优点是结构比较简单，收缩率高，天线口径可达100m，但其刚度、抗振性和反射面精度都比较差。为了提高反射面精度．天线需要大量肋条和一个体积与之相适应的中心体，这就大大增加了天线重量，且难以收拢，无法满足更大口径的需求。1．3’铰折肋天线(Hinged-RibAntenna)．该天线是美国哈里斯公司为亚洲蜂窝通信卫星(ACES)系统研制的。天线由径向刚性铰折肋、支臂、射频反射网和网面调节器组成。肋

8、条可沿着其长度方向铰折，因此，降低了天线收拢高度。为了进一步缩小天