[发明专利]一种轻质柔性充气可展开偶极子天线结构

说明书

本发明提出一种轻质柔性充气可展开偶极子天线结构，包括充气框架主体、馈电组件及反射腔。本发明采用充气式展开方式将偶极子天线的重量做到了极限，天线充气框架采用柔性复合材料制成，反射腔采用金属网绷制，且馈线不需要介质支撑，借助框架充气展开的拉力将超柔性电缆拉直，极大减小了天线重量，将该天线形式的优势发挥到最大。同时，随着阵列数目的增多，天线可以进行折叠，收纳比小，且随着阵列数目的增加，收纳比还会减小，适用于大尺度天线及结构，且具有装载重量和体积要求的平台，应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及柔性天线技术领域，具体为一种轻质柔性充气可展开偶极子天线结构。

背景技术

偶极子天线由于其工作频带宽，增益高，结构简单，成本低等众多优点，广泛应用在短波，超短波直至微波等低波段的侦察、测向、通信、电子对抗等方面。传统偶极子天线结构采用金属反射腔，辐射片与接地板之间采用聚酰亚胺或者低介电泡沫材料进行结构支撑，短路馈线与同轴馈线均采用铜棒加工而成，整体重量较重。组阵天线的结构随着阵列数目增多，反射腔加工难度增大，天线重量线性增加，阵列的拓展性不好，同时也不可收展，阵列体积庞大，无法适用于具有装载重量及体积要求的平台，使用环境受到了极大限制。

进入20世纪末期，移动通信、对地观测、自主微波遥感、空间轨道长基线干扰测量、军用雷达等领域对于大型空间设备的需求日益迫切，例如平流层飞艇就是一种大型的空间设备。根据各国的发展现状，平流层飞艇的巨型化是目前各国实现飞艇在平流层环境长时间运行所采用的方法。这是由于飞艇工作的平流层高度大气密度远低于海平面，更低的密度意味着需要更大的体积。但更大的体积又带来更大的阻力、重量以及克服阻力所需要的更大的能量，从而进一步需要更大的体积。这一循环关系严重限制了平流层飞艇的发展。飞艇结构轻量化能从根本上降低飞艇的重量，从而降低提升飞艇重量所需的囊体体积，成为打开这一循环链条的关键一环。

由此看出，结构轻量化研究是未来飞艇的主要研究方向，而作为飞艇重要载荷的天线结构，若采用传统的机械结构偶极子天线，在质量、装载体积、工程复杂程度、发射成本等诸多方面都存在设计局限，无法满足未来飞艇装载重量及体积要求的。所以与飞艇共形一体化的轻质载荷天线，与飞艇一起充气展开、排气收藏充气式展开天线作为飞艇有效载荷具有重大的应用价值。目前充气结构在大型空间设备上的应用有 JPL公司和ILC Dover公司联合研发的合成孔径雷达(SAR)的充气式微带阵列天线。展开成型的阵列尺寸长10m，宽3.3m，单位面积的质量小于1.6Kg/m²，并且未充气状态下的存储空间具有严格的限制，但该结构需要借助太阳紫外线进行固化保形，可靠性低，风险较大，该项技术后面再无类似的工程应用，且该天线形式只适用于平面微带阵列天线形式，无法适用于需要一定辐射腔体的十字交叉偶极子天线形式。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种轻质柔性充气可展开偶极子天线结构，充气展开方式应用到偶极子天线形式上，采用格子状连通的充气管道实现偶极子天线反射腔的成型，反射腔采用金属网在框架上绷制，与充气框架成型，极大程度降低天线重量，其组阵形式非常适用于飞艇等大型平台的共形一体化构型，同时也适用于地面环境。

本发明的技术方案为：

所述一种轻质柔性充气可展开偶极子天线结构，其特征在于：包括充气框架主体(1)、馈电组件(2)及反射腔(3)；

所述充气框架主体(1)包括连通的充气柱(4)、透波薄膜(5)及单向充气阀(6)；所述充气柱(4)采用带双面金属层的柔性功能复合材料制成，透波薄膜(5)采用无金属层的柔性复合材料制成，边缘固定在充气柱(4)上；充气柱(4)通过单向充气阀(6)充气加压后能够将充气框架主体(1)展开成设定形状，并将透波薄膜(5)拉展至满足设定精度要求，形成充气框架主体(1)正面；

所述反射腔(3)由金属网连接在充气柱(4)上，作为充气框架主体(1)侧面而形成，当充气框架主体(1)展开成设定形状时，充气气压将金属网网面拉紧，保证网面平整度；