展开支撑结构及利用该结构的充气球形阵列天线系统

技术领域

本发明属于可展开天线技术领域，具体涉及展开支撑结构及利用该结构的充气球形阵列天线系统。

背景技术

阵列天线广泛应用于通信、探测等领域，考虑到现有的运载方式，往往对阵列天线提出了可展开设计的要求。阵列天线的结构形式主要有：刚性阵列、柔性薄膜阵列、曲面共形阵列。考虑到可展开的设计要求，往往采用厚板折叠、充气等展开方式。相比于刚性折叠式的展开方式，充气式可展开天线具有轻质、便携、快速充气展开和良好的折叠收纳性能等优点。

CN102110867A公开了一种球形陆基地面充气天线，将馈源部分放置在天线外面；CN102842768A公开了一种基于充气环的地面用天线反射器及其应用，采用充气环结构；美国GATR公司公开了一种陆基充气天线，采用抛物面反射面和外部馈源结构。

以上述方案为代表的现有技术均无法实现自动展开，需要人为辅助展开；且采用了反射面作为充气球内部功能面，无法实现波束扫描、跟踪的功能，难以应用到探测等领域。

发明内容

为了克服以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供展开支撑结构及利用该结构的充气球形阵列天线系统，采用阵列天线的形式，又实现了自动展开。具有低成本，轻质量，大收纳比，易于投放部署的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

展开支撑结构，所述展开支撑机构2包括若干呈中心对称分布的展收模块，所述展收模块展开后用于支撑球体并为其提供结构刚度，每个所述展收模块包括根部杆21、中间杆22、端部杆23、装配盘24、铰链25、球铰链26；

所述根部杆21、中间杆22、端部杆23均为圆柱形直杆且左右对称设置，左右对称设置的根部杆21一端通过铰链25与底座1的安装盘圆周上的一对沟槽铰接，所述根部杆21另一端通过中间杆22与端部杆23一端相连，根部杆21、中间杆22与端部杆23之间通过铰链25铰接，所述装配盘24与端部杆23另一端之间通过所述球铰链26铰接，所述根部杆21围绕所述铰链25旋转，所述中间杆22围绕所述铰链25旋转，所述端部杆23围绕所述铰链25旋转，所述装配盘24围绕所述球铰链26旋转，完成所述展开支撑机构2的展开；展收模块与安装盘的沟槽对应。

所述底座1为一固定构件，所述展开支撑机构2通过铰链连接于所述底座1的安装盘上；所述安装盘的圆周上设置有收纳箱6。

所述收纳箱6包括底板61、侧板62和顶板63，其中，所述底板61固定安装在所述底座1下层安装盘的圆周上；所述底板61为方形结构，位于底板61四周通过铰链铰接侧板62，相对设置的一对侧板62顶部通过铰链铰接顶板63，所述侧板62和顶板63围绕其中的铰链旋转，进行展开与收拢，所述收纳箱6用于收拢收缩后的展开支撑机构2和充气球3。

所述侧板62为太阳能板。

所述充气球3的球体由若干球瓣31环绕而成，所述球瓣31为充气球3外罩材料进行裁剪拼接而成，展开时能充气膨胀，收拢时能进行折叠；腰带4固定安装在阵列天线5的天线阵面与充气球3的球体连接处，该连接处位于球体赤道，所述腰带4在充气过程中变形小，能有效防止天线阵面口径增大变形。

所述阵列天线5的天线阵面为柔性平面形状，在充气球3上下气压差及重力的作用下成型。

所述浮标7包括凸台71和锚72，所述凸台71由上下两层构成，凸台71上层大，下层小，上层表面开有法兰孔，并与底座1的下层紧密连接；所述锚72固定安装在所述凸台71下层中心处，用于海上固定浮标。

一种充气球形阵列天线系统，包括底座1以及安装在底座1上方的展开支撑机构2和充气球3；

所述展开支撑机构2用于支撑充气后的充气球3；

所述充气球3充气后为球体结构，位于充气球3的球体赤道处安装有腰带4与阵列天线5，阵列天线5位于充气球3内部，腰带4与阵列天线5同轴心固定安装；所述底座1底部设置有浮标7。

所述底座1为凸台形状，分为上下两层，上层用于放置物体，下层为安装盘，上层外侧开有三对共六个沟槽，底座1中心部位挖空，中心挖空处设置充气球3，所述安装盘底部固定连接有浮标7。三对展收模块与安装盘的三对沟槽对应。

所述充气球形阵列天线系统及其展开支撑机构用于海上通信、探测。

本发明的有益效果：

本发明的展开支撑机构为三折式设计，折叠杆分为根部杆、中间杆、端部杆，该机构用来支撑充气球，阵列天线位于充气球内部，实现天线功能。

当展开支撑机构展开时，充气球逐渐充气展开，展开支撑机构逐渐运动至展开状态为充气球提供结构刚度；

本发明所具有的收纳箱侧板为太阳能板，收拢时不仅能够将天线系统包裹，便于运输，还能在展开时吸收太阳能，为天线系统提供能量，本发明具有低成本，轻质量，大收纳比，易于投放部署的特点，可面向海上通信、探测等应用场景。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构展开态示意图。

图2为本发明实施例的整体结构收拢态示意图。

图3为本发明实施例的单个展收模块机构示意图。

图4为本发明实施例的充气球结构示意图。

图5为本发明实施例的收纳箱展开中间态示意图。

图6为本发明实施例的底座结构示意图。

图7为本发明实施例的浮标结构示意图。

图8为本发明实施例的展开支撑机构收拢态示意图。

图9为本发明的展开支撑机构展开中间态示意图。

图10为本发明实施例的展开支撑机构展开态示意图。

附图标记说明：

底座；2-展开支撑机构；3-充气球；4-腰带；5-阵面天线；6-收纳箱；7-浮标；21-根部杆；22-中间杆；23-端部杆；24-装配盘；25-铰链；26-球铰链；31-球瓣；61-底板；62-侧板；63-顶板；71-凸台；72-锚。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

如图1-图10。本实施例提供了面向海上应用的一种带有展开支撑结构的充气球形阵列天线系统，该充气球形阵列天线系统及其展开支撑机构包括：底座1、展开支撑机构2、充气球3、腰带4、阵列天线5、收纳箱6、浮标7。

具体地，请在参见图1、图2，本实施例中底座1为一固定构件，所述底座1为凸台形状，分为上下两层，上层用于放置物体如充气球3，下层为安装盘，开有三对共六个沟槽，用于安装铰链，中心部位挖空，所述展开支撑机构2通过铰链连接于所述底座1的安装盘上，所述充气球3置于所述底座1的中心挖空处，所述腰带4与所述阵列天线5同轴心固定安装在充气球3的球体赤道处，所述收纳箱6固定安装在所述底座1下层安装盘的圆周上，所述浮标7固定连接于所述底座1的下方，与安装盘紧密连接，以形成充气球形阵列天线系统及其展开支撑机构中的展开支撑机构。

请再参见图1、图2，天线展开时，所述收纳箱6周围四个面以及顶部首先展开，所述展开支撑机构2的三对展收模块在收纳箱6展开后继而展开，所述充气球3、所述腰带4与所述阵列天线5在所述展开支撑机构2展开到位后开始充气展开，直至所述充气球3、所述腰带4与所述阵列天线5完全展开后，所述展开支撑机构2的装配盘24与所述充气球3装配在一起。

进一步地，本实施例展开支撑机构2包括根部杆21、中间杆22、端部杆23、装配盘24、铰链25、球铰链26。

具体而言，请参见图3，本实施例展开支撑机构2中的根部杆21、中间杆22、端部杆23均为圆柱形直杆，所述根部杆21通过所述铰链25与所述底座1的安装盘圆周上的沟槽铰接，所述根部杆21、中间杆22与端部杆23之间通过所述铰链25铰接，所述装配盘24与所述端部杆23之间通过所述球铰链26铰接，所述根部杆21围绕所述铰链25旋转，所述中间杆22围绕所述铰链25旋转，所述端部杆23围绕所述铰链25旋转，所述装配盘24围绕所述球铰链26旋转，完成所述展开支撑机构2的展开。

进一步地，本实施例充气球3包括球瓣31、腰带4和阵列天线5。

具体而言，请参见图4，本实施例充气球3中的球瓣31是充气球3的外罩材料进行裁剪拼接而成，展开时能充气膨胀，收拢时能进行折叠，腰带4固定安装在阵列天线5的天线阵面与充气球3的球体连接处，该连接处位于球体赤道，腰带4在充气过程中变形小，能有效防止天线阵面口径增大变形，阵列天线5的天线阵面为柔性平面形状，在充气球3上下气压差及重力的作用下成型。

进一步地，本实施例收纳箱6包括底板61、侧板62和顶板63。

具体而言，请参见图5，本实施例收纳箱6中底板61固定安装在所述底座1下层安装盘的圆周上，侧板62通过铰链与底板61铰接，顶板63通过铰链与侧板62铰接，侧板62和顶板63围绕其中的铰链旋转，进行展开与收拢。

进一步地，本实施例浮标7包括凸台71和锚72。

具体而言，请参见图7，本实施例浮标7中的凸台71由上下两层构成，较大的上层表面开有法兰孔，并与所述底座1的下层紧密连接，锚72固定安装在凸台71下层中心处，用于海上固定浮标。

本实施例提供的充气球形阵列天线系统及其展开支撑机构工作过程描述如下：

本实施例充气球形阵列天线系统及其展开支撑机构包括底座1、展开支撑机构2、充气球3、腰带4、阵列天线5、收纳箱6、浮标7。一开始请参见图2，图2为本发明实施例提供的面向海上应用的一种带有展开支撑结构的充气球形阵列天线系统整体结构收拢态示意图，天线展开时，所述收纳箱6周围四个面以及顶部首先展开，所述展开支撑机构2的三对展收模块在收纳箱展开后继而展开，所述充气球3、所述腰带4与所述阵列天线5在所述展开支撑机构2展开到位后开始充气展开，直至所述充气球3、所述腰带4与所述阵列天线5完全展开后，所述展开支撑机构2的装配盘24与所述充气球3装配在一起。

综上所述，本实施例展开支撑机构采用三折式设计，该机构用来支撑充气球，阵列天线位于充气球内部，实现天线功能。当展开时，充气球逐渐充气展开，展开支撑机构逐渐运动至展开状态为充气球提供结构刚度，此外本实施例所具有的收纳箱内部侧板为太阳能板，收拢时不仅能够将天线系统包裹，便于运输，还能在展开时吸收太阳能，为天线系统提供能量。因此本实施具有低成本，轻质量，大收纳比，易于投放部署的特点，可面向海上通信、探测等应用场景。