一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面组网方法

1.本发明涉及天线机构的组网方法，尤其涉及一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面组网方法。


背景技术：

2.目前，构架式抛物面可展开天线机构是可展机构的重要应用方向之一，已成功应用在卫星通信、遥感测量、空间探测及军事侦察等专业领域。构架式抛物面可展开天线机构是各类可展开天线中型面精度和收拢率两方面综合性能最佳的一类可展开天线。国内外学者已经在可展天线机构方面进行了相关研究工作。
3.例如中国专利(cn109860972b)，该专利抛物面可展天线机构由四面体可展单元组成，其包括四个相同的花盘、三个等长的腹杆、两个相同的第二同步杆和一个第四同步杆；该现有技术中所涉及抛物面可展天线机构的组网方法，该专利从组网方法角度上看，通过规则的三角形四面体可展单元排列形式组网形成模块，再由多个四面体可展单元模块拓展成四面体组合单元形成模块化抛物面可展天线机构。
4.还有中国专利(cn202211222501.5)，该专利抛物型可展天线机构由菱形、矩形和自适应型四棱锥单元组合而成，每个非对称四棱锥单元包括一个中心花盘、四个外花盘、四根中心连杆和四组外连杆，非对称四棱锥单元之间通过共用的外花盘和外连杆连接在一起，再通过内连杆和边界连杆连接，构成一个单自由度的抛物反射面构架可展天线机构，利用非对称四棱锥单元形成的高度差构造抛物反射面。该专利从组网方法角度上看，通过规则的正方形底面四棱锥单元排列形式组网形成抛物型可展天线机构。
5.现有的抛物型可展天线机构的组网方法中，大多采用规则且底边相等的基本单元组网而成，各基本单元相邻底边之间内角的角度相等，相对于相邻底边之间存在一定支撑角度的基本单元，其支撑强度要低；无法满足抛物型可展天线机构对于结构稳定性和支撑能力的要求。
6.因此亟需解决上述问题。


技术实现要素：

7.发明目的：本发明的目的是提供一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面组网方法，该方法组合成的可展天线机构具有收拢率高、可拓展性强和支撑刚度高的优点。
8.技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面组网方法，
9.本发明一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面组网方法，包括如下步骤：
10.(1)在俯视角度的平面上建立可展天线机构的型面，并用线段连接平面上特征节点，划分出平面上具有等腰梯形的型面；
11.(2)在划分有等腰梯形的型面中心处，设定需要设计的抛物反射面的口径大小和曲率值，建立对应口径大小以及曲率值的抛物反射面；
12.(3)将平面上的等腰梯形型面投影至抛物反射面上构成抛物等腰梯形型面，投影至抛物反射面上线段相交的交点为抛物反射面上等腰梯形底面特征节点；
13.(4)在抛物反射面上等腰梯形底面上方处建立一个等腰梯形的顶点，顶点和抛物反射面上等腰梯形底面特征节点之间相互连接，形成一个等腰梯形四棱锥基本单元；
14.(5)基于等腰梯形四棱锥基本单元按照圆周阵列组网规律构成基于等腰梯形四棱锥组合单元。
15.其中，步骤(1)中先从平面中心处建立一个长度相等的多边形，再次在从平面中心处建立比之前多边形长度大的多边形，一直不断向外划分，划分至可展天线机构需求的口径大小，最后相同方向的相邻端点之间相互连接，完成平面上建立型面；中间建立的多边形为n条边，则平面上每一圈划分出n个相同的等腰梯形可展单元，等腰梯形底边相邻的棱边之间的夹角为内角，内角的角度随着中间建立的多边形变化而变化。
16.优选的，步骤(2)中具有等腰梯形的型面中心处与抛物反射面中心处对齐。
17.再者，步骤(3)中把平面上建立完成的型面投影至所需曲率的抛物面上，该抛物面为可展天线机构所需曲率的反射面，落在抛物面上线段之间相交的特征节点为等腰梯形可展单元的底花盘中心点，相邻特征节点之间连接的线段为杆件。
18.进一步，步骤(4)中在抛物反射面上划分的等腰梯形可展单元上方建立一个顶点，顶点连接抛物反射面上等腰梯形的特征节点为侧棱边，由于抛物反射面上等腰梯形底面有四个特征节点，则共有四条棱边，分为左侧长棱边，右侧长棱边、左侧短棱边和右侧短棱边；抛物反射面上等腰梯形相邻的四个特征节点相互连接的边为底面长棱边、底面短棱边、底面左侧棱边、底面右侧棱边；所有棱边组合在一起为抛物面上的一个等腰梯形四棱锥基本单元。
19.优选的，步骤(4)中基于等腰梯形四棱锥基本单元由一个顶点和四个底点之间相互连接而成，其等腰梯形同一底上的两个内角相等，两腰相等，两底平行。
20.再者，顶点设置等腰梯形四棱锥基本单元的顶花盘，底点分别设置底花盘一、底花盘二、底花盘三、底花盘四，顶点与底点之间分别设置支撑杆一、支撑杆二、支撑杆三、支撑杆四，支撑杆一与支撑杆二相等，支撑杆三与支撑杆四相等，相邻底点之间分别设置长边收拢杆、短边收拢杆、侧边收拢杆一和侧边收拢杆二。
21.进一步，步骤(5)中以多边形中心处按照360
°
/n圆周阵列的组网规律，在一个基于等腰梯形四棱锥基本单元抛物反射面上圆周阵列出n个基于等腰梯形四棱锥基本单元，构成基于等腰梯形四棱锥组合单元。
22.优选的，步骤(5)中在一个基于等腰梯形四棱锥基本单元抛物反射面上圆周阵列出n个等腰梯形四棱锥基本单元，圆周阵列后，等腰梯形四棱锥基本单元的侧棱边重复，因此相邻等腰梯形四棱锥基本单元共用侧棱边，并在相邻等腰梯形四棱锥基本单元顶花盘之间建立支撑收拢辅助杆后构成基于腰梯形四棱锥组合单元。
23.再者，多个基于等腰梯形四棱锥组合单元组合形成一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面机构。
24.有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
25.(1)本发明中抛物反射面可展天线机构采用了等腰梯形基本单元，等腰梯形是一种特殊的梯形，其一组棱边平行不相等，另一组棱边不平行但相等，相邻棱边之间的底角存
在一定角度，使得四棱锥基本单元具有更强的稳定支撑可靠性；
26.(2)本发明构成的基于等腰梯形抛物反射面可展天线机构，通过多个相同的等腰梯形基本单元组成更大口径的可展天线机构，中心处采用缺省可展单元，保证机构单自由度实现收拢的同时，达到降低机构的重量；
27.(3)本发明形成的抛物反射面可展天线机构，由中心向外呈现圆周阵列状辐射，具有高度的结构对称性，展开性能好，整体刚度大和强度高，易于进一步向外拓展组网。
附图说明
28.图1为本发明的方法流程示意图；
29.图2为本发明中三角形、四边形、五边形、六边形和七边形的型面划分平面图；
30.图3为本发明中三角形、四边形、五边形、六边形和七边形投影至抛物面上等腰梯形的特征节点三维图；
31.图4为本发明中三角形、四边形、五边形、六边形和七边形抛物面上等腰梯形四棱锥基本单元的型面划分三维图；
32.图5为本发明中三角形、四边形、五边形、六边形和七边形抛物面上等腰梯形四棱锥组合单元的型面划分三维图；
33.图6为本发明中四边形基于等腰梯形四棱锥基本单元完全展开轴测图；
34.图7为本发明中四边形基于等腰梯形四棱锥基本单元完全展开俯视图；
35.图8为本发明中四边形基于等腰梯形四棱锥基本单元完全收拢轴测图；
36.图9为本发明中四边形基于等腰梯形四棱锥基本单元完全收拢俯视图；
37.图10为本发明中四边形基于等腰梯形四棱锥组合单元完全展开轴测图；
38.图11为本发明中四边形基于等腰梯形四棱锥组合单元完全展开主视图；
39.图12为本发明中四边形基于等腰梯形四棱锥组合单元完全展开俯视图；
40.图13为本发明中四边形基于等腰梯形四棱锥组合单元完全收拢轴测图；
41.图14为本发明中四边形基于等腰梯形四棱锥组合单元完全收拢主视图；
42.图15为本发明中四边形基于等腰梯形四棱锥组合单元完全收拢俯视图。
具体实施方式
43.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
44.如图1所示，一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面组网方法，包括如下步骤：
45.(1)在俯视角度的平面上建立可展天线机构的型面，并用线段连接平面上特征节点，划分出平面上具有等腰梯形的型面；
46.其中先从平面中心处建立一个长度相等的多边形，再次在从平面中心处建立比之前多边形长度大的多边形，一直不断向外划分，划分至可展天线机构需求的口径大小，最后相同方向的相邻端点之间相互连接，完成平面上建立型面；中间建立的多边形为n条边，则平面上每一圈划分出n个相同的等腰梯形可展单元，等腰梯形底边相邻的棱边之间的夹角为内角，内角的角度随着中间建立的多边形变化而变化；
47.(2)在划分有等腰梯形的型面中心处，设定需要设计的抛物反射面的口径大小和曲率值，建立对应口径大小以及曲率值的抛物反射面；具有等腰梯形的型面中心处与抛物
反射面中心处对齐；
48.(3)将平面上的等腰梯形型面投影至抛物反射面上构成抛物等腰梯形型面，投影至抛物反射面上线段相交的交点为抛物反射面上等腰梯形底面特征节点；其中把平面上建立完成的型面投影至所需曲率的抛物面上，该抛物面为可展天线机构所需曲率的反射面，落在抛物面上线段之间相交的特征节点为等腰梯形可展单元的底花盘中心点，相邻特征节点之间连接的线段为杆件；
49.(4)在抛物反射面上等腰梯形底面上方处建立一个等腰梯形的顶点，顶点和抛物反射面上等腰梯形底面特征节点之间相互连接，形成一个等腰梯形四棱锥基本单元；
50.其中在抛物反射面上划分的等腰梯形可展单元上方建立一个顶点，顶点连接抛物反射面上等腰梯形的特征节点为侧棱边，由于抛物反射面上等腰梯形底面有四个特征节点，则共有四条棱边，分为左侧长棱边，右侧长棱边、左侧短棱边和右侧短棱边；抛物反射面上等腰梯形相邻的四个特征节点相互连接的边为底面长棱边、底面短棱边、底面左侧棱边、底面右侧棱边；所有棱边组合在一起为抛物面上的一个等腰梯形四棱锥基本单元；基于等腰梯形四棱锥基本单元由一个顶点和四个底点之间相互连接而成，其等腰梯形同一底上的两个内角相等，两腰相等，两底平行；顶点设置等腰梯形四棱锥基本单元的顶花盘，底点分别设置底花盘一、底花盘二、底花盘三、底花盘四，顶点与底点之间分别设置支撑杆一、支撑杆二、支撑杆三、支撑杆四，支撑杆一与支撑杆二相等，支撑杆三与支撑杆四相等，相邻底点之间分别设置长边收拢杆、短边收拢杆、侧边收拢杆一和侧边收拢杆二；
51.(5)基于等腰梯形四棱锥基本单元按照圆周阵列组网规律构成基于等腰梯形四棱锥组合单元；
52.其中以多边形中心处按照360
°
/n圆周阵列的组网规律，在一个基于等腰梯形四棱锥基本单元抛物反射面上圆周阵列出n个基于等腰梯形四棱锥基本单元，构成基于等腰梯形四棱锥组合单元；在一个基于等腰梯形四棱锥基本单元抛物反射面上圆周阵列出n个等腰梯形四棱锥基本单元，圆周阵列后，等腰梯形四棱锥基本单元的侧棱边重复，因此相邻等腰梯形四棱锥基本单元共用侧棱边，并在相邻等腰梯形四棱锥基本单元顶花盘之间建立支撑收拢辅助杆后构成基于腰梯形四棱锥组合单元；
53.(6)多个基于等腰梯形四棱锥组合单元组合形成一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面机构。
54.本发明中列举平面上型面以三角形、四边形、五边形、六边形和七边形为例。如图2所示，三角形、四边形、五边形、六边形和七边形的型面划分平面图。先从平面中心处建立一个长度相等的多边形，再次在从平面中心处建立比之前多边形长度大的多边形，一直不断向外划分，划分至可展天线机构需求的口径大小，最后相同方向的相邻端点之间相互连接，完成平面上建立型面。此时中间建立的多边形为n条边，则平面上每一圈划分出n个相同的等腰梯形可展单元，等腰梯形底边相邻的棱边之间的夹角为内角，内角的角度随着中间建立的多边形变化而变化。
55.如图3所示，为三角形、四边形、五边形、六边形和七边形投影至抛物面上等腰梯形的特征节点三维图。把平面上建立完成的型面投影至所需曲率的抛物面上，该抛物面为可展天线机构所需曲率的反射面，落在抛物反射面上线段之间相交的特征节点为等腰梯形可展单元的底花盘中心点，相邻特征节点之间连接的线段为杆件。从可展天线机构轻质量角
度并结合可展天线机构折展形式考虑，中间的多边形的不设置可展单元。
56.如图4所示，为三角形、四边形、五边形、六边形和七边形抛物反射面上等腰梯形四棱锥基本单元的型面划分三维图。在抛物反射面上划分的等腰梯形可展单元上方建立一个顶点，顶点连接抛物反射面上等腰梯形的特征节点为侧棱边，由于抛物反射面上等腰梯形底面有四个特征节点，则共有四条棱边，分为左侧长棱边，右侧长棱边、左侧短棱边和右侧短棱边。抛物反射面上等腰梯形相邻的四个特征节点相互连接的边为底面长棱边、底面短棱边、底面左侧棱边、底面右侧棱边。所有棱边组合在一起为抛物反射面上的一个等腰梯形四棱锥基本单元。
57.如图5所示，为三角形、四边形、五边形、六边形和七边形抛物面上等腰梯形四棱锥组合单元的型面划分三维图。在一个基于等腰梯形四棱锥基本单元上以多边形中心处按照360
°
/n圆周阵列的组网规律，阵列出n个基于等腰梯形四棱锥基本单元，构成基于等腰梯形四棱锥组合单元。
58.如图6和图7所示，为四边形基于等腰梯形四棱锥基本单元完全展开轴测和俯视图。基于等腰梯形四棱锥基本单元由一个顶点和四个底点之间相互连接而成，其等腰梯形同一底上的两个内角相等，两腰相等，两底平行。顶点设置等腰梯形四棱锥基本单元的顶花盘12，底点分别设置底花盘一23、底花盘二15、底花盘三18、底花盘四21，顶点与底点之间分别设置支撑杆一11、支撑杆二13、支撑杆三17、支撑杆四20，因等腰梯形具有对称关系，支撑杆一11与支撑杆二13相等，支撑杆三17与支撑杆四20相等，相邻底点之间分别设置长边收拢杆14、短边收拢杆19、侧边收拢杆一16和侧边收拢杆二22。
59.如图8和图9所示，为四边形基于等腰梯形四棱锥基本单元完全收拢轴测和俯视图。建立基于等腰梯形四棱锥基本单元仿真分析模型，并采用adams对等腰梯形四棱锥基本单元完全展开状态进行运动学分析，基于理论分析其自由度，等腰梯形四棱锥基本单元自由度数目为1，自由度数目为机构驱动数量，经设置1个固定副和24个转动副，并添加1个驱动，使等腰梯形四棱锥基本单元完全展开状态向中心处聚拢成等腰梯形四棱锥基本单元完全收拢状态。
60.如图10、图11和图12所示，四边形基于等腰梯形四棱锥组合单元完全展开轴测、主视和俯视图。在多边形中心处按照90
°
的圆周阵列组网规律，在一个基于等腰梯形四棱锥基本单元抛物反射面上圆周阵列四个等腰梯形四棱锥基本单元，圆周阵列后，等腰梯形四棱锥基本单元的侧棱边重复，因此相邻等腰梯形四棱锥基本单元共用侧棱边，并在相邻等腰梯形四棱锥基本单元顶花盘之间建立支撑收拢辅助杆24后构成基于腰梯形四棱锥组合单元。
61.如图13、图14和图15所示，四边形基于等腰梯形四棱锥组合单元完全收拢轴测、主视和俯视图。基于等腰梯形四棱锥基本单元仿真分析模型，通过在多边形中心处按照90
°
的圆周阵列组网后，去掉相邻等腰梯形四棱锥基本单元重复的侧棱边和增加相邻等腰梯形四棱锥基本单元顶花盘之间支撑收拢辅助杆。经设置1个固定副和100个转动副，并添加1个驱动，使等腰梯形四棱锥组合单元完全展开状态向中心处聚拢成等腰梯形四棱锥组合单元完全收拢状态。
62.本发明基于等腰梯形的四棱锥组合单元形成的抛物型构架式可展天线机构仅需添加一个驱动便可实现机构收拢，并且该机构具有结构对称性好、自由度数目少，收拢和展
开易于控制，可拓展性强、支撑刚度高等优点，通过改变四棱锥各棱边长度，以及各连杆的长度，形成任意大小任意曲率的抛物反射面构架可展天线机构。

技术特征：
1.一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面组网方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在俯视角度的平面上建立可展天线机构的型面，并用线段连接平面上特征节点，划分出平面上具有等腰梯形的型面；(2)在划分有等腰梯形的型面中心处，设定需要设计的抛物反射面的口径大小和曲率值，建立对应口径大小以及曲率值的抛物反射面；(3)将平面上的等腰梯形型面投影至抛物反射面上构成抛物等腰梯形型面，投影至抛物反射面上线段相交的交点为抛物反射面上等腰梯形底面特征节点；(4)在抛物反射面上等腰梯形底面上方处建立一个等腰梯形的顶点，顶点和抛物反射面上等腰梯形底面特征节点之间相互连接，形成一个等腰梯形四棱锥基本单元；(5)基于等腰梯形四棱锥基本单元按照圆周阵列组网规律构成基于等腰梯形四棱锥组合单元。2.根据权利要求1所述的一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面组网方法，其特征在于：所述步骤(1)中先从平面中心处建立一个长度相等的多边形，再次在从平面中心处建立比之前多边形长度大的多边形，一直不断向外划分，划分至可展天线机构需求的口径大小，最后相同方向的相邻端点之间相互连接，完成平面上建立型面；中间建立的多边形为n条边，则平面上每一圈划分出n个相同的等腰梯形可展单元，等腰梯形底边相邻的棱边之间的夹角为内角，内角的角度随着中间建立的多边形变化而变化。3.根据权利要求1所述的一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面组网方法，其特征在于：所述步骤(2)中具有等腰梯形的型面中心处与抛物反射面中心处对齐。4.根据权利要求1所述的一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面组网方法，其特征在于：所述步骤(3)中把平面上建立完成的型面投影至所需曲率的抛物面上，该抛物面为可展天线机构所需曲率的反射面，落在抛物面上线段之间相交的特征节点为等腰梯形可展单元的底花盘中心点，相邻特征节点之间连接的线段为杆件。5.根据权利要求1所述的一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面组网方法，其特征在于：所述步骤(4)中在抛物反射面上划分的等腰梯形可展单元上方建立一个顶点，顶点连接抛物反射面上等腰梯形的特征节点为侧棱边，由于抛物反射面上等腰梯形底面有四个特征节点，则共有四条棱边，分为左侧长棱边，右侧长棱边、左侧短棱边和右侧短棱边；抛物反射面上等腰梯形相邻的四个特征节点相互连接的边为底面长棱边、底面短棱边、底面左侧棱边、底面右侧棱边；所有棱边组合在一起为抛物面上的一个等腰梯形四棱锥基本单元。6.根据权利要求5所述的一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面组网方法，其特征在于：所述步骤(4)中基于等腰梯形四棱锥基本单元由一个顶点和四个底点之间相互连接而成，其等腰梯形同一底上的两个内角相等，两腰相等，两底平行。7.根据权利要求6所述的一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面组网方法，其特征在于：所述顶点设置等腰梯形四棱锥基本单元的顶花盘，底点分别设置底花盘一、底花盘二、底花盘三、底花盘四，顶点与底点之间分别设置支撑杆一、支撑杆二、支撑杆三、支撑杆四，支撑杆一与支撑杆二相等，支撑杆三与支撑杆四相等，相邻底点之间分别设置长边收拢杆、短边收拢杆、侧边收拢杆一和侧边收拢杆二。8.根据权利要求1所述的一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面组网方法，其特征在于：所述步骤(5)中以多边形中心处按照360
°
/n圆周阵列的组网规律，在一个基于等腰梯
形四棱锥基本单元抛物反射面上圆周阵列出n个基于等腰梯形四棱锥基本单元，构成基于等腰梯形四棱锥组合单元。9.根据权利要求8所述的一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面组网方法，其特征在于：所述步骤(5)中在一个基于等腰梯形四棱锥基本单元抛物反射面上圆周阵列出n个等腰梯形四棱锥基本单元，圆周阵列后，等腰梯形四棱锥基本单元的侧棱边重复，因此相邻等腰梯形四棱锥基本单元共用侧棱边，并在相邻等腰梯形四棱锥基本单元顶花盘之间建立支撑收拢辅助杆后构成基于腰梯形四棱锥组合单元。10.根据权利要求1所述的一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面组网方法，其特征在于：多个基于等腰梯形四棱锥组合单元组合形成一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面机构。

技术总结
本发明公开了一种基于等腰梯形的可展天线抛物反射面组网方法包括在俯视角度的平面上建立可展天线机构的型面，划分出平面上具有等腰梯形的型面；在划分有等腰梯形的型面中心处，建立对应口径大小以及曲率值的抛物反射面；将平面上的等腰梯形型面投影至抛物反射面上构成抛物等腰梯形型面，投影至抛物反射面上线段相交的交点为抛物反射面上等腰梯形底面特征节点；在抛物反射面上等腰梯形底面上方处建立等腰梯形的顶点，顶点和抛物反射面上等腰梯形底面特征节点之间相互连接，形成等腰梯形四棱锥基本单元；四棱锥基本单元按照圆周阵列组网规律构成四棱锥组合单元。本发明组合成的可展天线机构具有收拢率高、可拓展性强和支撑刚度高的优点。刚度高的优点。刚度高的优点。


技术研发人员：何健亮 郭金伟 张国兴
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2023.08.10
技术公布日：2023/10/15