[发明专利]一种透镜式可折叠展开薄膜天线及其尺寸设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种透镜式可折叠展开薄膜天线及其尺寸设计方法。

背景技术

星载天线要求作用距离远、监视范围大、增益高，因此，必须要利用大口径天线，这种天线的口径往往要达到几十平方米甚至数百平方米。大型星载天线在卫星发射成本中占很大比例，其原因是不仅需要加大推力，还要考虑运载火箭整流罩的容积。

随着空间科学技术的发展，采用常规的天线结构形式已经不能满足大口径天线的要求。当天线尺寸超过航天运载工具的整流罩所能容纳的范围时，要求天线在发射阶段折叠起来收藏于整流罩内，待航天器进入轨道后，再将天线展开至工作状态。

可展开的天线分很多种，与网状可展开天线、板状可展开天线等其他结构形式相比，薄膜可展开天线由于其收拢体积更小、质量也最轻的特点，从20世纪60年代就开始了广泛的研究。

目前的可折叠展开薄膜天线主要分为两种形式，一是以印刷振子或微带贴片等为阵元的阵列天线，二是抛物面反射器天线：

1、阵列型薄膜天线

文献《薄膜天线单元的初步研究》介绍了轻型可展开阵列天线的两种单元形式，并进行了比较。天线单元为加工在柔性薄膜介质材料上的微带贴片天线和微带印刷振子，薄膜层和接地层之间是空气层，薄膜层可以通过柔性展开机构将其展平。经过比较后发现微带贴片天线单元的带宽较窄，且薄膜的平整度对其驻波影响较大，但是印刷振子的馈电结构比共面馈电的微带贴片天线要复杂。文献《薄膜折合印刷振子的设计》介绍了一种改进的单元结构形式。通过垂直过渡宽带巴伦将共面波导变换为共面平行带状线对印刷折合振子进行平衡馈电，顶层为辐射层薄膜，中间层为有开孔的接地层薄膜，底层为馈电网络层薄膜。该设计改善了阻抗带宽，同时接地层薄膜还抑制了馈电网络的辐射。

实用新型CN201520068393.X《一种薄膜天线》介绍了一种可以同时工作于UHF和VHF频段的薄膜天线单元形式。该专利通过设计薄膜天线导电层的图案使得该天线双频工作，且在两个频段均具有较好的性能。实用新型CN201420142915.1《一种新型透明天线装置》介绍了一种天线本体对光波透明的薄膜天线。该专利采用PET柔性印刷薄膜天线，网眼结构和极细的带状导电性薄膜使天线本体的透光率可达70％至90％及以上。

以上文献和专利对构成阵列天线的单元进行了研究和改进，可用于构成阵列型薄膜天线，并改善相关性能。

文献《An Inflatable L-Band Microstrip SAR Array》介绍了JPL研制的L波段微带阵列薄膜天线，应用于星载SAR，起到了很好的减重效果。该天线口径为10m×3m，分为3.3m×1m的9个子区域进行制作，每个子区域包括16×6个贴片单元。天线由3层薄膜构成，上层为辐射贴片层，中间层为接地层，下层为功分馈电网络。文献《An Active Membrane Phased Array Radar》在此基础上开发了第一套L波段的相控阵薄膜天线。该天线由2层薄膜构成，上层为辐射贴片层，下层为接地层，每个贴片的背面集成了T/R组件，实现电控扫描功能。

授权专利CN201210051753.6《一种预张力薄膜结构天线的制备方法》介绍了一种预张力薄膜结构天线的制备方法。该专利通过采用薄膜结构实现相控阵天线阵面，减轻传统相控阵天线结构的重量，同时具有可连续加载的特点，精确控制膜张力，提高型面精度。授权专利CN200810064808.0《一种单电机驱动的薄膜天线豆荚形支撑杆双侧展开机构》介绍了一种单电机驱动的薄膜天线支撑展开机构。该专利所研制的豆荚形支撑结构能够双侧展开的，具有体积小和占用空间小的优点，可提高展开后的刚度和收藏质量，为可折叠展开薄膜天线提供了高效和高可靠性的支撑技术。

以上文献和专利对阵列型薄膜天线的辐射特性和支撑结构进行了研究，探索阵列型薄膜天线的工程化应用。

阵列型薄膜天线需要较为复杂的馈电网络，单元数量越多网络越复杂，同时馈线的加工精度要求较高，且金属馈电网络对天线的辐射有一定影响。

2、抛物面薄膜天线