1.航天器太阳能帆板共形天线发明内容如下:
根据共形天线原理,利用太阳能帆板结构特点,航天器太阳能帆板共形天线定义为:不影响航天器太阳能帆板功能与结构,将阵列天线的阵列单元嵌入太阳能帆板的基板内、或粘贴在太阳能帆板的基板背面上,所形成的与航天器太阳能帆板的基板形状相似或相吻合的天线,称之为航天器太阳能帆板共形天线,简称为太阳能帆板共形天线。其中,阵列天线是指由多个相同或相似的辐射器按一定规律排布形成阵列的线天线或面天线,阵列天线中的每个辐射器叫做阵列单元,简称阵元。
S1,太阳能帆板共形天线结构设计
太阳能帆板基板作为太阳能电池阵与共形天线附着的载体,采用上、下面板之间蜂窝夹层结构,目的是减小结构重量的同时,提高其结构刚性。基板的上、下面板材料可选用玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、凯芙拉纤维复合材料与超高模量的碳纤维复合材料。基板外侧采用以槽形断面梁结构的边框,一是便于在基板侧面安装、布设共形天线馈电网络,二是可保持基板边缘的完整,防止因蜂窝夹层芯子暴露在外而影响太阳能帆板安全性。太阳能帆板基板上、下面板分配结构如图4所示。
S2,太阳能帆板共形天线阵元结构设计
理论上几乎所有类型天线都可作为阵列天线的阵元,如螺旋天线、微带天线或波导缝隙天线。考虑到承载能力,微带天线作为阵元应用于太阳能帆板共形天线是理想选择。
在微带天线阵列的结构设计中,不采取每个阵元使用单独介质基片、再组合在一起形成天线阵的设计思想,而是将太阳能帆板基板的下面板作为一个整体,作为微带天线的基片,采用金属渗透法直接将微带天线单元的金属地板与金属贴片渗透在基板的下面板表面,从而使基板下面板与天线单元阵列形成了一体化的整体。具体设计方法是:在基板下面板朝向铝蜂窝结构夹层,敷设绝缘薄膜;在仅靠绝缘薄膜面,按照微带天线阵列结构,渗透金属层作为地板;在金属地板位置对应的基板下面板的另一面,渗透所需要形状、尺寸的金属层,作为金属贴片,形成一付微带天线单元。如此,多个微带天线阵元按照一定的布局就构成了微带天线阵。微带天线阵元结构如图5所示,太阳能帆板共形天线阵列如图6所示。
S3,太阳能帆板共形天线阵元馈电方式设计
太阳能帆板共形天线作为阵列天线,每个天线阵元由贴片辐射器、介质基片、导电地线与馈线组成,因此,馈线设计也是十分重要的。微带天线阵元馈电方式包括边缘馈电和嵌入式馈电两类,其中边缘馈电又分为中心边缘馈电和偏心边缘馈电两种,如图7所示。对于采用微带线馈电方式的阵元,可以使得馈线与辐射器贴片形成共面,不仅使得阵元制作起来简单、方便,而且通过调节微带线宽度能够容易地改变其阻抗,从而有利于实现阻抗匹配。
S4,太阳能帆板共形天线波束控制网络设计
太阳能帆板共形天线波束控制网络是其波束形成的重要组成部分,采用常规的幅度、相位加权实现波束赋形,既可以形成单波束,也可以形成多波束。如图6所示。
S5,太阳能帆板共形天线微波信号传输线设计
太阳能帆板共形天线微波信号传输线采用基片集成波导结构,这种传输线整个结构由太阳能帆板下面板基片上的金属化通孔阵列构成,可与微带天线阵元实现完全集成,不再另外占用额外空间。基片集成波导传输线如图9所示,W为通孔纵向间距,R为通孔半径,h为通孔高度,a为通孔横向间距,εr为基片介电常数。
S6,太阳能帆板共形天线与航天器连接方法
连接结构作为太阳能帆板与航天器本体连接装置,恰恰适用于承载将太阳能帆板共形天线微波信号传输到航天器内部。太阳能帆板共形天线与航天器连接采用同轴线进行信号传输,同轴线的一端与基片集成波导相连接,同轴线沿太阳能帆板根部铰链布设,同轴线另一端直接接入航天器内部,最终实现太阳能帆板的微波信号进入航天器内部。