[發明專利]一種透鏡式可折疊展開薄膜天線及其尺寸設計方法

在審

• 申請號: 201710343521.0
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN107317085A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 曹揚;余興;馮紅全
• 申請（專利權）人: 上海無線電設備研究所
• 主分類號: H01Q1/08
• 分類號: H01Q1/08;H01Q1/28;H01Q15/02;H01Q19/06
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙)31249
• 代理人: 潘朱慧

技術領域

本發明涉及天線技術領域，具體涉及一種透鏡式可折疊展開薄膜天線及其尺寸設計方法。

背景技術

星載天線要求作用距離遠、監視范圍大、增益高，因此，必須要利用大口徑天線，這種天線的口徑往往要達到幾十平方米甚至數百平方米。大型星載天線在衛星發射成本中占很大比例，其原因是不僅需要加大推力，還要考慮運載火箭整流罩的容積。

隨著空間科學技術的發展，采用常規的天線結構形式已經不能滿足大口徑天線的要求。當天線尺寸超過航天運載工具的整流罩所能容納的范圍時，要求天線在發射階段折疊起來收藏于整流罩內，待航天器進入軌道后，再將天線展開至工作狀態。

可展開的天線分很多種，與網狀可展開天線、板狀可展開天線等其他結構形式相比，薄膜可展開天線由于其收攏體積更小、質量也最輕的特點，從20世紀60年代就開始了廣泛的研究。

目前的可折疊展開薄膜天線主要分為兩種形式，一是以印刷振子或微帶貼片等為陣元的陣列天線，二是拋物面反射器天線：

1、陣列型薄膜天線

文獻《薄膜天線單元的初步研究》介紹了輕型可展開陣列天線的兩種單元形式，并進行了比較。天線單元為加工在柔性薄膜介質材料上的微帶貼片天線和微帶印刷振子，薄膜層和接地層之間是空氣層，薄膜層可以通過柔性展開機構將其展平。經過比較后發現微帶貼片天線單元的帶寬較窄，且薄膜的平整度對其駐波影響較大，但是印刷振子的饋電結構比共面饋電的微帶貼片天線要復雜。文獻《薄膜折合印刷振子的設計》介紹了一種改進的單元結構形式。通過垂直過渡寬帶巴倫將共面波導變換為共面平行帶狀線對印刷折合振子進行平衡饋電，頂層為輻射層薄膜，中間層為有開孔的接地層薄膜，底層為饋電網絡層薄膜。該設計改善了阻抗帶寬，同時接地層薄膜還抑制了饋電網絡的輻射。

實用新型CN201520068393.X《一種薄膜天線》介紹了一種可以同時工作于UHF和VHF頻段的薄膜天線單元形式。該專利通過設計薄膜天線導電層的圖案使得該天線雙頻工作，且在兩個頻段均具有較好的性能。實用新型CN201420142915.1《一種新型透明天線裝置》介紹了一種天線本體對光波透明的薄膜天線。該專利采用PET柔性印刷薄膜天線，網眼結構和極細的帶狀導電性薄膜使天線本體的透光率可達70％至90％及以上。

以上文獻和專利對構成陣列天線的單元進行了研究和改進，可用于構成陣列型薄膜天線，并改善相關性能。

文獻《An Inflatable L-Band Microstrip SAR Array》介紹了JPL研制的L波段微帶陣列薄膜天線，應用于星載SAR，起到了很好的減重效果。該天線口徑為10m×3m，分為3.3m×1m的9個子區域進行制作，每個子區域包括16×6個貼片單元。天線由3層薄膜構成，上層為輻射貼片層，中間層為接地層，下層為功分饋電網絡。文獻《An Active Membrane Phased Array Radar》在此基礎上開發了第一套L波段的相控陣薄膜天線。該天線由2層薄膜構成，上層為輻射貼片層，下層為接地層，每個貼片的背面集成了T/R組件，實現電控掃描功能。

授權專利CN201210051753.6《一種預張力薄膜結構天線的制備方法》介紹了一種預張力薄膜結構天線的制備方法。該專利通過采用薄膜結構實現相控陣天線陣面，減輕傳統相控陣天線結構的重量，同時具有可連續加載的特點，精確控制膜張力，提高型面精度。授權專利CN200810064808.0《一種單電機驅動的薄膜天線豆莢形支撐桿雙側展開機構》介紹了一種單電機驅動的薄膜天線支撐展開機構。該專利所研制的豆莢形支撐結構能夠雙側展開的，具有體積小和占用空間小的優點，可提高展開后的剛度和收藏質量，為可折疊展開薄膜天線提供了高效和高可靠性的支撐技術。

以上文獻和專利對陣列型薄膜天線的輻射特性和支撐結構進行了研究，探索陣列型薄膜天線的工程化應用。

陣列型薄膜天線需要較為復雜的饋電網絡，單元數量越多網絡越復雜，同時饋線的加工精度要求較高，且金屬饋電網絡對天線的輻射有一定影響。

2、拋物面薄膜天線