具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种大口径高通量卫星高精度可折叠反射器做进一步详细的说明(如图1～14所示)。

本发明提出：

(1)大口径反射器折叠收拢展开设计：

从反射器分块与拼接技术，反射器折叠收拢及展开方案设计等方面给出了反射器的分块、拼接、折叠、展开及锁定等设计方法，适用于国内现有卫星平台舱板安装尺寸以及整流罩包络尺寸限制，满足新一代高通量/甚高通量通信卫星系统大口径天线反射器的需求。

(2)天线展开状态形面拼接稳定性设计：通过对反射器展开定位机构的原理及结构尺寸的分析，找到了影响展开定位机构在轨热变形的敏感尺寸因素，使得优化设计后的展开定位机构满足反射器拼接后的形面精度要求及高低温下的在轨应用。

(3)大口径高精度反射器设计加工方法：从反射器前、后面板的子块拼接成型技术、反射器蜂窝芯的拼接技术及反射器框架型背架优化等方面开展高精度反射面设计及热稳定性设计，满足反射面形面制造精度的同时确保天线在轨指向精准。

本发明主要对象为可折叠收纳的大口径天线反射器，通过折叠收拢满足卫星平台布局安装要求，在轨折叠部分展开后，通过高精度展开定位机构保证天线反射器整体形面的高精度；其他关于高形面精度反射器加工工艺过程的发明改善与一些公开发表的文献和专利有一定的关联度。

在本申请实施例所提供的方案中，反射器主要由主体板1、折叠板2、3(共2块，镜像对称)、弹簧展开机构4、展开定位机构5、收拢锁定器6等五部分构成，其结构示意图如图1所示。反射器展开投影口径为3.6m，反射器折叠收拢后尺寸为2.2m，折叠板尺寸为0.7m，满足目前主流通信卫星平台DFH-4及DFH-4E的最小横向尺寸≤2.2m的要求。天线在DFH-4E卫星平台上布局展开及收拢状态示意图分别如图2、3所示，用于将天线反射器安装到卫星平台上的锁紧释放装置7完全处于DFH-4E卫星舱板安装包络范围以内，适应平台安装空间的要求，反射器也可以通过展开臂的折叠设计，满足长焦距天线的使用要求。

由于主体板、折叠板1、2拼接成的反射器在拼接处存在一定的拼接间隙，为明确拼接后的缝隙对反射器射频性能造成的影响，特开展射频性能仿真分析。当主体板与折叠板拼接后的缝隙为5mm时，根据仿真分析结果：反射器间的拼接间隙仅对多波束应用下的波束远旁瓣性能带来微弱影响，主要性能如增益及交叉极化性能均未见明显变化，因此反射器的分块拼接方式可以适用于Ka、Ku及其它大口径反射器的折叠收拢设计。反射器拼缝尺寸仿真模型图如图4所示。

进一步，在一种可能实现的方式中，反射器收拢折叠状态由安装于反射器背架上的收拢锁定器提供两块折叠板的锁定，每块折叠板均设有两处收拢锁定器，如图5所示，收拢锁定器设计上采用了与折叠板背架连接接头的一体化设计，在节约了收拢锁定器安装空间的同时也为锁紧杆切断后的拔销弹出提供了足够的解锁空间，如图6所示。

天线在轨由折叠状态向展开状态转动的动力源为弹簧展开机构，每块折叠板设有两个并联的弹簧展开机构，分别设置在反射器长度方向的两端，结合两个收拢锁定器的安装布局，单块折叠板可形成稳定的呈梯形状态的4点支撑，提高了反射器自身的一阶基频。

弹簧展开机构的固定端和输出端分别安装在主体板和折叠板的框型背架上，弹簧展开机构包括作为驱动源的涡卷弹簧，可将弹簧扭转力矩放大的传动轮系，以及控制输出轴输出转速的擒纵机构组成，三个主要部件通过模块化的设计共同集成于一个弹簧展开机构中，降低了机构重量节省了安装空间。

在一种可能实现的方式中，反射器的两块折叠板在弹簧展开机构驱动下需要配合展开定位机构使其停止到预定位置，由于折叠板展开空间有限，展开定位机构采用了集成化的设计，直接安装在弹簧展开机构的底部，当安装于折叠板的展开部件转动到预期位置时，展开定位机构的挡块对展开部件进行限位，而后挡销在压缩弹簧的作用下向下运动，将展开部件限定在固定的卡槽内，实现与展开部件的精准定位(调试后的展开定位机构可以实现重复展开精度0.01°的精准定位)，其中挡销与活动部件之间采用楔形配合方式，保证活动部件在卡槽内的配合紧密。基于目前3.6m反射器的设计，折叠板边缘距离弹簧展开机构转轴中心约为800mm，展开定位机构0.01°的锁定角度偏差，仅会对反射器边缘位移产生800×sin(0.01°)＝0.14mm的影响，换算到均方根值误差更小，可以满足天线常温状态展开后拼接精度的要求。天线展开过程及展开定位机构结构示意图如图7所示，展开定位机构定位原理图如图8所示。

为满足展开定位机构在轨更宽温度范围内的精度保持，对展开定位机构结构尺寸进行了分析，找到影响展开定位机构在轨热变形的尺寸因素。

为适应天线展开包络最小尺寸，展开定位机构空间布局位置已经确定，转轴到卡槽高度尺寸H＝97.5mm，定位挡块9到安装位置尺寸L1＝48mm，仍按铝合金进行计算，则在轨极端低温温度-160℃条件下，定位挡销9热变形减小的尺寸为：

△L1＝48×24e-6(铝合金热膨胀系数)×180℃(与常温20℃温差)＝0.2mm

对L2尺寸取为0～48mm，按0.01mm为增量，对α角度进行计算，由计算结果可知：

在L2＝0mm，角度变化最小αmin＝0.11753°(此时折叠板边缘产生位移800×sin(0.11753°)＝1.64mm，展开定位机构热变形引起的反射器拼接形面变形仍然较大)。

低温工况下铝合金制件展开定位机构转角随L2尺寸变化示意图如图9所示：初始设计尺寸L2＝20mm，α＝0.11756°；最大可能设计尺寸L2＝48mm，α＝0.11758°，L2尺寸对角度变化影响非常微弱，因而铝合金定位挡块热变形尺寸△L1成为最关键的敏感因素。

根据上述计算结果可知，可以尽量增大L2尺寸，降低L1尺寸，同时将铝合金材料更换为热膨胀系数更小的材料，降低展开定位机构热变形带来的转角误差，本发明采用钛合金材料，其热膨胀系数为10e-6/K。如图8所示，展开定位机构用于定位尺寸为L＝22.7mm，该尺寸不能变化，因此L1＝48-22.7＝25.3mm，L2＝20+22.7＝42.7mm，此时钛合金材质定位挡销9热变形减小的尺寸为：

△L1＝25.3×10e-6(铝合金热膨胀系数)×180℃(与常温20℃温差)＝0.045mm

该工况下α＝0.026447°，此时折叠板边缘产生位移800×sin(0.026447°)＝0.369mm，考虑形面RMS值的需求，可以满足可折叠反射器展开定位后的形面精度要求。

优化设计后的天线展开定位机构如图11所示，挡销改为钛合金材料，天线用于定位的展开部件的材料选用热膨胀系数2e-6/K～3e-6/K碳纤维制作。

在一种可能实现的方式中，投影口径3.6m的反射器是目前高频段高通量/甚高通量卫星口径最大的天线反射器，结构组成上包括反射面和框型背架(含展开臂)，除了反射面的形面制造精度满足技术要求外，还需要保证反射器的热变形精度以及天线框型背架的热稳定性，确保天线在轨指向精准。

传统天线反射面采用单向带预浸料铺贴形成反射器面板的整体成型方法，属于以平面模拟曲面的成型方法，该方法在1～2m的高精度反射器成型中较为常见，但是在3.6m的大口径反射器成型上，过长的单向带整体铺设在成型边缘上极易形成弯曲、以及翘曲褶皱等问题，影响铺层角度以及成型精度，同时成型后反射面内应力大，在轨极端温度环境下会产生额外的变形，影响形面精度。为解决上述问题，本专利的反射器前、后面板成型均采用了子块拼接成形方案，即以较短的单向带局部分块成型代替以往的长纤维单向带整体成型的方式，小的子块更易于实现平面结构与曲面形状的贴附，保证反射面铺层角度的准确性和准各向同性设计，降低整体成型中的残余应力，提高反射器成型精度和在轨热稳定性，反射面总体分块示意图如12所示。

反射面所用的铝蜂窝芯同样为平面结构贴附形成曲面形状，大面积的蜂窝整体弯曲成型会带来很大的弯曲应力影响成型精度，因而蜂窝芯成型同样需要拼接降低蜂窝芯弯曲应力，同时增加预固化成型过程，固化后的蜂窝芯形状尽量与形面保持近似一致。蜂窝拼接分块大小的选择需要根据反射面的曲率大小以及弯曲后最大的位移量来选择，3.6m反射器由于焦距长，反射面曲率小，因而主体板的反射面采用了11块蜂窝进行拼接，中间分块1的蜂窝L方向与反射器抛物面长边X轴保持一致，周围的分块蜂窝W方向沿中心向四周辐射方向分布；折叠板形状呈长条装，因此分为三块拼接，蜂窝L方向同样与反射器抛物面长边X轴保持一致。反射器蜂窝拼接结构示意图如图13所示。

在一种可能实现的方式中，包括框架型背架设计方案，由矩形管件连接构成，材料为高模量的M40J环氧树脂体系，按准各项同性设计采用机器多向纤维缠绕的方式加工而成，缠绕形成的碳纤维管件较单向带铺贴工艺纤维角度容易控制，矩形管件周围的圆角不易堆积发生变形的单向带，因而更易形成与设计参数匹配更好的产品，热稳定性可以得到更好的控制。主体板上的框型背架采用多个分散布置的L型角片与反射面连接，在轨极端温度载荷出现时，框型背架变形与反射面变形可通过柔性的L型角片解耦，碳纤维缠绕而成的矩形管件制成的框型背架材料均匀性好、刚度较高，在轨可以保持较高的稳定度，保持天线较高的指向精度。框形背架结构示意图如图14所示。

本发明可以实现反射面的投影口径为3.6m，反射器折叠收拢后尺寸为2.2m，折叠板尺寸为0.7m。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。