專利名稱：用于衛(wèi)星通信的可展開(kāi)的相控陣天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相控陣天線，具體地但不專門用于通信衛(wèi)星。
技術(shù)背景在通信衛(wèi)星上的天線結(jié)構(gòu)通常包括剛性反射器，直徑高達(dá)約2.5 米，或更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，例如跨度高達(dá)9米的可展開(kāi)的線網(wǎng)格反射器。 陣列可以僅僅作為發(fā)射天線、僅僅作為接收天線、或作為組合式發(fā)射/ 接收天線運(yùn)行。相控陣天線通常作為緊湊的靜止的結(jié)構(gòu)使用，用于多波束的電磁 能量的靈活定向、快速反應(yīng)跟蹤雷達(dá)和電信天線。它們?cè)跈C(jī)械上是靜 止的，但可以電子地重新配置成在規(guī)定的覆蓋區(qū)域內(nèi)發(fā)送或接收信號(hào)。例如，建立在地面上的衛(wèi)星終端使用相控陣來(lái)跟蹤低地球軌道衛(wèi)星并 與之通信，平板相控陣天線被用于針對(duì)家庭電視廣播的衛(wèi)星的接收。相控陣天線被用作通信航空器上傳統(tǒng)的反射器天線的替代物。例 子包括Boeing Gapfiller軍事衛(wèi)星，使用固定的(非可展開(kāi)的)分開(kāi)的接 收和發(fā)射X波段陣歹'J (httt):〃www.boeing.com/defense-space/space/bss/ factsheets/702/wgs/wgs factsheet.html)和Boeing Spaceway商用衛(wèi)星系 統(tǒng)，4吏用固定的 Ka波段相控陣(http:〃www.boeing.com/ids /allsystemsgo/issues/voll/num3/storv06.html)。這些天線具有相對(duì)較小 的孔徑和固定的結(jié)構(gòu)。發(fā)明內(nèi)容在至少優(yōu)選實(shí)施例中，用于通信衛(wèi)星的可展開(kāi)的平面相控陣天線 系統(tǒng)具有大孔徑設(shè)計(jì)，它在衛(wèi)星定點(diǎn)在空間后被展開(kāi)。較大的孔徑易 于在地球表面上生成較小直徑的斑束，使得通過(guò)更高的頻率重復(fù)使用 等級(jí)來(lái)提高系統(tǒng)容量。較小的波束尺寸也對(duì)應(yīng)于衛(wèi)星發(fā)射機(jī)EIRP(有 效各向同性輻射功率)和接收機(jī)靈敏度的增加，允許利用小的、低功率、 低成本的終端來(lái)工作。本發(fā)明第一方面提供可從收縮條件展開(kāi)到展開(kāi)條件的相控陣天 線，包括基底部件，至少部分具有由多個(gè)邊緣區(qū)域限定的多邊形截 面外形；和多個(gè)天線板，每個(gè)天線板通過(guò)相應(yīng)的鉸鏈裝置被連接到所 述基底部件的所述邊緣區(qū)域中的相應(yīng)一個(gè)，這樣，在所述收縮條件下， 兩個(gè)或更多個(gè)天線板相互堆疊在基底部件上，并且鉸鏈裝置使得天線 板可以從堆棧中一個(gè)接一個(gè)順序地鉸接到每個(gè)板與相應(yīng)的基底邊緣區(qū) 域相鄰的位置，以提供所述展開(kāi)條件，其中所述相控陣天線產(chǎn)生一個(gè) 擴(kuò)展的區(qū)域?；撞考捻斆鎯?yōu)選地提供另一個(gè)天線板。為了天線正確地工 作，天線板和基底部件優(yōu)選地可以呈現(xiàn)平的二維表面，否則在輻射器 單元之間會(huì)出現(xiàn)不想要的相位增量。在展開(kāi)的條件下，天線板的上表 面可以與基底部件的上表面對(duì)準(zhǔn)，然而，微小的臺(tái)階或不連續(xù)性可以 通過(guò)信號(hào)處理來(lái)校正。多邊形截面形狀可以具有任何形狀，但優(yōu)選地是正多邊形。它可 以是三角形、矩形、五邊形等等，但在一個(gè)優(yōu)選的形式中，從天線設(shè) 計(jì)的電特性考慮，它是具有六條邊的六邊形。天線板可以具有與基底 部件相同的截面，并被堆疊在基底部件的頂部，以便在長(zhǎng)度方向上呈 現(xiàn)均勻的截面。在天線構(gòu)成必須通過(guò)地球大氣層發(fā)射的通信衛(wèi)星的一 部分的場(chǎng)合下，這是特別想要的。然而，視需要，天線板可以具有不 同的截面。在一個(gè)優(yōu)選形式中，每個(gè)板的外部邊緣具有城堞形的外形， 這樣，輻射器單元的子陣列可以具有最佳配置。優(yōu)選地，天線板的形狀和尺寸被確定為在展開(kāi)的條件下，天線 板的邊緣與相應(yīng)的基底邊緣區(qū)域共端相鄰。這允許天線的電連續(xù)性， 并實(shí)現(xiàn)跨越邊緣的電連接。從基底邊緣區(qū)域延伸的每個(gè)板的邊緣可被 放置為與相鄰板的對(duì)應(yīng)邊緣緊鄰；這樣，天線的區(qū)域在展開(kāi)后是閉合 的。
在替換的結(jié)構(gòu)中，可以提供一組附加的天線板，每個(gè)附加的天線 板被鉸接到以上最先提到的天線板之一，這樣，天線板從收縮條件被 展開(kāi)，首先，第一天線板被移動(dòng)到展開(kāi)的位置，隨后附加天線板從位 于第一天線板的頂部的位置被樞轉(zhuǎn)到展開(kāi)的位置。這樣，可以提供具 有非常大的面積的天線。在展開(kāi)的位置，天線優(yōu)選地提供大約圓形閉合的區(qū)域，這樣，天 線提供最佳的大孔徑。在鉸接第一天線板的優(yōu)選方式下，每個(gè)天線板藉助于鉸鏈裝置被 耦合到基底部件，所述鉸鏈裝置具有相對(duì)于天線板在天線單元的收縮 堆棧中的位置被放置的樞軸點(diǎn)，使得在鉸鏈旋轉(zhuǎn)到展開(kāi)條件后天線板進(jìn)行180°旋轉(zhuǎn)和平移運(yùn)動(dòng)，在完全展開(kāi)的位置下到達(dá)基底部件的頂部 的平面。鉸鏈優(yōu)選地具有"翻板(back-flap )"結(jié)構(gòu)，支撐框架從樞軸點(diǎn)延 伸到天線板部件的下面；這樣，它不干擾天線的電特性。鉸鏈的樞軸 優(yōu)選地被形成為拉長(zhǎng)的套筒和銷裝置，以保證樞軸點(diǎn)保持完全精確地 放置。天線板的堆?？砂ㄔ诨撞考粋?cè)的所有板。替換地， 一個(gè)或 多個(gè)天線板可以在收縮時(shí)被放在基底部件的相反側(cè)。這可以是天線打 算用于無(wú)線通信的情形，其中基底部件藉助于吊臂部件被耦合到服務(wù) 模塊，以避免與吊臂部件沖突。在優(yōu)選的配置中，天線在發(fā)射階段被放置在衛(wèi)星服務(wù)模塊的頂 部，但當(dāng)衛(wèi)星定點(diǎn)時(shí)，天線在收縮條件下藉助于吊臂部件旋轉(zhuǎn)90。到天 線展開(kāi)的位置。在這種情形下，包括展開(kāi)的太陽(yáng)能陣列的整個(gè)服務(wù)模 塊能夠相對(duì)于天線旋轉(zhuǎn)(每24小時(shí)一次)。這樣的安排是已知的，例如 是在 Communications Satellites, The Technology of Space Communications, 1987，由Heinemann出版，作者J丄.Blonstein， p.147 中描述的。天線指向地球，而服務(wù)模塊太陽(yáng)能陣列指向太陽(yáng)。太陽(yáng)能 陣列被固定到服務(wù)模塊，而且不相對(duì)于服務(wù)模塊旋轉(zhuǎn) 。在優(yōu)選的配置 中，基底單元必須在收起板可被展開(kāi)之前相對(duì)于把它連接到服務(wù)模塊
的吊臂旋轉(zhuǎn)90。。吊臂阻止一個(gè)板從基底單元的后面展開(kāi)。最簡(jiǎn)單的安 排是把"遺漏的"板直接從基底單元的前面折疊。更多的板可以堆疊在 基底單元的前面，但翻板鉸鏈的設(shè)計(jì)意味著機(jī)械鉸鏈部分(可能是導(dǎo)電 的)凸出在天線工作面的前面，由此破壞輻射方向圖。本發(fā)明避免才幾械 部分凸出在天線孔徑的前面。再一方面，本發(fā)明提供通信衛(wèi)星，包括服務(wù)模塊和藉助于吊臂部 件被耦合到服務(wù)模塊的相控陣天線，服務(wù)模塊包括太陽(yáng)能板，相控陣 天線可從收縮條件展開(kāi)成展開(kāi)條件，其中在收縮條件下，天線被放置 在服務(wù)模塊的頂部，并且吊臂部件包括可旋轉(zhuǎn)的裝置，使得天線在展 開(kāi)時(shí)可以相對(duì)于服務(wù)模塊旋轉(zhuǎn)，并且天線包括多個(gè)天線板，使得在所 述收縮條件下，兩個(gè)或多個(gè)天線板互相堆疊，其中為了展開(kāi)，天線首 先藉助于吊臂部件移動(dòng)到遠(yuǎn)離服務(wù)模塊的位置，然后，天線板被移動(dòng) 到展開(kāi)條件，其中相控陣天線提供擴(kuò)展的區(qū)域。對(duì)于每個(gè)天線板，板的上表面連同基底的上表面一起提供相控陣 天線的輻射器單元的陣列。輻射器單元可被安排在具有某個(gè)幾何形狀 的子陣列。每個(gè)板的外部邊緣具有城堞形外形，這樣輻射器單元的子 陣列可以具有最佳的六邊形形狀。視需要，子陣列可以擴(kuò)展超出板的 邊緣到達(dá)基底部件和相鄰板。每個(gè)板的下表面具有適當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)體和用于耦合輻射器單元的部 件。這樣的導(dǎo)軌在展開(kāi)條件下通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)的電觸點(diǎn)跨越鄰接的邊緣 被耦合到基底部件。例如，每個(gè)板部件和基底部件的相鄰邊緣可以具有載有彈簧的或例如具有吊臂設(shè)計(jì)的凸起的電觸點(diǎn)，這樣，它們可以 以某些彈簧力接觸，保持電接觸。替換地，它們可以進(jìn)行鎖扣式適配 連接。然而，實(shí)際上，在Ka波段頻率，簡(jiǎn)單的靠近(電容性)連接可能 是足夠的。本發(fā)明的鉸鏈結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于它對(duì)于展開(kāi)板相對(duì)于基底 單元的放置提供很大的機(jī)械剛度。這有利于實(shí)現(xiàn)多個(gè)多銷連接器方案， 因?yàn)殛?yáng)接頭和陰接頭可以精確對(duì)準(zhǔn)。


現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中 圖1A、 IB和1C是本發(fā)明的第一實(shí)施例的透視圖，包括具有在 收縮條件下的可展開(kāi)天線以及在展開(kāi)和未展開(kāi)狀態(tài)下的太陽(yáng)能板的太空飛船；圖2A到2F是顯示在天線展開(kāi)時(shí)順序的步驟的透視圖；圖3A到3C是本發(fā)明的第二實(shí)施例的透視圖，圖3A顯示在收縮位置下通信衛(wèi)星的天線，圖3B顯示處于從衛(wèi)星服務(wù)模塊體升高的位置的天線，以及圖3C顯示完全展開(kāi)的天線陣列；圖4是顯示形成大約圓形閉合表面的天線板的展開(kāi)陣列的平面圖；圖5顯示每個(gè)天線單元的結(jié)構(gòu)性細(xì)節(jié)；以及 圖6以示意圖方式顯示中央基底單元的截面圖，天線板通過(guò)鉸鏈 連接到中央單元。
具體實(shí)施方式
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，相控陣天線包括多個(gè)天線板，它們被 鉸鏈連接在一起，當(dāng)在展開(kāi)之前收起時(shí)被折疊。在展開(kāi)時(shí)陣列被打開(kāi)， 形成連續(xù)的大平面天線孔徑。每個(gè)天線板包括多個(gè)工作的天線。每個(gè) 工作的天線的組成取決于陣列的功能，是發(fā)射/接收、僅僅接收還是僅 僅發(fā)射。現(xiàn)在參照?qǐng)D1和2，第一實(shí)施例包括通信衛(wèi)星，它具有服務(wù)模塊 體2和可展開(kāi)的天線4，可展開(kāi)的天線4在收縮條件下被放置成與服 務(wù)模塊體2同軸。服務(wù)模塊體和天線具有六邊形截面。天線借助于吊 臂6被安裝到服務(wù)模塊體。吊臂6通過(guò)允許在兩個(gè)平面上旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn) 關(guān)節(jié)8被耦合到天線4，下面將會(huì)清楚。支承部件10被提供來(lái)把天線 保持在所示的位置。服務(wù)模塊體2具有太陽(yáng)能板11。天線包括基底部件12和各個(gè)天線板14的堆棧， 一個(gè)天線板14.1 被安裝在基底12的頂部，其余的五個(gè)天線板14.2到14.6被安裝在基 底的底下。基底12的截面形狀由側(cè)面或邊緣區(qū)域12.1到12.6限定。 每個(gè)板通過(guò)相應(yīng)的鉸鏈16.1到16.6被安裝到基底12的各個(gè)側(cè)面。每 個(gè)鉸鏈具有被固定到基底的一個(gè)側(cè)面的樞軸18，該樞軸18包括含有 可旋轉(zhuǎn)銷(未示出)的延長(zhǎng)套筒?？蚣?0從可旋轉(zhuǎn)銷延伸到相應(yīng)的板14。 如圖所示，該框架與一個(gè)四邊形部分成一個(gè)角度，另一個(gè)四邊形部分 可被固定到天線板的后面(未示出)。如圖1所示，在初始步驟，在天線展開(kāi)之前，太陽(yáng)能板ll首先 被展開(kāi)到完全伸展的位置，如圖1B所示，然后支承部件10落下，如 圖1C所示。如圖2所示，展開(kāi)天線的方法首先將收縮的天線堆棧4移動(dòng)到從 服務(wù)模塊體2升高的位置，并藉助于被附著到吊臂6的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn) 90°(見(jiàn)圖1A、圖1B和圖2A)。如圖2B所示，第一天線板14.1初始位于服務(wù)模塊體部件4的頂 部，它藉助于被安裝在基底邊緣區(qū)域12.1處的鉸鏈16.1 (圖1C)被 鉸接到所示位置，其中板14.1與基底的頂面24共面地伸展，基底與 板的相應(yīng)邊緣12.1、 26緊靠在一起并且共端鄰接。在這個(gè)位置，被形 成為鄰近電容性觸點(diǎn)的電觸點(diǎn)27沿邊緣12.1、 26放置，并被電耦合。 應(yīng)當(dāng)注意，板14.1被安裝在基底部件4的頂部，因?yàn)槿绻贿@樣的話， 吊臂部件6將被放置成跨過(guò)天線板的工作表面，惡化天線特性，然后，如圖2C到2G所示，基底后面的堆棧中的天線板順序地 鉸接到與板14.1共面的位置，沿基底部件12的順序邊緣排列。從基 底伸展的每個(gè)板的側(cè)邊緣28與相鄰板的鄰近邊緣28共端。結(jié)果是在 完全展開(kāi)的條件下，如圖2G所示，包括基底頂部在內(nèi)共7個(gè)六邊形 圖案，形成閉合表面區(qū)域，輪廓上非常近似圃形，它提供用于通信的 相控陣天線的最佳結(jié)構(gòu)。天線板的每個(gè)上表面和基底上表面承載相控 陣天線的輻射器單元的陣列。在完全展開(kāi)條件下，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)8允許天線和服務(wù)模塊彼此相對(duì)旋 轉(zhuǎn)，這樣，太陽(yáng)能電池指向太陽(yáng)，而天線仍舊指向地球。這樣的布置 是已知的，例如是在Communications Satellites, The Technology of Space Communications, 1987, 由Heinemann出版，作者J丄.Blonstein， p.147中描述的。唯一的旋轉(zhuǎn)是在天線與服務(wù)模塊之間，電能沿連接 這兩個(gè)結(jié)構(gòu)的吊臂行進(jìn)。與在一對(duì)太陽(yáng)能板與傳統(tǒng)的衛(wèi)星服務(wù)模塊體 之間的雙復(fù)合旋轉(zhuǎn)的電連接相比，它只需要一個(gè)簡(jiǎn)單的電旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(例如，+-0<:，50伏)。在優(yōu)選的配置中，基底單元必須在收起板可被展開(kāi)之前相對(duì)于將它連接到服務(wù)模塊的臂旋轉(zhuǎn)90°。所述臂阻擋一個(gè)板從 基底單元的后面展開(kāi)。最簡(jiǎn)單的布置是使"遺漏的，，板直接從基底單元 的前面折疊。用于天線板的鉸鏈布局的細(xì)節(jié)示意地顯示于圖6，其中堆棧的兩 個(gè)天線板14.5、 14.6通過(guò)相應(yīng)的翻板鉸鏈部件16.5、 16.6被連接到基 底單元12的相應(yīng)側(cè)面12.5和12.6。鉸鏈沿基底單元12的樞軸點(diǎn)對(duì)于 每個(gè)單元是不同的，對(duì)于鉸鏈16.5，樞軸點(diǎn)被顯示為60，對(duì)于鉸鏈16.6， 樞軸點(diǎn)被顯示為62。樞軸點(diǎn)的精確位置取決于板在堆棧中的位置，這 樣，當(dāng)發(fā)生鉸接操作時(shí)，板從堆棧中鉸接到與基底單元的頂部邊緣相 鄰的位置。因此，每個(gè)板鉸鏈具有獨(dú)特的偏移尺寸，相對(duì)于在堆棧中 的相鄰板的鉸鏈增加半個(gè)板的厚度。參照?qǐng)D6，人=8=板有效收起厚度 的0.5。鉸鏈結(jié)構(gòu)保證在孔徑前面沒(méi)有鉸鏈線，否則會(huì)干擾RF輻射。 當(dāng)板處在展開(kāi)條件時(shí)，沿板和基底部件的共端邊緣的電連接器為輻射 器單元(未示出)提供電耦合。簡(jiǎn)單的魯棒的鉸鏈?zhǔn)綐犹峁┚_的邊緣 對(duì)準(zhǔn)和板間的電互連，如上面描述的?，F(xiàn)在參照?qǐng)D3、 4和5所示的第二實(shí)施例，通信衛(wèi)星包括服務(wù)模 塊體部件42，在收縮條件下天線44與體部件42同軸地安裝，見(jiàn)圖3A。 吊臂部件46把天線耦合到體部件。天線包括基底部件48、被安裝在 基底部件48 —側(cè)的個(gè)體天線板50的堆棧以及被安裝在基底部件的相 反一側(cè)的單個(gè)天線板50.1。如圖3B所示，在展開(kāi)天線時(shí)的第一步驟 是藉助于吊臂46將天線44移動(dòng)到相對(duì)于體部件42旋轉(zhuǎn)90°的位置。 天線板50.1到50.6然后從堆棧沿基底部件48的各個(gè)邊緣順序地鉸接， 以便以與以上參照?qǐng)D2描述的相同方式提供圖3C所示的配置。具體 地，每個(gè)板50與基底的頂面共面地延伸，基底與板的相應(yīng)邊緣54、 56緊靠在一起并且彼此共端鄰接。從基底伸展的每個(gè)板的側(cè)邊緣58
與相鄰板的鄰近邊緣58共端鄰接。在圖4中更具體地示出了這種結(jié)構(gòu)。 應(yīng)當(dāng)指出，第二實(shí)施例的天線板不是正六邊形，但它們的外邊緣 60具有城堞形(castellation ) 62。這允許如圖4所示，輻射單元64 的相控陣排列成六邊形子陣列66。每個(gè)子陣列66包括十九個(gè)排列成 六邊形結(jié)構(gòu)的輻射單元64。用于每個(gè)天線板的子陣列占據(jù)外部城堞形 62，并延伸到中心基底部件48的相鄰邊緣區(qū)域54，以便保持正六邊 形結(jié)構(gòu)?？梢钥吹?，中心基底部件48也具有類似的由六邊形子陣列 66組成的陣列。結(jié)果，提供由七個(gè)平板組成的陣列，每個(gè)平板具有六 邊形子陣列的結(jié)構(gòu)，子陣列都具有相同的形狀和尺寸。結(jié)果是最佳結(jié) 構(gòu)的相控陣天線，對(duì)于大孔徑具有近似的圓形，輻射單元的六邊形陣 列提供最佳波束成形特性。當(dāng)板處在它們的展開(kāi)條件時(shí)，沿板和基底部件的共端邊緣的電連 接器(未示出)為輻射器單元提供電耦合。簡(jiǎn)單的魯棒的鉸鏈?zhǔn)綐犹峁?精確的邊緣對(duì)準(zhǔn)以及板間的電互連。輻射單元的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)顯示于圖5，其中電路72通過(guò)垂直于天線 板表面的電連接器74被連接到每個(gè)輻射單元60。對(duì)于發(fā)射/接收陣列， 每個(gè)子陣列66包括 一組19個(gè)輻射單元；功分器，使得這些單元能 夠被單個(gè)源以規(guī)定的功分比和相對(duì)相位被激勵(lì)；低噪聲放大器 (LNA)78，用于低噪聲信號(hào)接收；高功率放大器(HPA)80，用于信號(hào)發(fā) 射；帶通濾波器82，用于抑制來(lái)自HPA的不想要的帶外發(fā)射；以及 雙工器84，用于把接收和發(fā)射路徑合并成一條公共路徑，以便連接到 輻射單元組，和波束成形網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于僅僅發(fā)射的陣列，LNA和雙工器 可以省略。對(duì)于僅僅接收的陣列，HPA和帶通濾波器可以省略，并且 雙工器由帶通濾波器替代。天線板是模塊化設(shè)計(jì)(對(duì)于LNA、 HPA、雙工器和濾波器的組合 體)和單結(jié)構(gòu)單元(對(duì)于承載輻射單元的天線正面、波束成形器，加熱管和支撐結(jié)構(gòu))的組合。這種布置導(dǎo)致成本降低(對(duì)于模塊化組件)并且 通過(guò)使用單結(jié)構(gòu)單元而使總質(zhì)量減小。如上所述的本發(fā)明的相控陣天線提供以下優(yōu)點(diǎn) -大的天線孔徑使得能夠生成小斑束，允許高度的頻率重復(fù)《吏用和系統(tǒng)容量增大。小的波束也增強(qiáng)發(fā)射機(jī)EIRP和接收靈敏度，從而 能夠利用小的、低功率、低成本的終端來(lái)工作。-單個(gè)相控陣可以代替多個(gè)傳統(tǒng)的反射器天線。這個(gè)特性提供以 下好處.更低的總天線質(zhì)量。這意味著更低的飛船發(fā)射質(zhì)量，帶來(lái) 附加的成本節(jié)省。替換地，天線質(zhì)量降低可用來(lái)產(chǎn)生其它實(shí)用性。*更緊湊的結(jié)構(gòu)，比反射器天線結(jié)構(gòu)占用更小的空間。同樣， 這有可能產(chǎn)生其他實(shí)用性。 .用單個(gè)相控陣替代多反射器天線，簡(jiǎn)化部署。 .更容易容納在飛船發(fā)射運(yùn)栽工具內(nèi)。.潛在的成本降低(僅僅一個(gè)相控陣天線代替多個(gè)反射器天線)。-高度的工作靈活性。，由相控陣天線提供的覆蓋范圍可被重新配置，以匹配變化 的業(yè)務(wù)量分布或新的任務(wù)要求。.該陣列提供調(diào)節(jié)覆蓋范圍，補(bǔ)償軌道傾斜的方法，由此提 高衛(wèi)星的有用壽命時(shí)間并補(bǔ)償衛(wèi)星指向誤差， - 一種設(shè)計(jì)天線的方法，使得為定制用于不同任務(wù)的天線，只需 要對(duì)通用設(shè)計(jì)作出小的改變。-在組裝、集成和地面測(cè)試期間和在軌道運(yùn)行期間補(bǔ)償天線失真 的能力。-與反射器天線相比，更不容易受到散射效應(yīng)和由飛船結(jié)構(gòu)造成 的遮蔽的影響。-平面陣列可以是將有源電子單元(HPA和LNA等等)和濾波器 合并到組件中的自含單元。這使得更有效地實(shí)現(xiàn)全部有效負(fù)荷的組裝、 集成和測(cè)試。-天線結(jié)構(gòu)可被用作熱輻射器。在參照優(yōu)選實(shí)施例描述本發(fā)明后，應(yīng)當(dāng)看到，實(shí)施例在所有的方
面是示例性的，有可能作出修改和改變而不背離本發(fā)明的精神和范圍。 例如，在發(fā)明中可以使用不同的形狀/尺寸和/或不同數(shù)目的天線板， 以便實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)效果。而且，除了通信衛(wèi)星上的應(yīng)用以外，本 發(fā)明的可展開(kāi)的相控陣天線也可以被用于地面通信系統(tǒng)，其中需要大 的相控陣孔徑但它必須可運(yùn)輸?shù)幕蛞子谥匦路胖玫摹?br> 權(quán)利要求
1.一種可從收縮條件展開(kāi)到展開(kāi)條件的相控陣天線，包括基底部件，至少部分具有由多個(gè)邊緣區(qū)域限定的多邊形截面外形；和多個(gè)天線板，每個(gè)天線板通過(guò)相應(yīng)的鉸鏈裝置被連接到所述基底部件的所述邊緣區(qū)域中的相應(yīng)一個(gè)，這樣，在所述收縮條件下，兩個(gè)或更多個(gè)天線板相互堆疊在基底部件上，并且鉸鏈裝置使得天線板可以從堆棧中一個(gè)接一個(gè)順序地鉸接到每個(gè)板與相應(yīng)的基底邊緣區(qū)域相鄰的位置，以提供所述展開(kāi)條件，其中所述相控陣天線提供擴(kuò)展的區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的天線，其中每個(gè)天線板通常與所述基底部 件具有相同的截面形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的天線，其中每個(gè)天線板在形狀上是六邊形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的天線，其中每個(gè)天線板的外部邊緣在展開(kāi) 時(shí)具有城堞形的外形。
5. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求的天線，其中至少一個(gè)天線板在收縮 條件下被安裝到所述基底部件的與所述堆棧相反的 一側(cè)。
6. 根據(jù)任一前迷權(quán)利要求的天線，其中天線板被布置為使得當(dāng) 它們從堆棧移動(dòng)到完全展開(kāi)的位置時(shí)，板的邊緣與基底部件的相應(yīng)邊 緣相鄰并且共端。
7. 根據(jù)任一前迷權(quán)利要求的天線，其中從基底部件伸展的每個(gè) 展開(kāi)板的側(cè)面邊緣與相鄰板的相應(yīng)側(cè)面邊緣相鄰。
8. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求的天線，其中每個(gè)天線板藉助于翻板 鉸鏈被耦合到所迷基底部件，所述翻板鉸鏈具有樞軸和框架，所迷樞 軸包括延長(zhǎng)的套筒和在套筒中的可旋轉(zhuǎn)銷，所述框架從所述銷延伸并 被固定到天線板的后面。
9，根據(jù)任一前述權(quán)利要求的天線，其中每個(gè)天線板藉助于鉸鏈 被耦合到基底部件，其中鉸鏈的安裝點(diǎn)與板在收縮條件下在堆棧內(nèi)的 位置之間的關(guān)系滿足當(dāng)鉸鏈圍繞樞軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，在展開(kāi)條件下的相 應(yīng)板與其它天線板共面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的天線，其中，對(duì)于在堆棧中的順序堆疊的 板，鉸鏈的安裝點(diǎn)遞增堆棧中的天線板的厚度的一半。
11. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求的天線，包括電連接器裝置，它在展 開(kāi)條件下沿每個(gè)板和所述基底部件的相鄰邊緣放置，從而實(shí)現(xiàn)在基底 部件與在每個(gè)板內(nèi)的天線單元之間的電連接。
12. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求的天線，其中相控陣的輻射單元纟皮布 置為規(guī)則排列的子陣列，優(yōu)選地為六邊形。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的天線，其中在展開(kāi)條件下每個(gè)板的外部 邊緣是城堞形的，子陣列延伸到城堞形中，與基底部件相鄰的子陣列 延伸到基底部件的邊緣。
14. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求的天線，其中，基底部件的上表面提 供中央天線板。
15. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求的相控陣天線，被包含在通信衛(wèi)星中， 該衛(wèi)星具有包括太陽(yáng)能電池板的服務(wù)模塊，并且天線經(jīng)由可旋轉(zhuǎn)的關(guān) 節(jié)被耦合到被安裝到所述服務(wù)模塊的吊臂部件，以允許在展開(kāi)條件下 天線和服務(wù)模塊的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的相控陣天線，其中至少一個(gè)天線板在收 縮條件下被安裝到所述基底部件與所述堆棧相反的一側(cè)，以允許在所 述吊臂部件的前面展開(kāi)。
17. —種通信衛(wèi)星，包括服務(wù)模塊和藉助于吊臂部件被耦合到服 務(wù)模塊的相控陣天線，所述服務(wù)模塊包括太陽(yáng)能板，所述相控陣天線 可從收縮條件展開(kāi)到展開(kāi)條件，其中在收縮條件下，所述天線被放置 在所述服務(wù)模塊的頂部，并且所述吊臂部件包括可旋轉(zhuǎn)的裝置，使得 所述天線在展開(kāi)時(shí)可以相對(duì)于所述服務(wù)模塊旋轉(zhuǎn)，并且所述天線包括 多個(gè)天線板，使得在所述收縮條件下，兩個(gè)或更多個(gè)天線板互相堆疊， 其中為了展開(kāi)，所述天線首先藉助于所述吊臂部件移動(dòng)到遠(yuǎn)離所述服 務(wù)模塊的位置，然后，所述天線板被移動(dòng)到展開(kāi)條件，其中所述相控 陣天線提供擴(kuò)展的區(qū)域。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的衛(wèi)星，其中所述天線包括所述吊臂部件被安裝到上面的基底部件，所述堆棧被安裝在所述基底部件的一側(cè)， 以及其中至少一個(gè)天線板在收縮條件下被安裝到基底部件的與所述堆 棧相反的一側(cè)，以允許在所述吊臂部件的前面展開(kāi)。
19. 基本上如在前面參照?qǐng)D1到6的任一個(gè)描述的相控陣天線。
20. 基本上如在前面參照?qǐng)D1到6的任一個(gè)描述的衛(wèi)星。
全文摘要
用于通信衛(wèi)星的相控陣天線當(dāng)衛(wèi)星在定點(diǎn)時(shí)可從收縮條件展開(kāi)成展開(kāi)條件，該天線包括六邊形的基底部件(12)以及在收縮條件下互相堆疊在基底部件(12)上的多個(gè)可展開(kāi)的天線板(14)，每個(gè)天線板(14.1-14.6)通過(guò)相應(yīng)的翻板鉸鏈裝置(16.1-16.6)被連接到基底部件的相應(yīng)側(cè)面邊緣區(qū)域，鉸鏈具有相對(duì)彼此偏移的樞軸點(diǎn)(18)，這樣，當(dāng)展開(kāi)時(shí)，天線板(14)可以從堆棧中一個(gè)接一個(gè)順序地鉸接到每個(gè)板與相應(yīng)的基底側(cè)面邊緣區(qū)域相鄰的位置，以提供擴(kuò)展的平面二維區(qū)域。
文檔編號(hào)H04B7/185GK101164251SQ200680013243
公開(kāi)日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者A·G·魯塞爾, 阿蘭·大衛(wèi)·庫(kù)奇曼 申請(qǐng)人:Eads航空有限公司