ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ РАСКРЫВАЮЩАЯСЯ АНТЕННА

Данная полезная модель относится к антенной технике и может быть использована при создании высокоточных складных (раскрывающихся) зеркальных антенн.
Известна раскрывающаяся антенна, описанная в патенте РФ на полезную модель №126199 (опубл. 20.03.2012), состоящая из центрального зеркала, набора одинаковых жестких отражающих панелей-лепестков и привода для раскрытия этих лепестков из сложенного состояния. Недостатком данной конструкции является невозможность гарантировать точность установки лепестков относительно центрального зеркала.
Наиболее близким техническим решением является раскрывающаяся антенна, описанная в патенте РФ на полезную модель №142190 (опубл. 20.06.2013), состоящая из центрального зеркала, набора одинаковых жестких отражающих панелей-лепестков, набора двухстепенных шарниров, связывающих лепестки с центральным зеркалом, на каждом лепестке на периферийной части с тыльной стороны расположены направляющая, и механизм раскрытия, включающий в себя электропривод, червячно-винтовую пару и ползун и снабженный цилиндрическим шарниром, а каждый из лепестков снабжен сферическим шарниром и рычагом для соединения этого сферического шарнира с цилиндрическим шарниром ползуна соседнего лепестка.
Такая антенная конструкция может эффективно использоваться для рабочих длин волн вплоть до нескольких сантиметров. Для работы на более высоких частотах, например, в миллиметровой области спектра, необходимо повысить жесткость раскрытого рефлектора, а для инструментов, предназначенных для многократного использования, обеспечить высокую повторяемость раскрытия.
Задачей данной полезной модели является создание высокочастотной раскрывающейся антенны с увеличенной жесткостью развернутого зеркала и обладающей высокой повторяемостью раскрытия.
Поставленная задача решается высокоточной твердотельной раскрывающейся антенной, содержащей центральное зеркало, набор одинаковых жестких отражающих панелей-лепестков, набора двухстепенных шарниров, связывающих лепестки с центральным зеркалом, и систему фиксации конечного состояния раскрытого рефлектора, которая включает в себя три V-образных паза и три шаровых опоры, размещенных на внешней стороне каждого лепестка, причем на периферийной части каждого лепестка расположены направляющая и механизм раскрытия, включающий в себя электропривод, червячно-винтовую пару и ползун, снабженный цилиндрическим шарниром, при этом каждый из лепестков снабжен сферическим шарниром и рычагом для соединения этого сферического шарнира с цилиндрическим шарниром ползуна соседнего лепестка.
На фиг. 1 показан общий вид антенны в сложенном (слева) и рабочем раскрытом (справа) состоянии;
на фиг. 2 показаны этапы раскрытия зеркала;
на фиг. 3 показано центральное зеркало со своей отражающей стороны (слева) и с обратной стороны (справа);
на фиг. 4 показан лепесток со стороны отражающей поверхности (слева) и с обратной стороны зеркала (справа);
на фиг. 5 показан двухстепенной шарнир, связывающий лепесток с центральным зеркалом;
на фиг. 6 показаны элементы механизма раскрытия (вид 1);
на фиг. 7 показаны элементы механизма раскрытия (вид 2);
на фиг. 8 показаны два лепестка, объединенные самоустанавливающейся системой связей;
на фиг. 9 показаны два элемента системы фиксации раскрытого зеркала;
на фиг. 10 показана последовательность соединения лепестков.
Сущность данной полезной модели заключается в следующем. Антенна включает в себя центральное зеркало 1 и набор лепестков 2. Центральное зеркало 1 имеет отражающую сторону 3 и обратную сторону 4. Каждый лепесток 2 также имеет отражающую сторону 5 и обратную сторону 6 и связан с центральным зеркалом 1 или каркасом центрального зеркала двухстепенным шарниром 7 (фиг. 5). При этом на каждом лепестке имеется направляющая 8, на которую нанесена зубчатая (червячная) рейка 9 и расположен механизм 10 раскрытия (фиг. 6 и 7). В состав механизма 10 раскрытия входят: зубчатая (червячная) рейка 9, ползун 11, размещенный на направляющей 8, электропривод 12, связанный с ползуном 11, и червячный винт 13, закрепленный на оси электропривода. На боковой стенке ползуна имеется цилиндрический шарнир 14. В верхнем углу каждого лепестка расположен сферический шарнир 15. Каждый цилиндрический шарнир ползуна связан со сферическим шарниром соседнего лепестка тягой 16. Повышенная жесткость и высокая повторяемость раскрытия зеркала достигается введением в конструкцию рефлектора самоустанавливающейся системы связей 17 (самоустанавливающихся замков) между соседними лепестками. Эта система включает в себя три V-образных паза 18 и три шаровых опоры 19, размещенных по боковым сторонам каждого лепестка (фиг. 8 и 9).
Показанные на фиг. 8 и 9 три V-образных паза 18 и три шаровых опоры 19 размещены на примерно равных расстояниях так, что пазы и опоры расположены на смежных краях разных лепестков, причем некоторые пазы размещены на кронштейнах и повернуты к обратной стороне лепестка, тогда как другие пазы развернуты от обратной стороны лепестка, а соответствующие опоры имеют «зеркальное» размещение. Однако это всего лишь один из примеров осуществления, и возможны иные варианты, к примеру, когда все опоры размещены с чередованием на соседних лепестках, а все пазы - на соответствующих позициях других лепестков пары, либо когда два паза размещены на одном лепестке в середине и с одного его края, а третий паз перенесен на другой край другого лепестка, а опоры имеют соответствующее размещение на противоположных лепестках этой пары, либо когда расстояния между центральным и боковыми опорами и пазами не одинаковы. Конкретные форма и размещение V-образных пазов 18 и шаровых опор 19, равно как и конкретные расстояния между ними определяются конструктивными и технологическими соображениями и не входят в объем притязаний по данной полезной модели.
Устройство по настоящей полезной модели работает следующим образом.
Процесс перевода антенны из сложенного (исходного) состояния (фиг. 1 слева) в раскрытое (рабочее) состояние (фиг. 1 справа) иллюстрируется на фиг. 2, где в верхнем ряду стадии 2.1-2.4 раскрытия показаны в изометрии, а в нижнем ряду - на виде сверху. На фиг. 3 зеркало антенны показано с двух сторон в раскрытом состоянии. Чтобы привести антенну в рабочее состояние, производятся следующие операции.
Каждый лепесток 2 антенны, показанный с двух сторон на фиг. 4, имеет на своем узком конце с обратной стороны 6 двухстепенной шарнир 7, соединяющий его с каркасом центрального зеркала 1 (фиг. 5) и позволяющий лепестку как отклоняться относительно зеркала 1, так и поворачиваться относительно собственной продольной оси. На широком конце каждого лепестка (см. фиг. 6 и 7) предусмотрена зубчатая рейка 9, с которой находится в зацеплении червячный винт 13. При вращении электропривода 12 червячный винт 13 заставляет ползун 11 перемещаться по зубчатой рейке 9. Установленный на ползуне 11 цилиндрический шарнир 14 через тягу 16 толкает сферический шарнир 15, закрепленный на краю соседнего лепестка 2, в результате чего каждый соседний лепесток смещается так, что происходит раскрытие всей антенны, как это проиллюстрировано на фиг. 2 (от исходного состояния 2.1 к рабочему состоянию 2.4).
На заключительном этапе раскрытия происходит высокоточная фиксация конечного состояния раскрытого зеркала, которая осуществляется самоустанавливающейся системой связей между лепестками (см. фиг. 8 и 9). В процессе фиксации (см. фиг. 10) первая, вторая и третья шаровые опоры 19 одного лепестка последовательно входят в соответствующие им V-образные пазы 18 соседнего лепестка.
В рабочем состоянии (в раскрытом состоянии рефлектора) шаровые опоры 19 одного лепестка находятся на дне V-образных пазов 18 соседнего лепестка и удерживаются в этом положении силами упругости, возникающими за счет малых деформаций лепестков. В результате, во-первых, возникают три пояса (контура) соединения лепестков, что повышает жесткость раскрытого зеркала. Во-вторых, каждая пара соседних лепестков оказывается связанной между собой статически определимым образом (замки вводят в конструкцию шесть кинематических ограничений), и при этом расчетное положение шаровых опор 19 является состоянием равновесия самоустанавливающейся системы. При смещении шаровой опоры 18 на боковую стенку V-образного паза 19 возникает скатывающая составляющая усилия, возвращающая систему в равновесное состояние. Тем самым достигается самоустанавливающийся эффект.
При необходимости сложить антенну (например, в процессе наземных испытаний) электропривод 12 на каждом лепестке 2 вращается в противоположную сторону, заставляя ползун 11 сдвигаться по зубчатой рейке 9, тем самым заставляя через тягу 16 соседний лепесток смещаться из рабочего состояния, показанного на фиг. 2.4. В результате шаровые опоры 19 последовательно (в обратном порядке по фиг. 10) выходят из V-образных пазов 18, и лепестки 2 постепенно стягиваются в исходное состояние, показанное на фиг. 2.1.
Таким образом, данная конструкция высокочастотной твердотельной раскрывающейся антенны обладает повышенной жесткостью раскрытого рефлектора и высокой повторяемостью раскрытия.