合成孔径雷达（SAR）被广泛应用于地球观测中的海洋观测和灾难、环境监测，平面可展天线是SAR上不可或缺的组件之一，其具有平整展开工作表面以及刚度良好的协调背架机构，但目前在轨平面可展天线往往缺少模块化的设计方法来满足可展天线的折展比需求。随着对地观测范围和精度要求的不断提高，提出了大尺度二维可展天线的需求，但目前关于平面可展天线大多集中在一维折展方案的设计，关于天线二维折展方案的研究较少。
        为此，天津大学机械工程学院陈焱教授团队与上海宇航系统工程研究所合作，设计了一种基于双层Miura-ori折纸的二维阵面天线可展结构，其各子面板均具有矩形工作表面，且存在背架机构以提高整体结构刚度。
        首先，通过设计双层结构构造了具有矩形工作表面的Miura-ori单元（图1a），并以四顶点的Miura-ori为对象，通过铰链偏移、铰链去除、铰链替换等方法进行表面结构设计（图1b-d），形成了具有平整展开表面的天线阵面可展结构。

图1 具有矩形工作表面的厚板折纸：(a)具有矩形表面的Miura-ori厚板折纸单元的构造过程；(b)具有矩形工作面的四顶点厚板折纸；(c)偏移部分铰链和 (d)去除部分铰链后的厚板折纸。

        通过将双层Miura-ori的上下层面板之间的转动副转换为圆柱副构造了双层Miura-ori的厚板形式（图2），结合平面机构（图3）构造了四顶点Miura-ori厚板折纸的背架机构，并制造了原理样机模型，验证了天线阵面可展结构及其背架机构的单自由度协调运动特性（图4）。

图2 双层Miura-ori折纸的厚板形式：(a)双层Miura-ori折纸及其顶点；(b)厚板形式。

图3 包含背架的可展结构：(a)双层厚板折纸；(b)图(a)的y方向简图；(c)第1、3行的机构简图；(d)第2行的机构简图。

图4 具有背架的可展结构原理样机模型：(a)具有背架的可展结构；(b)具有平整矩形工作面的可展结构展开构型；(c-e)含有背架的可展结构原理样机模型的折叠过程。

        该成果发表在期刊Mechanics Research Communications上。此研究基于Miura-ori折纸，通过铰链去除、偏移、替换等方式构造了天线可展结构的矩形和平整展开表面；结合双层Miura-ori厚板折纸以及平面机构设计了协调背架机构。该研究为基于折纸设计面向阵面天线的二维可展结构提供了新思路。

C. Zhao#, M. Li#, X. Zhou, T. Liu, J. Xing, Y. Chen, X. Zhang*, Deployable structure based on double-layer miura-ori pattern, Mech. Res. Commun. (2023) 104152.
(https://doi.org/10.1016/j.mechrescom.2023.104152)