随着我国航天事业的迅猛发展,需要提高空间发电能力、精确打击能力、空间侦查能力、以及对地观测分辨率和卫星通信距离与数据容量等,大型可展开天线机构是解决上述需求的有效途径,但现有的可展开天线在尺寸、性能及重量等方面都不能满足发展需求。主要原因在于火箭整流罩容积有限,需要空间折展机构在设计上同时具备精度高、重量轻、收拢体积小等优点。纵观目前国内应用最为广泛的几种大型可展开结构的机构形式,主要有桁架式、充气式和整体张拉式三种。桁架式机构的质量随天线口径的增大呈平方或立方关系增加,不满足轻量化的要求;充气式天线结构虽然在重量和体积方面具有优势,但其空间环境适应性、形面精度和结构稳定性等方面仍有不足;整体张拉式结构在扩展性、展开驱动和结构刚度等方面有所欠缺。因此,需要在构型设计、动力学分析、结构综合优化等方面有所突破,本文提出了索杆张拉式环形可展开天线结构,并实证分析了其现实可行性。本文首先按照“静定桁架图谱-可展开单元图谱-双色拓扑图及运动副确定”的三步法,基于图论对直线折叠型可展开四棱柱单元的概念构型进行了系统的综合。根据Maxwell定理给出了静定几何体边数与顶点数的关系,建立了可展开单元静定桁架图谱自动生成流程,并基于胚图插点的思想,建立了生成直线折叠型四棱柱可展开单元图谱的算法。制定相关规则,将可展单元各顶点处的局部完全图化简成机构树,再组合各顶点的连接关系,建立起了可展开机构单元的双色拓扑图并对单元运动副进行了配置。最后,得到了32种的静定四棱柱可展开单元及3种6折叠杆式超静定四棱柱可展开单元的构型。在单元构型的基础上,计算出了含过约束的单元所含球铰、万向铰、转动副、移动副的数目,基于螺旋理论和虚功原理,对含有力过约束、力偶过约束情况下各运动副旋量与过约束旋量的位姿关系进行求解,得出了13种过约束条件下单元可连续折展需满足的运动副配置表,从而建立起了含过约束可展开单元运动副配置流程。基于此流程得出了10种全新的6折叠杆式直线折叠型四棱柱单元,通过制作3D打印模型进行展收试验验证了所提出的运动副配置方法的正确性。基于空间索杆张拉稳定结构的拓扑特性,提出了空间稳定结构中杆件与柔索配置需要满足的6条拓扑结构特征条件。结合前面优选出的桁架单元构型,遵循结构对称性和节点力平衡原则,以柔索不易缠绕、单元比刚度最高为目标,对结构中的部分杆件用柔索进行替换,提出了一系列全新的索杆张拉单元构型并优选出最优构型,实现了可展开机构单元的轻量化设计。基于响应面法,分别建立了天线机构构型参数、结构参数与天线机构基频之间的代理数学模型。最后建立了天线机构综合优化流程,得出刚度与质量综合特性最优的天线详细构型。为了解决传统有限元方法建模形成的动力学模型的极高自由度与结构振动控制器设计和实现所需模型的较低阶数之间的矛盾,本文同时考虑天线单元机构的面内和面外的变形,基于能量等效原理将索杆张拉式天线单元机构等效为空间各向异性梁模型。按照天线的几何拓扑结构特点,将等效出来的空间各向异性梁单元模型拼接组合构成整个天线的动力学等效模型。最后,通过单元试验和2m口径样机研制与动力学特性测试试验,验证了本文所提出的动力学等效模型及结构构型的正确性和合理性,为航天工程中大口径卫星天线的设计提供了有益的参考。