随着空间科技的发展,空间结构的尺寸越来越大。为了节约发射成本,空间可展开结构被越来越广泛的应用。本文设计了一种平面可折叠薄膜反射阵天线,完成了一个有效反射面为2m×2m的天线缩比模型的分析、制作和测试。论文在大量查阅国内外文献的基础上,总结了国内外空间可展结构的应用情况及研究现状,这些应用实例为本文天线的设计提供了宝贵的设计方法和经验。薄膜平面反射阵天线是将曲面反射面天线和相控阵天线的若干优点有机的结合在一起,用薄平的或共形的阵列反射面来代替抛物面的一种新型的天线。相比于抛物面反射面,平面反射面更加容易实现和维持。本文在JPL实验室双向可展开反射阵天线的概念设计的基础上,改进了其设计方案,张拉膜面的边界由抛物线改为圆形,并使用扭簧与钢卷尺铰链相结合的动力展开装置作为横向结构展开的驱动,充气管仍采用钢卷尺强化的铝箔圆管,最终将此概念设计实现为实验室模型。本文从理论上证明了要使空间平面薄膜结构处于等张力拉伸状态,其最优的边界应为圆形,并通过索膜结构的非线性有限元找形分析从侧面证明了这一观点。设计了一种新型的内外部悬索联合张拉方法,给出了此张拉方法下各部分悬索张力的计算方法,并考查了边界跨数对结构的轴压的影响,发现奇数跨时支撑结构所受的轴压相对较小。通过与传统张拉方法的比较,发现这种新型膜面张拉方法,所需拉索的截面面积和质量均相对较小,且在支撑结构发生变形时,可以减缓膜面褶皱的出现。本文分别研究了钢卷在折叠弯曲和卷绕弯曲这两种弯曲方式下的力学性能。通过薄壳理论推导出这两种弯曲方式下的展开弯矩公式,通过使用有限元法印证了展开弯矩公式。考察了钢卷尺铰链的力学性能,发现其展开弯矩与钢卷尺间距无关,其抗平面内弯曲能力和抗扭能力均较弱,并且钢卷尺铰链从90°折叠状态展开后,会出现反向屈曲的现象,为此必须将钢卷尺铰链与弹簧铰链混合使用。给出了一个测量钢卷尺铰链屈曲弯矩和展开弯矩的实验方法。充气管的充气展开过程分析及控制是整个天线的难点之一。本文在综合了分析充气管展开的非线性铰链模型、卷曲折叠模型以及考虑空气动力学对充气气压的影响后,使用了一种同时考虑充气气压、充气管内壁钢卷尺以及充气管外壁尼龙毛扣对充气管展开影响的卷曲折叠的铰链模型。使用牛顿-欧拉方法建立了多体系统动力方程,对整体结构进行了展开分析,并通过OpenGL实现了仿真分析的可视化。根据平面反射阵天线的有关技术指标,实际制作了一个有效反射面为2m×2m的双向可展开平面反射阵天线,对实际制作中的一些制作工艺提出了一些建议。制作了天线展开测试框架,分别使用水平导轨和竖向悬吊的方法对双向可展开平面反射阵天线进行了展开测试。天线展开后的反射阵天线的反射面形面精度是天线的一个重要指标,本文使用基于PhotoModeler软件建立摄像测量系统,测量了展开后的反射阵缩比模型的形面精度,结果显示形面精度已经满足技术指标的要求。将试验结果与仿真分析软件分析结果进行了对比,分析了误差产生的原因。