CN101872905A - 一种具有双层壳结构的反射面天线 - Google Patents

Abstract

本发明是具有双层壳结构的反射面天线，由上反射面壳体、下支撑壳体组成，所述上反射面壳体的凹面是反射面，该上反射面壳体采用整体拉伸壳或整体铝膜铝蜂窝夹芯结构的整体结构壳；所述下支撑壳体是一个支撑壳体，采用旋转圆台型壳体或旋转抛物面一体壳结构；在下支撑壳体的凹面一侧，安装有多个辐射方向筋板和多个环向加强筋板；上反射面壳体通过固持连接副和滑动连接副与下支撑壳体的多个辐射方向筋板和多个环向加强筋板相连接；上反射面壳体与下支撑壳体的连接用于释放径向自由度；多个环向加强筋板搭接在两条辐射方向筋板上；支撑架的多个支腿不接触穿过上反射面壳体直接支撑在下支撑壳体的辐射方向筋板上，馈源安装在支撑架的小平台上。

Description

一种具有双层壳结构的反射面天线

技术领域

本发明涉及无线电技术领域，特别涉及一种反射面天线技术。

背景技术

反射面天线广泛用于通信、雷达、测控、遥感、遥测以及射电天文等领域。反射面能聚焦电磁波，其聚焦性能与反射面形状有关，因此提高反射面强度、刚度，特别是提高刚度，使反射面在各种使用环境条件下，受载后还能确保变形量控制在一定范围内，这是天线结构设计的基本要求。即有鲁兹公式：

$\mathrm{\η}={\mathrm{\η}}_0{e}^{-{\left(\frac{4\mathrm{\π\σ}}{\mathrm{\λ}}\right)}^2}$

式中，η₀为天线效率系数，λ为波长，σ为均方根误差。

1960年，德国天线专家Von.Honer提出了最佳吻合抛物面概念和保型结构设计。其设计理念是对变形面不追求绝对变形量的大小，而是追求变形面与最佳吻合抛物面之间的相对偏差极小化。这时馈源或者副面应相对最佳吻合抛物面作适当的位置和姿态调整，便可以实现减少绝对变形对天线性能的影响。

但对实际反射面作最佳吻合以后，发现影响残差大小的主要是反射面局部区域较大变形量的影响。如馈源或副面支撑架作用点对反射面的影响，特别是口径增大时，反射面采用分块面板型式，分块面板也成为负载，使背架受载后产生变形，而且分块面板容易在面板边缘部分引起局部翘曲，这些会明显影响到面型误差。

发明内容

为了解决大口径天线分块面板结构边缘部分易引起翘曲的问题，本发明的目的是提供一种具有强度刚度好、承力好、其反射面不容易产生局部翘曲、变形面偏离最佳吻合抛物面的残差小、具有双层壳结构的反射面天线结构。

为达到所述目的，本发明提供一种具有双层壳结构的反射面天线，该双层壳结构包括上反射面壳体、下支撑壳体、辐射方向筋板、环向加强筋板、支撑架、底座支撑盘、馈源、固持连接副和滑动连接副；所述上反射面壳体的凹面是反射面，该上反射面壳体采用整体拉伸壳或整体铝膜铝蜂窝夹芯结构的整体结构壳；所述下支撑壳体是一个支撑壳体，采用旋转圆台型壳体或旋转抛物面一体壳结构；在下支撑壳体的凹面一侧，安装有多个辐射方向筋板和多个环向加强筋板；上反射面壳体通过固持连接副和滑动连接副与下支撑壳体的多个辐射方向筋板和多个环向加强筋板相连接；上反射面壳体与下支撑壳体的连接用于释放径向自由度；多个环向加强筋板搭接在两条辐射方向筋板上；支撑架的多个支腿不接触穿过上反射面壳体直接支撑在下支撑壳体的辐射方向筋板上，馈源安装在支撑架的小平台上。

优选地，所述上反射面壳体采用整体铝蜂窝夹芯壳结构、整体拉伸铝壳结构或者复合材料成型壳结构。

优选地，该下支撑壳体是组合加强壳结构，采用旋转抛物面壳或旋转圆台面壳型结构形式。

优选地，上反射面壳体和下支撑壳体采用铝材或复合材料制成，两个壳体的材料相同或不同。

优选地，所述滑动连接副构成非完全约束的连接副，用以释放壳体在辐射方向的约束，用以补偿热梯度对上反射面壳体和下支撑壳体之间不同的热变形和不均匀受力时变形不一致产生的位移差。

优选地，所述具有双层壳结构的反射面天线，还包括所述上反射面壳体和下支撑壳体的两层壳夹层中安置化冰除雪装置。

优选地，所述的双层壳体结构的反射面天线的上反射面壳体制作方法，该上反射面壳体1的制作步骤如下：

步骤S1：选用铝板做反射面壳体的材料；

步骤S2：若上反射面壳体的反射面口径较大时，先把待拼焊的两块铝板的待焊接边，剪裁成曲线形状；再将曲线形状根据拼焊后能成为一个浅旋转抛物面体的要求制成曲线剪裁板，再曲线剪裁板拼焊铝板制成一个浅壳；

步骤S3：再用专用设备将浅壳进一步拉伸成型，制成上反射面壳体。

优选地，所述的双层壳体结构的反射面天线的铝蜂窝夹芯的整体壳结构制作方法，该铝蜂窝夹芯的整体壳结构的制作步骤如下：

步骤1：在整体胎模上先铺上铝膜，用真空吸附工艺使铝膜贴合完好；

步骤2：在胎膜上贴合的铝膜上胶接铝蜂窝夹芯结构；

步骤3：最后在铝蜂窝夹芯结构上再胶接一层铝膜；

步骤4：脱膜后制成铝蜂窝夹芯的整体壳结构。

本发明的有益效果：本发明构造了具有双层壳结构的反射面天线，上下层壳结构均采用整体壳结构或者组合一体壳结构，一体壳和整体壳结构不但强度刚度好、承力好，特别是其上层壳体结构的反射面是整体壳，不会产生局部翘曲。变形面偏离最佳吻合抛物面的残差很小。按力学原理，采用双层壳体结构，壳体结构传力合理，受力分布均匀，能充分发挥壳体材料与结构的潜力，如刚度好、变形小、重量轻、谐振频率高等，特别是上壳体不承受馈源或副面支撑架的不均匀受力，通过滑动连接副释放大部分不均匀热变形的影响，以及补偿支撑壳不均匀受力产生的变形不一致的影响，提高反射面的整体面型精度。整体壳天线结构适宜于批量生产要求，安装调整和维护工作量很小，成本较低。整个结构密封性和封闭性好，能适应在恶劣环境条件下长期安全运行，一致性好，适合于组建天线阵列。

附图说明

图1是本发明双层壳结构的反射面天线的结构示意图；

图2是本发明上反射面壳示意图；

图3是本发明下支撑壳示意图；

图4是本发明铝蜂窝夹心结构示意图；

图5是本发明四腿馈源支撑架示意图；

图6a、图6b是本发明支撑架的截面形状示意图；

图7是本发明滑动连接副示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明技术方案中所涉及的各个细节问题。应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

以12米口径天线为例说明。

一、设计理念

1.按力学原理，壳体结构传力合理，受力分布均匀，从而能充分发挥材料与结构的潜能。

2.整体壳天线结构适宜于批量生产要求，安装调整和维护工作量小，成本较低。

3.整个结构密封性和封闭性好，能适应在恶劣环境条件下长期安全运行。

4.双层壳结构的反射面天线一致性好，适合于作为天线单元组建天线阵列。

二、具有双层壳结构的反射面天线结构设计

图1是具有双层壳结构的反射面天线结构，它由上反射面壳体1、下支撑壳体2、辐射方向筋板3、环向加强筋板4、支撑架5、底座支撑盘6、馈源7、固持连接副8和滑动连接副9组成，上反射面壳体1和下支撑壳体2之间通过多个辐射方向筋板3、多块环向加强筋板4、多个固持连接副8和多个滑动连接副9将上反射面壳体1和下支撑壳体2连接；多块环向加强筋板4用螺栓搭接在两条辐射方向筋板3上；所述上反射面壳体1和下支撑壳体2均可采用铝材或复合材料分别制成一个整体壳，两个壳体可以采用相同材料，也可采用不同材料。所述滑动连接副9构成非完全约束的连接副，用以释放壳体在辐射方向的约束，用以补偿热梯度对上反射面壳体1和下支撑壳体2热变形的不同影响量，以及上反射面壳体1和下支撑壳体2因受力变形不一致产生的位移差。在所述上反射面壳体1和下支撑壳体2的两层壳夹层中还可安置化冰除雪装置。

a 12m口径主反射器

一般的12m口径主反射器由铝制天线反射面及钢制背架支承结构组成。本方案上反射面壳体1可采用附图2所示的整体拉伸铝壳结构，或者组合一体壳，或采用整体铝膜铝蜂窝夹芯壳结构。该上反射面壳体1凹面为天线反射面。所述整体拉伸壳是指天线反射面是一个由焊接成整体的铝板拉伸成形的整体壳或通过组装成形的一个整体壳体，或通过粘接铝蜂窝夹芯层制作成的一个整体壳。整体壳拉伸时采用厚度为1.2mm～2.5mm的防锈铝板，多块铝板按浅抛物面壳展开形状拼焊，由专用拉伸设备拉制而成。上反射面壳体1和下支撑壳体2可以组成一个双层壳结构，双层壳结构受力合理，变形小。双层壳结构的联接方案是在辐射方向筋板3和环向加强筋板4上对上反射面壳体1及下支撑壳体2进行连接，其中释放辐射方向自由度的联接。下支撑壳体2为旋转圆台型壳或旋转抛物面型壳，在下支撑壳体2的凹面一侧加辐射方向筋板3、环向加强筋板4，组成为一个有加强筋板的整体筋壳结构(见附图3)。

上反射面壳体1除了整体拉伸成形方案以外，还有其他三种制作方案：

1.方案一，上反射面壳体1的中心部分是整体铝制拉伸壳，外圈部分是由拉伸机拉伸的多块面板和筋条组成的扇形面板，在现场组装成一个一体组合壳。

2.方案二，采用薄铝膜加铝蜂窝加强夹芯结构，见附图4，成型时应采用由抽真空贴模和胶结工艺。

3方案三，可以在胎模上用复合材料贴膜制作成上反射面壳体1和下支撑壳体2，为了使反射面与凸模表面贴合得好，也要抽真空。

本发明的整体壳受力好，特别是在受风等均匀作用载荷时变形均匀，其表面变形偏离最佳吻合抛物面残差极小，是另一种意义下的准最佳吻合抛物面。

b四腿支撑架

支撑架5设计如附图5所示。

支撑架5的截面采用矩形截面或两边圆弧形的偏长截面见附图6a、图6b。矩形截面容易制作，两头带圆弧形的偏长截面受力好、电散射特性好。

在支撑架5的上顶部有一个多边形的小平台55，见附图5，用以安装馈源或者副面。支撑架5在下端通过翼板，与承力壳辐射状筋板相连，从而使上反射面壳体不受力。支撑架5具有支腿51、52、53、54，支腿51、52、53、54穿过上反射面壳体1直接支撑在下支撑壳体2的辐射方向筋板3中，馈源7安装在支撑架5的小平台55上。

本发明提出了利用整体壳结构的思想，因为整体壳不但强度和刚度好，承力好，特别是整体壳的反射面不容易产生局部翘曲。变形面偏离最佳吻合抛物面的残差很小。因而本发明构造了一类主要由双层壳结构组成的反射面天线结构。在双层壳结构中，上反射面壳体1处于整体半悬浮状态，壳体材料采用铝材或者复合材料，若采用铝面材拼焊成一个浅壳形状，被拼焊的面板边的形状不是直边，而是曲线边；这个拼焊浅壳，经自制专用拉伸设备拉伸后便可以成为符合要求的整体拉伸壳。

若上反射面壳体1的口径过大，还可以采用中心部分是整体壳，即上反射面壳体1的中间部分可以用上述方法经拉伸制成为一个整体壳结构，其外圈可以采用在拉伸机上拉伸的加筋板后制成扇形面板，并与上反射面壳体1的中心壳体组装成为一个大口径的一体壳。也可采用铝薄膜作为反射面，先将薄膜贴附在凸模胎上，贴附后的薄膜凸面上粘接铝蜂窝夹芯结构10，最后又粘接铝膜11，成为铝膜夹芯结构。

双层壳结构的反射面天线的下支撑壳体2是一体组合加强壳结构，为一个承力壳，可以做成旋转抛物面壳，旋转锥台壳等型式。在下支撑壳体2的凹面一侧，加辐射方向筋板3和环向加强筋板4，使其有更好的刚度和强度。

上反射面壳体1安置在下支撑壳体2上，可以采用在第一圈环向加强筋板4上固持，而在辐射方向筋板3上和其他环向筋板4上，加滑动连接副9，滑动连接副9可以释放径向支撑约束，让上铝壳与下铝壳在受热、受力不均匀时，在径向方向上可以补偿相对位移，不产生或减少热应力及其它应力的影响。

天线支撑架5的支腿55，不接触穿过上反射面壳体1，使上反射面壳体1不受力，支撑架5的支撑翼板直接连接在下支撑壳体2的辐射方向筋板3上。从而保证上反射面壳体1的反射面变形面为准抛物面保型面型。采用双层壳体结构，是为了充分发挥壳体结构的潜力、刚度好、变形小、重量轻、谐振频率高等，特别是上反射面壳体1不承受支撑架5的不均匀受力，通过滑动连接副9释放大部分不均匀热变形，以及补偿下支撑壳体2不均匀受力产生的变形，提高了上反射面壳体1的反射面的整体面型精度。

图7为本发明滑动连接副9的示意图，其中，9为滑动连接副，91为滑动连接副下座，下座带滑孔或滑道，和辐射方向筋板3连接，93为滑动连接副上座，它和上反射面壳体1连接，92为滑动连接副的导轨，其形状可以选择圆柱形、梯形、矩形等，固定安装在滑动连接副上座93上，可以在滑动连接副下座91的滑孔或滑道腔体内滑动。

所述的双层壳体结构的反射面天线的上反射面壳体制作方法，该上反射而壳体1的制作步骤如下：

步骤S1：选用铝板做反射面壳体的材料；

步骤S2：若上反射面壳体的反射面口径较大时，先把待拼焊的两块铝板的待焊接边，剪裁成曲线形状；再将曲线形状根据拼焊后能成为一个浅旋转抛物面体的要求制成曲线剪裁板，再曲线剪裁板拼焊铝板制成一个浅壳；

步骤S3：再用专用设备将浅壳进一步拉伸成型，制成上反射面壳体。

所述的双层壳体结构的反射面天线的铝蜂窝夹芯的整体壳结构制作方法，该铝蜂窝夹芯的整体壳结构的制作步骤如下：

步骤1：在整体胎模上先铺上铝膜，用真空吸附工艺使铝膜贴合完好；

步骤2：在胎膜上贴合的铝膜上胶接铝蜂窝夹芯结构；

步骤3：最后在铝蜂窝夹芯结构上再胶接一层铝膜；

步骤4：脱膜后制成铝蜂窝夹芯的整体壳结构。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种双层壳结构组合的反射面天线，其特征是：该双层壳结构由上反射面壳体(1)、下支撑壳体(2)两个壳体结构组成，所述上反射面壳体(1)的凹面是反射面，该上反射面壳体(1)采用整体拉伸壳或整体铝膜铝蜂窝夹芯结构的整体结构壳；所述下支撑壳体(2)是一个支撑壳体，采用旋转圆台型壳体或旋转抛物面一体壳结构；在下支撑壳体(2)的凹面一侧，安装有多个辐射方向筋板(3)和多个环向加强筋板(4)；

上反射面壳体(1)通过固持连接副(8)和滑动连接副(9)与下支撑壳体(2)的多个辐射方向筋板(3)和多个环向加强筋板(4)相连接；上反射面壳体(1)与下支撑壳体(2)的连接用于释放径向自由度；

多个环向加强筋板(4)搭接在两条辐射方向筋板(3)上；支撑架(5)的多个支腿不接触穿过上反射面壳体(1)直接支撑在下支撑壳体(2)的辐射方向筋板(3)上，馈源(7)安装在支撑架(5)的小平台(55)上。

2.根据权利要求1所述具有双层壳结构的反射面天线，其特征在于，所述上反射面壳体(1)采用整体铝蜂窝夹芯壳结构、整体拉伸铝壳结构或者复合材料成型壳结构。

3.根据权利要求2所述具有双层壳结构的反射面天线，其特征在于，该下支撑壳体(2)是组合加强壳结构，采用旋转抛物面壳或旋转圆台面壳型结构形式。

4.如权利要求1所述的具有双层壳结构的反射面天线，其特征在于，上反射面壳体(1)和下支撑壳体(2)采用铝材或复合材料制成，两个壳体的材料相同或不同。

5.根据权利要求1所述具有双层壳结构的反射面天线，其特征在于，所述滑动连接副(9)构成非完全约束的连接副，用以释放壳体在辐射方向的约束，用以补偿热梯度对上反射面壳体(1)和下支撑壳体(2)之间不同的热变形和不均匀受力时变形不一致产生的位移差。

6.如权利要求1所述的具有双层壳结构的反射面天线，其特征在于，还包括所述上反射面壳体(1)和下支撑壳体(2)的两层壳夹层中安置化冰除雪装置。

7.如权利要求1所述的双层壳体结构的反射面天线的上反射面壳体制作方法，其特征在于，该上反射面壳体的制作步骤如下：

步骤S1：选用铝板做反射而壳体的材料；

步骤S2：若上反射面壳体的反射面口径较大时，先把待拼焊的两块铝板的待焊接边，剪裁成曲线形状；再将曲线形状根据拼焊后能成为一个浅旋转抛物面体的要求制成曲线剪裁板，再曲线剪裁板拼焊铝板制成一个浅壳；

步骤S3：再用专用设备将浅壳进一步拉伸成型，制成上反射面壳体。

8.如权利要求1所述的双层壳体结构的反射面天线的铝蜂窝夹芯的整体壳结构制作方法，其特征在于，该铝蜂窝夹芯的整体壳结构的制作步骤如下：

步骤1：在整体胎模上先铺上铝膜，用真空吸附工艺使铝膜贴合完好；

步骤2：在胎膜上贴合的铝膜上胶接铝蜂窝夹芯结构；

步骤3：最后在铝蜂窝夹芯结构上再胶接一层铝膜；

步骤4：脱膜后制成铝蜂窝夹芯的整体壳结构。

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