CN102013573A - 一种空间二维天线转动机构 - Google Patents

Abstract

一种空间二维天线转动机构，第一支架为十字正交结构，分别记为X轴和Y轴，X轴、Y轴两端的支臂方向相反；支座截面为U形结构，支座置于第一支架的X轴两端支臂内部形成一个方腔，支座的转动单元连接接口与X轴传动连接接口连接；第二支架截面为U形结构；第二支架支臂两端置于第一支架的Y轴支臂外部形成一个方腔，第二支架的传动连接接口与第一支架Y轴的转动单元连接接口连接；两个转动单元的输出轴分别与两个方腔内部的转动单元连接接口连接，分别作为X、Y两轴的驱动部分；两个转轴分别穿过两个方腔内的转动支撑接口，转轴一端通过法兰固定在方腔内壁，挡圈置于两个轴承中间后依次安装在方腔外转轴上，通过端盖压紧。

Description

一种空间二维天线转动机构

技术领域

本发明涉及一种空间应用天线转动机构，特别是一种空间应用的二维天线转动机构，该发明可用于各类机械可动的空间通信天线和跟踪天线的二维转动功能。属于空间天线技术领域。

背景技术

机械可动天线是指采用机械方式实现天线波束移动的天线技术，常用在高增益点波束天线上，实现对预定目标的指向或跟踪，并建立通信链路。随着我国跟踪与数据中继卫星的建设，低轨道用户星为了与中继卫星建立星间链路实现星间信号传输，都装备有机械可动的高增益终端天线，天线工作在Ka频段，天线通常采用程控跟踪或程控跟踪与自动跟踪结合的跟踪方式实现对中继卫星的跟踪并建立星间通信链路传输数据信号。

机械可动终端天线要实现对中继卫星的跟踪需要大角度转动，通常要求是覆盖上半球空间，要实现如此大角度的转动功能，需要两维大角度转动的机构才能实现。常用的两维机构有方位-俯仰型或X-Y型，方位-俯仰型要求方位转动360°，俯仰转动0°至90°，方位-俯仰型有两个局限性，一是过顶有盲区，二是多路波导馈电难以实现，而X-Y型则可解决以上的局限，首先X-Y型机构在过顶跟踪时没有盲区，其次X-Y型实现多通道馈电相对容易，因此机械可动终端天线常用X-Y型二维转动机构，一般要求每轴转动±90°即可实现上半球覆盖。目前常用的中继终端天线的射频通道包括2个S电缆和3路射频波导。要解决波导在穿过转动轴时既要满足转动功能又要传输微波信号的难题，特别是高频段信号常用的解决的方法是采用微波旋转关节。

机械可动终端天线实现对中继卫星跟踪的关键是二维转动机构在实现两维大角度转动同时满足多路馈电的要求，同时满足反射器安装、锁紧和展开等天线其他部件的接口要求，此外还要满足空间应用的小型化、轻量化及环境适应性要求。

目前机械可动天线在卫星对地通信中应用较多，但应用的二维天线转动机构一般转动角度小，馈电相对简单，转动支架多采用单臂支撑，支撑刚度低，即使有大角度转动的二维天线转动机构，一般也不涉及多通道馈电问题，相对容易实现。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种适用于中继星用户终端天线和其他星间链路天线应用的二维天线转动机构。

本发明的技术解决方案是：一种空间二维天线转动机构，包括支座、第一支架、第二支架、两个转动单元、转轴、挡圈和端盖，四个轴承；

第一支架为十字正交结构，分别记为X轴和Y轴，X轴、Y轴两端的支臂方向相反，X轴一端支臂上设置传动连接接口，另一端支臂上设置转动支撑接口；Y轴一端支臂上设置转动单元连接接口，另一端支臂上设置转动支撑接口；支座截面为U形结构，U形结构一端为转动单元连接接口，另一端为转动支撑接口；支座置于第一支架的X轴两端支臂内部形成一个方腔，支座的转动单元连接接口与X轴传动连接接口连接；第二支架截面为U形结构，U形结构一端为传动连接接口，另一端为转动支撑接口；第二支架支臂两端置于第一支架的Y轴支臂外部形成一个方腔，第二支架的传动连接接口与第一支架Y轴的转动单元连接接口连接；两个转动单元的输出轴分别与两个方腔内部的转动单元连接接口连接，分别作为X、Y两轴的驱动部分；两个转轴分别穿过两个方腔内的转动支撑接口，转轴一端通过法兰固定在方腔内壁，挡圈置于两个轴承中间后依次安装在方腔外转轴上，通过端盖压紧，分别形成X、Y两轴的转动支撑部分。

所述的第一支架采用减轻腔结构，减轻腔两面表面粘接加强面板。

所述的转动单元包括步进电机、谐波减速器和旋转变压器；由步进电机通过电缆接收转动指令转动，通过谐波减速器传动带动输出轴转动，输出轴带动支架转动实现机构的转动，机构转动角度信息的反馈通过旋转变压器实现。

所述第一支架的X轴、Y轴交点处设置电缆接口。

所述第二支架的U形底面设置馈源接口、反射器接口及锁紧接口。

所述的第一支架的Y轴靠近转动支撑接口的一侧设置旋转关节支架接口。

所述的支座的底面靠近转动支撑接口的一侧设置波导接口。

所述的支座的底面中间设置展开臂接口，并在支座底面中间开孔作为波导和电缆接口。

本发明的技术工作原理是：由步进电机接收转动指令转动，通过谐波减速器传动带动输出轴转动，输出轴带动支架转动实现机构的转动，机构转动角度信息的反馈通过旋转变压器实现。X、Y两轴分布为空间正交分布，X轴转动时带动第一支架及Y轴整体实现机构X轴的转动，Y轴转动带动第二支架转动实现机构Y轴的转动。原理图见图1所示。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明结构紧凑，能适应大角度转动空间天线安装尺寸和多路馈电波导及旋转关节布局要求和空间天线狭小安装空间要求，接口和环境适应性好；采用轻量化设计，用双臂支撑和结构加强，减轻了天线的重量，提高了系统的刚度和可靠性。

(2)本发明支座、第一支架两轴、第二支架采用整体U型结构，并采取加强措施，既可有效提高结构的刚度和强度，同时也为波导、旋转关节和电缆提供可靠的安装固定的空间和接口，可以较好的保证转动的稳定性。

(3)本发明结构方案接口兼容性好，能够较好的实现与馈电部件、锁紧部件和展开或固定部件的连接功能，适应性好。

(4)本发明在支座、第一支架两轴、第二支架上设置通腔，即可作为波导、电缆接口，便于实现天线馈电连接，又起到结构减重作用。

附图说明

图1为本发明二维转动机构原理图；

图2为本发明二维转动机构构成图；

图3为本发明二维转动机构转动单元外形图；

图4a、4b为本发明第一支架减轻腔上下两面加强前状态；

图5a、5b为本发明第一支架减轻腔加强后状态；

图6为本发明二维转动机构外形图；

图7为本发明二维转动机构接口示意图；

图8～图11为本发明二维转动机构转动不同角度示意；

具体实施方式

如图2所示，一种空间二维天线转动机构，包括支座1、第一支架7、第二支架8、两个转动单元2、转轴3、挡圈4和端盖5，四个轴承6；

第一支架7为十字正交结构，分别记为X轴和Y轴，X轴、Y轴两端的支臂方向相反，X轴一端支臂上设置传动连接接口，另一端支臂上设置转动支撑接口；Y轴一端支臂上设置转动单元连接接口，另一端支臂上设置转动支撑接口；支座1截面为U形结构，U形结构一端为转动单元连接接口，另一端为转动支撑接口；支座1置于第一支架7的X轴两端支臂内部形成一个方腔，支座1的转动单元连接接口与X轴传动连接接口连接，如图6所示；第二支架8截面为U形结构，U形结构一端为传动连接接口，另一端为转动支撑接口；第二支架8支臂两端置于第一支架7的Y轴支臂外部形成一个方腔，第二支架8的传动连接接口与第一支架7Y轴的转动单元连接接口连接；两个转动单元2的输出轴分别与两个方腔内部的转动单元连接接口连接，分别作为X、Y两轴的驱动部分；两个转轴3分别穿过两个方腔内的转动支撑接口，转轴3一端通过法兰固定在方腔内壁，挡圈置于两个轴承中间后依次安装在方腔外转轴3上，通过端盖5压紧，分别形成X、Y两轴支撑端的转动支撑部分。

如图3a所示，所述的转动单元2包括步进电机21、谐波减速器22和旋转变压器23；由步进电机21通过电缆接收转动指令转动，通过谐波减速器22传动带动输出轴转动，输出轴带动支架转动实现机构的转动，机构转动角度信息的反馈通过旋转变压器23实现。

转动单元2由一个步进电机21、一个谐波减速器22、一个旋转变压器23、两个轴承24、一个输出轴25、两个挡圈26及外壳I 27、外壳II 28及端盖29构成，如图3b；谐波减速器22输入端与电机21转轴连接，谐波减速器22输出端与输出轴25连接，谐波减速器22安装在外壳I 27内，旋转变压器23内圈和轴承24内圈安装于输出轴25，旋转变压器23外圈、挡圈26和轴25承外圈安装于外壳II 28；安装谐波减速器22的外壳I 27与安装旋转变压器23和轴承24的输出轴25及外壳II 28、端盖29连接组成转动单元2。

如图4a、4b所示，第一支架7采用减轻腔结构，为提高机构的刚度和强度，在第一支架7的减轻腔两面表面粘接加强面板9，如图5a、5b所示。

如图7所示，本发明结构可以满足多个接口的设置，第一支架7的X轴、Y轴交点处设置电缆接口D，第一支架7的Y轴靠近转动支撑接口的一侧设置旋转关节支架接口C，第二支架8的U形底面设置馈源接口E、反射器接口F及锁紧接口G。支座1的底面靠近转动支撑接口的一侧设置波导接口B。支座1的底面中间位置设置展开臂接口A，并在支座1底面中间开孔作为波导和电缆接口。

如图2、图6、图7所示，本发明实施后结构简单、紧凑，实现的二维机构可以在X轴±90°、Y轴±90°范围的转动，实现对半球空间的覆盖。图8至图11为二维转动机构各个轴在±90°转动的过程。同时每个轴的各转动结构件通过整体支架在同一个旋转轴上安装，可以保证各零部件的同轴度和旋转稳定性，提高系统的刚度和强度；转动单元为集成化模块，可以实现单轴的转动功能，方便装配和测试；机构的支架设置不同的连接接口，可方便的实现与其它部件的连接。

上述机构材料采用通用的航天空间用材料即可，例如铝合金、钛合金。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (8)

1.一种空间二维天线转动机构，其特征在于：包括支座(1)、第一支架(7)、第二支架(8)、两个转动单元(2)、转轴(3)、挡圈(4)和端盖(5)，四个轴承(6)；

第一支架(7)为十字正交结构，分别记为X轴和Y轴，X轴、Y轴两端的支臂方向相反，X轴一端支臂上设置传动连接接口，另一端支臂上设置转动支撑接口；Y轴一端支臂上设置转动单元连接接口，另一端支臂上设置转动支撑接口；支座(1)截面为U形结构，U形结构一端为转动单元连接接口，另一端为转动支撑接口；支座(1)置于第一支架(7)的X轴两端支臂内部形成一个方腔，支座(1)的转动单元连接接口与X轴传动连接接口连接；第二支架(8)截面为U形结构，U形结构一端为传动连接接口，另一端为转动支撑接口；第二支架(8)支臂两端置于第一支架(7)的Y轴支臂外部形成一个方腔，第二支架(8)的传动连接接口与第一支架(7)Y轴的转动单元连接接口连接；两个转动单元(2)的输出轴分别与两个方腔内部的转动单元连接接口连接，分别作为X、Y两轴的驱动部分；两个转轴(3)分别穿过两个方腔内的转动支撑接口，转轴(3)一端通过法兰固定在方腔内壁，挡圈置于两个轴承中间后依次安装在方腔外转轴(3)上，通过端盖(5)压紧，分别形成X、Y两轴的转动支撑部分。

2.根据权利要求1所述的一种空间二维天线转动机构，其特征在于：所述的第一支架(7)采用减轻腔结构，减轻腔两面表面粘接加强面板。

3.根据权利要求1所述的一种空间二维天线转动机构，其特征在于：所述的转动单元(2)包括步进电机(21)、谐波减速器(22)和旋转变压器(23)；由步进电机(21)通过电缆接收转动指令转动，通过谐波减速器(22)传动带动输出轴转动，输出轴带动支架转动实现机构的转动，机构转动角度信息的反馈通过旋转变压器(23)实现。

4.根据权利要求1所述的一种空间二维天线转动机构，其特征在于：所述第一支架(7)的X轴、Y轴交点处设置电缆接口。

5.根据权利要求1所述的一种空间二维天线转动机构，其特征在于：所述第二支架(8)的U形底面设置馈源接口、反射器接口及锁紧接口。

6.根据权利要求1所述的一种空间二维天线转动机构，其特征在于：所述的第一支架(7)的Y轴靠近转动支撑接口的一侧设置旋转关节支架接口。

7.根据权利要求1所述的一种空间二维天线转动机构，其特征在于：所述的支座(1)的底面靠近转动支撑接口的一侧设置波导接口。

8.根据权利要求1所述的一种空间二维天线转动机构，其特征在于：所述的支座(1)的底面中间设置展开臂接口，并在支座(1)底面中间开孔作为波导和电缆接口。

Images