CN105896075A - 星载s频段测控天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种星载S频段测控天线，其包括：扼流圈，被整体机加而成，并且其外形尺寸及圈数可根据不同的电性指标要求而适应性地更改；保护罩，被复材模压而成，与扼流圈之间有效粘连，从而形成紧凑结构；四臂螺旋带，为纯金属结构，并且分为内筒和外筒；以及移相器，内部不含元器件并通过金属带线实现移相，其中，四臂螺旋带和移相器被设计为模块化组件并且根据不同的天线旋向要求组装。因此，本发明的天线具有小型化、半球波束、广角圆极化、宽带等特点，其移相器中不含元器件，移相器与四臂螺旋带之间通过结构插接实现了射频连通，从而实现了结构紧凑、小型轻量化、和高可靠性。

Description

星载S频段测控天线

技术领域

本发明属于导航领域，具体涉及一种用于采用四臂螺旋天线的形式实现地面数据的接收与卫星遥测数据的下传的星载S频段测控天线。

背景技术

通常，测控天线工作在S频段，它作为卫星测控分系统的重要组成部分，实现了地面遥控指令和注入数据的接收以及卫星遥测参数和扩展数据的下传。由于导航卫星上主载荷的布局及周边设备的影响，为星上测控天线的测控波束实现全空间覆盖带来很大困难，并且天线单元的架设高度需要大幅升高，导致天线单元所需承受的发射段力学环境更为严酷，因此，对天线单元的小型轻量化以及高可靠性提出了严格要求。

图1为现有技术中的测控天线的外形尺寸及组成示意图。如图1所示，在现有技术中，经过天线选型及仿真分析，发现四臂螺旋天线主向增益高、轴比性能好，不同切面增益方向图的一致性好，能够满足技术要求中的各项电性指标要求。在图1中，现有技术中的测控天线的总高度为234mm，反射盘直径为Φ150mm，安装面直径为Φ120mm，安装孔分布圆直径为Φ110mm。然而，现有的四臂螺旋测控天线移相器中都含有元器件，且除了预埋在四臂螺旋带内部的半刚电缆外，四臂螺旋带与移相器还需通过外部的半刚同轴电缆来实现射频连接，这就导致天线的外形尺寸较大且重量相对较高，无法满足导航卫星严酷的星载力学环境要求，需要对其进行小型轻量化、高可靠性设计。

因此，需要对现有的四臂螺旋测控天线进行优化，去除移相器中的元器件，使四臂螺旋带与移相器之间能够紧凑连接，从而实现小型轻量化、高可靠性的设计目标，以满足导航卫星的星载力学环境条件。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种星载S频段测控天线，采用四臂螺旋天线形式，设计模块化的四臂螺旋带及移相器，其中，移相器通过金属带线进行移相，不含元器件，且移相器与四臂螺旋带通过结构插接实现最终的射频连通，无需外部连接半刚同轴电缆，从而实现了小型轻量化、高可靠性的设计目标。

本发明提供了一种星载S频段测控天线，用于采用四臂螺旋天线的形式实现地面数据的接收与卫星遥测数据的下传。该天线包括：扼流圈，被整体机加而成，并且其外形尺寸及圈数可根据不同的电性指标要求而适应性地更改；保护罩，被复材模压而成，与扼流圈之间有效粘连，从而形成紧凑结构；四臂螺旋带，为纯金属结构，并且分为内筒和外筒；以及移相器，内部不含元器件并通过金属带线实现移相，其中，四臂螺旋带和移相器被设计为模块化组件并且根据不同的天线旋向要求组装。

优选地，扼流圈具有：安装孔，被设计位于扼流圈的底部，用于执行天线与支架之间的结构连接，从而通过改变支架形式来实现不同的装星状态。

具体地，扼流圈、四臂螺旋带、和移相器之间各采用一组螺钉的形式互相连接，并且它们之间的安装孔互不干扰。移相器的金属带线为金属材料机加而成，并且通过插针与介质材料的结构配合固定在移相器的金属盒体内，其中，插针的伸出部位被设计有结构插孔。

额外地，根据本发明的星载S频段测控天线还包括：半刚电缆，被预埋在四臂螺旋带的内筒与外筒之间，用于四臂螺旋带与移相器之间的射频连接，其中，半刚电缆的伸出部位被设计有结构插头。

四臂螺旋带的内筒与外筒之间通过焊接被封闭。四臂螺旋带的结构插头与移相器的结构插孔之间的插接，用于实现四臂螺旋带中预埋的半刚电缆与移相器的插针之间的连接，从而实现四臂螺旋带与移相器的射频连通。

因此，本发明的S频段测控天线具有小型化、半球波束、广角圆极化、宽带等特点，其移相器中不含元器件，移相器与四臂螺旋带之间通过结构插接实现了射频连通，从而实现了结构紧凑、小型轻量化、和高可靠性。

附图说明

图1为现有技术中的测控天线的外形尺寸及组成示意图；

图2为本发明的测控天线的外形尺寸示意图；

图3为本发明的测控天线的组成示意图；

图4为本发明的四臂螺旋带的插头部分的示意结构图；

图5为本发明的移相器的插孔部分的示意结构图；以及

图6为本发明的测控天线的四臂螺旋带与移相器之间的射频连接的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的星载S频段测控天线，包括保护罩、扼流圈、四臂螺旋带和移相器，以及预埋在四臂螺旋带内部的半刚电缆。其中，扼流圈与四臂螺旋带之间、四臂螺旋带与移相器之间各采用一组螺钉连接，且连接部位互不干涉，拆装方便，保护罩与扼流圈之间粘接，用于保护性防尘，结构紧凑。而扼流圈可根据不同的电性指标进行适应性更改，四臂螺旋带及移相器设计成模块化组件，根据测控天线不同的旋向要求进行组装。

进一步，将用于四臂螺旋带与移相器之间射频连接的半刚电缆预埋在四臂螺旋带的内外筒之间，四臂螺旋带与移相器之间通过结构插接实现最终的射频连通，达到了小型化的设计目标。

本发明的新型测控天线采用四臂螺旋天线形式，移相器不含元器件，使四臂螺旋带和移相器之间紧凑连接，最终实现测控天线的小型轻量化及高可靠性的设计目标。可见，本发明专利适用于但并不限于导航卫星用测控天线。

其中，图2为本发明的测控天线的外形尺寸示意图，图3为本发明的测控天线的组成示意图，图4为本发明的四臂螺旋带的插头部分的示意结构图，图5为本发明的移相器的插孔部分的示意结构图，图6为本发明的测控天线的四臂螺旋带与移相器之间的射频连接的示意图。以下具体参考图2-图6来详细介绍本发明的各个具体实施方式。

如图2所示，本发明测控天线的总高度为114mm，扼流圈直径为Φ110mm，安装面直径为Φ105mm，安装孔分布圆直径为Φ95mm。

如图3所示，本发明测控天线包括保护罩、扼流圈、四臂螺旋带和移相器。四臂螺旋带和移相器均设计为模块化组件，可根据测控天线不同的旋向要求进行组装。扼流圈与四臂螺旋带、四臂螺旋带与移相器各通过一组螺钉紧凑连接，且安装孔互不干涉，拆装方便。

四臂螺旋带分为内筒和外筒，为纯金属结构，采用硬铝合金，该材料具有良好的机加性能，且具有较高的比强度和比刚度，有益于轻量化的设计目标。

在四臂螺旋带的内筒和外筒间预埋半刚电缆，用于四臂螺旋带与移相器之间的射频连接，内外筒之间通过焊接进行封闭。如图4所示，在半刚电缆的伸出部位设计结构插头。

移相器不含元器件，通过金属带线实现移相功能，该带线为金属材料机加而成。如图5所示，通过插针与介质材料的结构配合固定在移相器的金属盒体内，在插针的伸出部位设计结构插孔。

如图6所示，四臂螺旋带与移相器通过一组螺钉实现结构连接，同时，通过四臂螺旋带的结构插头和移相器的结构插孔之间的插接，实现四臂螺旋带半刚电缆与移相器插针之间的连接，从而最终实现四臂螺旋带与移相器的射频连通。这种配置设计使得测控天线结构紧凑可靠，从而实现了小型化的设计目标。

扼流圈为硬铝合金整体机加而成，可根据不同的电性指标要求对其外形尺寸及圈数进行适应性更改。

保护罩为复材模压而成，与扼流圈之间有效粘接，具有保护性防尘等特点，相较于现有测控天线，省掉了连接用的安装法兰，使得结构更为紧凑。

此外，在扼流圈底部设计有安装孔，实现测控天线单元与天线支架之间的结构连接。通过改变天线支架的形式可以实现不同的装星状态，满足卫星使用要求。

综上所述，本发明的测控天线具有以下的优点：

1)四臂螺旋带和移相器均设计为模块化组件，可根据测控天线不同的旋向要求进行组装；

2)移相器中通过金属带线来实现移相功能，不含元器件，加强了结构的强度和刚度设计，进一步提升了产品的可靠性；

3)四臂螺旋带与移相器之间通过结构性插接实现最终的射频连通，省掉了外部连接用的半刚同轴电缆，使得测控天线结构紧凑，利于小型化设计；

4)扼流圈与四臂螺旋带、四臂螺旋带与移相器之间各通过一组螺钉紧凑连接，且安装孔互不干涉，拆装方便；

5)最终重量为0.34kg，重量较现有测控天线大为降低，且外形包络大幅减小，实现了小型轻量化的设计目标；

6)力学分析及试验验证，既可以满足导航卫星提出的星载力学条件，又具有较高的设计裕量。

应了解，本发明的星载S频段测控天线的工作方式为在卫星发射、入轨及入轨后运行的全过程中，测控天线接收地面测控站发送的上行测控信号，并向地面测控站实时发送下行测控信号。

本发明的星载S频段测控天线通过以下地面(含真空条件下)试验，验证具备以下各项性能：

①通过了星载组件鉴定级力学环境试验(包括正弦振动、随机振动、冲击试验)，能够承受上述试验载荷的考核，结构无异常变化；

②通过了星载组件鉴定级热试验考核(试验温度范围为-160℃～122℃)，试验前后产品外观及性能均无明显变化，产品性能稳定；

③通过了星载组件鉴定级低气压(10W连续波)、功率耐受(20W连续波)和微放电(10W连续波加6Db脉冲加电子)试验，验证了测控天线的功率耐受能力；

④完成了测控天线的相关电性能测试，力学试验、热试验前后，测控天线各项性能稳定，满足指标要求。

综上所述，以上仅为本发明专利的优选实施例而已，并非用于限定本发明专利的保护范围。凡在本发明专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种星载S频段测控天线，用于采用四臂螺旋天线的形式实现地面数据的接收与卫星遥测数据的下传，其特征在于，包括：

扼流圈，被整体机加而成，并且其外形尺寸及圈数可根据不同的电性指标要求而适应性地更改；

保护罩，被复材模压而成，与所述扼流圈之间有效粘连，从而形成紧凑结构；

四臂螺旋带，为纯金属结构，并且分为内筒和外筒；以及

移相器，内部不含元器件并通过金属带线实现移相，

其中，所述四臂螺旋带和所述移相器被设计为模块化组件并且根据不同的天线旋向要求组装。

2.根据权利要求1所述的星载S频段测控天线，其特征在于，所述扼流圈具有：

安装孔，被设计位于所述扼流圈的底部，用于执行天线与支架之间的结构连接，从而通过改变支架形式来实现不同的装星状态。

3.根据权利要求1所述的星载S频段测控天线，其特征在于，所述扼流圈、所述四臂螺旋带、和所述移相器之间各采用一组螺钉的形式连接，并且它们之间的安装孔互不干扰。

4.根据权利要求3所述的星载S频段测控天线，其特征在于，所述金属带线为金属材料机加而成，并且通过插针与介质材料的结构配合固定在所述移相器的金属盒体内，

其中，所述插针的伸出部位被设计有结构插孔。

5.根据权利要求4所述的星载S频段测控天线，其特征在于，还包括：

半刚电缆，被预埋在所述四臂螺旋带的所述内筒与所述外筒之间，用于所述四臂螺旋带与所述移相器之间的射频连接，

其中，所述半刚电缆的伸出部位被设计有结构插头。

6.根据权利要求5所述的星载S频段测控天线，其特征在于，所述四臂螺旋带的所述内筒与所述外筒之间通过焊接被封闭。

7.根据权利要求5所述的星载S频段测控天线，其特征在于，

所述四臂螺旋带的所述结构插头与所述移相器的所述结构插孔之间的插接，用于实现所述四臂螺旋带中预埋的所述半刚电缆与所述移相器的插针之间的连接，从而实现所述四臂螺旋带与所述移相器的射频连通。