CN107799897A - 一种低轮廓的动中通卫星天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低轮廓的动中通卫星天线，包括结构相同的接收部分和发射部分，接收部分包括由上至下依次设置的上层调相面、中层调相面、下层馈源面，以及旋转机构，旋转机构包括上层大齿环、中层大齿环、下层大齿环和旋转驱动装置，旋转驱动装置以驱动下层大齿环、中层大齿环以及上层大齿环转动，以实现下层馈源面、中层调相面以及上层调相面旋转。本发明通过上层大齿环、中层大齿环带动上层调相面、中层调相面旋转的角度差调整卫星天线波束俯仰角，上层、下层调相面同时旋转，旋转的角度，调整天线波束方位角，通过下层大齿环带动下层馈源面旋转调整卫星天线的极化角度，实现极化的调整，使天线的主波束在车辆、飞机、船舶上运动过程中始终指向卫星，并保持在一定精度内。

Description

一种低轮廓的动中通卫星天线

技术领域

本发明属于动中通卫星天线技术领域，具体涉及一种低轮廓的动中通卫星天线。

背景技术

目前高增益的卫星接收(发射)天线绝大部分采用的抛物面天线，这种天线跟跟踪卫星信号是采用机械扫描转动俯仰、方位和极化角，导致控制系统复杂维护困难，抛物面天线体积大在有限的空间内造成了负担。

低轮廓的动中通天线由于其性能优良、易共形、重量轻、体积小等特点被广泛应用。低轮廓的动中通天线包括低轮廓反射面天线、介质透镜天线、平面阵列天线和相控阵天线，平面阵列天线由许多相同的单个天线（如对称天线）按一定规律排列组成的天线系统，也称天线阵，具有效率高、重量轻、体积小的特点。相控阵天线时通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变天线方向图形状的天线，控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波束扫描的目的，具有跟踪快和轮廓低等特点，但由于其射频系统较复杂，导致成本高且波束覆盖范围有限。

现有的相控阵列天线的实现波束指向控制的方法，主要以相位配置的实现方式进行区分。主要方式有模拟电压直接控制相位偏移量、数字式控制的电压控制相位偏移量、数字控制的相位偏移量以及机械位移或机械旋转控制传输线长度或相对介电常数的方式实现相位偏移量。模拟或数字的电压控制方式需要对应的微波电路和器件实现，因整个阵列的单元数多，所以成本很高；同时相位偏移量的精度有限，并与价格直接相关。机械位移或机械旋转控制传输线长度或相对介电常数的方式一般的结构比较大，导致天线的轮廓增大，系统复杂且辐射效率低。

发明内容

为了解决现有技术中存在的调相面旋转装置旋转角度精度低和系统可靠性差的问题，本发明提供了一种低轮廓的动中通卫星天线，通过齿轮传动机构实现旋转，提高了旋转角度的精度，同时提高了系统的稳定性和可靠性，减小了卫星天线的轮廓。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种低轮廓的动中通卫星天线，包括结构相同的接收部分和发射部分，接收部分包括由上至下依次设置的上层调相面、中层调相面、下层馈源面，以及旋转机构，所述旋转机构包括上层大齿环、中层大齿环、下层大齿环和旋转驱动装置，所述上层调相面设置在上层大齿环的上表面，中层调相面设置在中层大齿环的上表面，下层馈源面设置在下层大齿环的上表面；

所述旋转驱动装置固设在天线罩上，以驱动所述下层大齿环、中层大齿环以及上层大齿环转动，以实现下层馈源面、中层调相面以及上层调相面旋转。

进一步的，所述驱动装置包括结构均相同的上层驱动装置、中层驱动装置和下层驱动装置，上层驱动装置包括固设在天线罩上的轴承座、电机、主动锥齿轮、从动锥齿轮和圆柱齿轮，电机固设在轴承座上，电机的输出轴与主动锥齿轮连接，主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合，从动锥齿轮通过转轴与圆柱齿轮连接，转轴通过轴承设置在轴承座上；圆柱齿轮与所述上层大齿环啮合；

所述主动锥齿轮旋转时形成的平面与所述上层大齿环所在平面垂直。

进一步的，所述上层大齿环与中层大齿环之间、中层大齿环与下层大齿环之间均通过多个第一滚珠支撑件连接；所述上层大齿环通过多个第二滚珠支撑件与天线罩的上罩连接，所述下层大齿环通过多个第三滚珠支撑件与天线罩的底罩连接。

进一步的，还包括与所述上罩固定连接的上环形支撑件以及与所述底罩固定连接的下环形支撑件，上环形支撑件置于上层大齿环与中层大齿环之间，下环形支撑件置于中层大齿环与下层大齿环之间；

所述多个第一滚珠支撑件分别设置在上环形支撑件和下环形支撑件上，所述多个第二滚珠支撑件设置在所述上罩上，所述多个第三滚珠支撑件设置在所述底罩上；

所述轴承座固设在所述上环形支撑件上，所述中层驱动装置的轴承座和下层驱动装置的轴承座均固设在所述下环形支撑件上。

进一步的，所述下层馈源面的顶面上固设有芯轴，芯轴与所述中层调相面的中心部以及上层调相面的中心部转动连接。

进一步的，所述芯轴上套设有下旋转套和上旋转套，下旋转套与上旋转套均与所述芯轴转动连接，下旋转套与所述中层调相面固定连接，上旋转套与所述上层调相面固定连接。

进一步的，所述电机的输出轴通过联轴器与所述主动锥齿轮连接。

进一步的，还包括旋转关节、上变频功率放大器、低噪声下变频器和静止波导管，旋转关节的转子出线端与所述下层馈源面的线缆连接，定子出线端与静止波导管的一端连接，静止波导管的另一端与低噪声下变频器连接，低噪声下变频器和上变频功率放大器均设置在所述底罩上，上变频功率放大器通过发射波导管与天线外接波导口连接。

本发明的有益效果：（1）本发明通过上层大齿环、中层大齿环带动上层调相面、中层调相面旋转，上层调相面与中层调相面同时旋转的角度差值为调整卫星天线波束的俯仰，上层调相面与中层调相面同时旋转的角度，为调整卫星天线波束的方位角，通过下层大齿环带动下层馈源面旋转调整卫星天线的极化角度，实现极化的调整，使天线的主波束在车辆、飞机、船舶上运动过程中始终指向卫星，并保持在一定精度内。

（2）本发明通过齿轮传动机构实现旋转，提高了旋转角度的精度，同时提高了系统的稳定性和可靠性。

（3）本发明通过电机、联轴器、锥齿轮传动机构的多级传动结构，能够在有限的空间内进行稳定的传动，锥齿轮的传动机构结构紧凑，传动功率大，传动比准确，减小了卫星天线轮廓的同时保证精度，此外，旋转驱动装置承载力大，延长了卫星天线的使用寿命。

（4）本发明通过机械的传动使调相面和馈源面转动调整天线方位角、俯仰角和极化角，结构简单可靠，维护方便且大大降低了成本。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是低轮廓的动中通卫星天线的结构示意图；

图2是接收部分的结构示意图；

图3是低轮廓的动中通卫星天线接收部分的A向剖视图；

图4是低轮廓的动中通卫星天线接收部分的D向结构示意图；

图5是低轮廓的动中通卫星天线接收部分的B向结构示意图；

图6是低轮廓的动中通卫星天线接收部分的C向结构示意图。

图中：1、接收部分；2、发射部分；3、上层调相面；4、中层调相面；5、下层馈源面；6、上层大齿环；7、中层大齿环；8、下层大齿环；9、第一滚珠支撑件；10、第二滚珠支撑件；11、上罩；12、第三滚珠支撑件；13、底罩；14、上层驱动装置；15、中层驱动装置；16、下层驱动装置；17、轴承座；18、电机；19、主动锥齿轮；20、从动锥齿轮；21、圆柱齿轮；22、上环形支撑件；23、下环形支撑件；24、芯轴；25、下旋转套；26、上旋转套；27、联轴器；28、旋转关节；29、静止波导管；30、中层驱动装置的圆柱齿轮；31、下层驱动装置的圆柱齿轮。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

为了解决现有技术中存在的调相面旋转装置旋转角度精度低和系统可靠性差的问题，如图1、图2和图3所示，本实施例提供一种低轮廓的动中通卫星天线，包括结构相同的接收部分1和发射部分2，接收部分1包括由上至下依次设置的上层调相面3、中层调相面4、下层馈源面5，以及旋转机构，旋转机构驱动上层调相面3、中层调相面4和下层馈源面5进行旋转，旋转机构包括上层大齿环6、中层大齿环7、下层大齿环8和旋转驱动装置，上层调相面3设置在上层大齿环6的上表面，中层调相面4设置在中层大齿环7的上表面，下层馈源面5设置在下层大齿环8的上表面；上层大齿环6、中层大齿环7和下层大齿环8均为水平设置，大齿环的径向与水平方向平行。旋转驱动装置固设在天线罩上，以驱动下层大齿环6、中层大齿环7以及上层大齿环8转动，以实现下层馈源面5、中层调相面4以及上层调相面3旋转。低轮廓的动中通天线对整机天线高度要求低，调相面与馈源面的直径大，调相面上面和下面需无遮挡，上层调相面3、中层调相面4旋转以改变调相面之间的角度调整卫星天线波束的方位和俯仰角，通过下层大齿环8带动下层馈源面5旋转调整卫星天线的极化角度，实现极化的调整，使天线的主波束在车辆、飞机、船舶上运动过程中始终指向卫星，并保持在一定精度内。通过齿环、齿轮传动机构实现旋转，提高了旋转角度的精度，同时提高了系统的稳定性和可靠性，能够在保证可靠性的情况下能够使卫星天线的高度最低，符合低轮廓动中通卫星天线的尺寸要求，节省了安装空间。

进一步的，如图4、图5和图6所示，驱动装置通过齿轮啮合进行驱动上层大齿环6、中层大齿环7和下层大齿环8旋转，电机带动主动齿轮，主动齿轮驱动上层大齿环6、中层大齿环7和下层大齿环8旋转。驱动装置包括结构均相同的上层驱动装置14、中层驱动装置15和下层驱动装置16，上层驱动装置14、中层驱动装置15和下层驱动装置16可以单独进行控制和工作。上层驱动装置14包括固设在天线罩上的轴承座17、电机18、主动锥齿轮19、从动锥齿轮20和圆柱齿轮21，电机18固设在轴承座17上，电机18的输出轴通过联轴器27与主动锥齿轮19连接，主动锥齿轮19与从动锥齿轮20啮合，从动锥齿轮20通过转轴与圆柱齿轮21连接，转轴通过轴承设置在轴承座17上；圆柱齿轮21与上层大齿环6啮合；主动锥齿轮19旋转时形成的平面与上层大齿环6所在平面垂直，也即电机18的轴向与大齿环所在平面平行，多级传动且节省了安装空间。中层驱动装置15的圆柱齿轮30与中层大齿环7啮合，下层驱动装置16的圆柱齿轮31与下层大齿环8啮合。本实施例的锥齿轮传动机构的多级传动结构，结构紧凑，能够在有限的空间内进行稳定的传动，传动功率大，传动比准确，减小了卫星天线轮廓的同时保证精度，此外，旋转驱动装置承载力大，延长了卫星天线的使用寿命。卫星天线的整机尺结构紧凑，轮廓低，节省了安装空间。

进一步的，上层大齿环6与中层大齿环7之间、中层大齿环7与下层大齿环8之间均通过多个第一滚珠支撑件9连接；上层大齿环6通过多个第二滚珠支撑件10与天线罩的上罩11连接，下层大齿环8通过多个第三滚珠支撑件12与天线罩的底罩13连接。滚珠支撑件环状排列，滚珠支撑件的滚珠与各层大齿环接触，能够对上层大齿环6、中层大齿环7和下层大齿环8支撑且减小旋转时候的摩擦力，结构简单且成本低，滚珠支撑件在支撑旋转的同时能够减小各层结构之间的间隙，减小卫星天线的整机高度。滚珠支撑件可通过固定件固定在天线罩上。

进一步的，还包括与上罩11固定连接的上环形支撑件22以及与底罩13固定连接的下环形支撑件23，上环形支撑件22置于上层大齿环6与中层大齿环7之间，下环形支撑件23置于中层大齿环7与下层大齿环8之间；多个第一滚珠支撑件9分别设置在上环形支撑件22和下环形支撑件23上，多个第二滚珠支撑件10设置在上罩11上，多个第三滚珠支撑件12设置在底罩13上。多个第一滚珠支撑件9设置在上环形支撑件22的上下面上，以及多个第一滚珠支撑件9还设置在下环形支撑件23的上下面上，使滚珠支撑件支撑在大齿环与环形支撑件之间，滚珠支撑件的滚珠一端与大齿环接触，从而使大齿环能够在滚珠支撑件的滚珠上旋转，上环形支撑件22和下环形支撑件23使支撑结构更加稳定可靠。

轴承座17固设在上环形支撑件22上，中层驱动装置15的轴承座和下层驱动装置16的轴承座均固设在下环形支撑件23上，以实现固定电机和圆柱齿轮。

进一步的，下层馈源面5的顶面上固设有芯轴24，芯轴24与中层调相面4的中心部以及上层调相面3的中心部转动连接。芯轴24上套设有下旋转套25和上旋转套26，下旋转套25与上旋转套26均与芯轴24转动连接，下旋转套25与中层调相面4固定连接，上旋转套26与上层调相面3固定连接。芯轴24为台阶轴，通过螺钉固定在下层馈源面5上，芯轴24使上层调相面3、中层调相面4以及下层馈源面5能够保持同轴转动，避免在旋转过程中中心位置发生偏移。上旋转套26的顶部通过转轴压盖和螺钉压套在芯轴24上，对上层调相面3、中层调相面4和下层馈源面5进行支撑，能够使上层调相面3和中层调相面4以及中层调相面4和下层馈源面5保持平行。

进一步的，还包括旋转关节28、上变频功率放大器、低噪声下变频器和静止波导管29，旋转关节28的转子出线端与下层馈源面5的线缆连接，定子出线端与静止波导管29的一端连接，静止波导管29的另一端与低噪声下变频器连接，低噪声下变频器和上变频功率放大器均设置在底罩13上，上变频功率放大器通过发射波导管与天线外接波导口连接。天线发射部分的BUC上变频功率放大器外置可通过发射波导管与天线外接波导口连接，接收部分电磁波通过旋转关节下来通过静止波导管进入LNB低噪声下变频器，转中频通过线缆传输，从天线N头对外输出。

本发明的工作原理及工作过程为：卫星天线载体在运动过程中对卫星信号进行接收和发送，通过伺服系统控制着上层调相面3、中层调相面4旋转速度和角度；通过对两层调相面的旋转角度控制，调整天线波束的方位和俯仰角，其中上层调相面3与中层调相面4旋转时的相对角度差值，控制天线波束的俯仰值，上层调相面3与中层调相面4同时旋转时，旋转的角度，控制天线波束的方位角，通过对下层馈源面5的旋转控制，实现极化的调整，使天线的主波束在车辆、飞机、船舶上运动过程中始终指向卫星。天线接收部分的电机18驱动主动锥齿轮19转动，主动锥齿轮19带动从动锥齿轮20转动，通过转轴带动圆柱齿轮21转动，从而带动上层大齿环6进行旋转运动，进而使上层调相面3进行旋转，调整卫星天线的方位；上层驱动装置14、中层驱动装置15和下层驱动装置16的结构、工作过程和原理相同，层调相面4和下层馈源面5通过伺服系统的控制进行旋转，调整卫星天线的俯仰角以及极化角。天线发射部分与天线接收部分的驱动装置的工作原理相同。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种低轮廓的动中通卫星天线，包括结构相同的接收部分（1）和发射部分（2），接收部分（1）包括由上至下依次设置的上层调相面（3）、中层调相面（4）、下层馈源面（5），以及旋转机构，其特征在于：所述旋转机构包括上层大齿环（6）、中层大齿环（7）、下层大齿环（8）和旋转驱动装置，所述上层调相面（3）设置在上层大齿环（6）的上表面，中层调相面（4）设置在中层大齿环（7）的上表面，下层馈源面（5）设置在下层大齿环（8）的上表面；

所述旋转驱动装置固设在天线罩上，以驱动所述下层大齿环（6）、中层大齿环（7）以及上层大齿环（8）转动，以实现下层馈源面（5）、中层调相面（4）以及上层调相面（3）旋转。

2.根据权利要求1所述的一种低轮廓的动中通卫星天线，其特征在于：所述驱动装置包括结构均相同的上层驱动装置（14）、中层驱动装置（15）和下层驱动装置（16），上层驱动装置（14）包括固设在天线罩上的轴承座（17）、电机（18）、主动锥齿轮（19）、从动锥齿轮（20）和圆柱齿轮（21），电机（18）固设在轴承座（17）上，电机（18）的输出轴与主动锥齿轮（19）连接，主动锥齿轮（19）与从动锥齿轮（20）啮合，从动锥齿轮（20）通过转轴与圆柱齿轮（21）连接，转轴通过轴承设置在轴承座（17）上；圆柱齿轮（21）与所述上层大齿环（6）啮合；

所述主动锥齿轮（19）旋转时形成的平面与所述上层大齿环（6）所在平面垂直。

3.根据权利要求1或2所述的一种低轮廓的动中通卫星天线，其特征在于：所述上层大齿环（6）与中层大齿环（7）之间、中层大齿环（7）与下层大齿环（8）之间均通过多个第一滚珠支撑件（9）连接；所述上层大齿环（6）通过多个第二滚珠支撑件（10）与天线罩的上罩（11）连接，所述下层大齿环（8）通过多个第三滚珠支撑件（12）与天线罩的底罩（13）连接。

4.根据权利要求3所述的一种低轮廓的动中通卫星天线，其特征在于：还包括与所述上罩（11）固定连接的上环形支撑件（22）以及与所述底罩（13）固定连接的下环形支撑件（23），上环形支撑件（22）置于上层大齿环（6）与中层大齿环（7）之间，下环形支撑件（23）置于中层大齿环（7）与下层大齿环（8）之间；

所述多个第一滚珠支撑件（9）分别设置在上环形支撑件（22）和下环形支撑件（23）上，所述多个第二滚珠支撑件（10）设置在所述上罩（11）上，所述多个第三滚珠支撑件（12）设置在所述底罩（13）上；

所述轴承座（17）固设在所述上环形支撑件（22）上，所述中层驱动装置（15）的轴承座和下层驱动装置（16）的轴承座均固设在所述下环形支撑件（23）上。

5.根据权利要求1、2、4任一所述的一种低轮廓的动中通卫星天线，其特征在于：所述下层馈源面（5）的顶面上固设有芯轴（24），芯轴（24）与所述中层调相面（4）的中心部以及上层调相面（3）的中心部转动连接。

6.根据权利要求5所述的一种低轮廓的动中通卫星天线，其特征在于：所述芯轴（24）上套设有下旋转套（25）和上旋转套（26），下旋转套（25）与上旋转套（26）均与所述芯轴（24）转动连接，下旋转套（25）与所述中层调相面（4）固定连接，上旋转套（26）与所述上层调相面（3）固定连接。

7.根据权利要求2所述的一种低轮廓的动中通卫星天线，其特征在于：所述电机（18）的输出轴通过联轴器（27）与所述主动锥齿轮（19）连接。

8.根据权利要求1或2所述的一种低轮廓的动中通卫星天线，其特征在于：还包括旋转关节（28）、上变频功率放大器、低噪声下变频器和静止波导管（29），旋转关节（28）的转子出线端与所述下层馈源面（5）的线缆连接，定子出线端与静止波导管（29）的一端连接，静止波导管（29）的另一端与低噪声下变频器连接，低噪声下变频器和上变频功率放大器均设置在所述底罩（13）上，上变频功率放大器通过发射波导管与天线外接波导口连接。