CN108110432B - 一种反射面天线面板分块方法及反射面天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反射面天线面板分块方法及反射面天线,涉及天线技术领域。其通过扩展反射面工作曲面,使扩展后的反射面边缘形状在其投影面上为六边形;将投影面上的六边形分割成均匀的三角形;再将这些三角形投影到反射面上;最后确定面板之间的缝隙,将反射面曲面进行分块即可得到由三角形面板组成的反射面天线。该方法可使组成反射面的面板面积均匀,简化天线背架结构,能够显著地提高天线的安装精度和调整效率,特别适用于偏置反射面或圆对称反射面结构中的面板设计和制造。

Description

一种反射面天线面板分块方法及反射面天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域,特别是指一种反射面天线面板分块方法及反射面天线。
背景技术
反射面天线的面板分块方法是天线在结构设计和制造中的关键技术,一般由多块面板组成。面板分块方法的优劣将直接影响天线的表面精度和安装调整效率以及制造成本。
目前,最常用的反射面天线的面板分块方法有如下几种:
(1)沿反射面天线圆周方向扇形分块的四边形方法,这种方法在西安电子科技大学2015年博士学位论文“面向机电耦合的微波天线随机与系统误差的分析与综合”(王猛著)文献中有所报导。
(2)反射面天线竖直分块的四边形方法,这种方法在西安电子科技大学2015年硕士学位论文“车载4.5米自动折叠天线结构系统研究与设计”(马万垒著)文献中有所报导。
(3)偏置反射面面板的矩形分块方法,这种方法在《北京邮电大学学报》2016年第6期“大口径紧缩场中板间缝隙对静区特性影响的分析”(王君波著)文献中有所报导。
上述的反射面天线的面板分块方法均采用四边形形式,这种方法存在以下不足:
(1)传统的四边形面板分块方法,使各单元面板面积不均匀,特别对于大型的反射面天线,其各环面板面积差别很大,导致制造出的面板精度离散性非常大,从而影响整个天线反射面的性能。另外,反射面面板面积不均匀,会导致结构设计复杂化,引起制造成本的增高。
(2)采用四边形分块方法,面板支撑为四个角点,由于这种支撑方式存在多余约束,在天线安装过程中,需要反复调整支撑点的高度来减小面板的变形。这样不仅浪费了人力资源,而且延长了施工周期。
(3)传统分块方法影响天线背架结构布局,该种分块方法导致天线背架采用辐射状桁架结构,在靠近天线口径边缘位置的桁架跨度会非常大,这样会降低整个天线的刚度,影响天线系统的综合性能指标。
(4)对于偏置反射面天线,其几何口径为非圆对称形式,如果采用传统四边形分块方法,会导致口径边缘面板在径向方向的边长长度产生不等,使得面板的重力变形不均匀,从而降低了面板的精度。特别地,当天线做俯仰运动时,这种不均匀变形会更加严重,导致天线系统的动态性能指标变差。
综上所述,亟需一种合理的分块方法来解决现有反射面天线面板分块所产生的问题。
发明的内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种反射面天线面板分块方法及反射面天线,其具有组成天线反射面的单块面板面积均匀、结构一致性高的特点,有利于偏置反射面天线口径边缘面板的结构布局,能够简化天线面板和天线背架的结构设计。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种反射面天线面板分块方法,该方法用于对偏置反射面或圆对称反射面进行三角形分块,包括如下步骤:
(1)任取天线反射面边缘上的不在同一直线上的三个点,并确定过这三个点的平面,天线反射面与该平面的交线为一封闭曲线;
(2)在所述平面上做出一个所述封闭曲线的外切六边形;
(3)将所述反射面在边缘处沿切向延伸,得到反射面的扩展曲面;
(4)将所述外切六边形沿所述平面的法线方向向所述扩展曲面进行投影,得到由六条首尾相连的曲线段在扩展曲面上所截得的一个包含天线反射面在内的截取曲面;
(5)对所述外切六边形进行划分,划分后的外切六边形仅由多个三角形子区域拼接而成;
(6)将每个三角形子区域沿所述平面的法线方向向所述截取曲面进行投影,得到对所述截取曲面的划分;
(7)对于所述截取曲面的每一个划分子区域,将该子区域的边界内移,使得相邻两个子区域之间形成缝隙,从而完成对截取曲面的二次划分;
(8)根据二次划分的划分方式对天线面板进行分块。
可选的,所述步骤(5)中三角形子区域的面积为0.5 ~ 6 m2
可选的,所述步骤(5)中最大三角形子区域和最小三角形子区域的面积比不超过1.5。
可选的,所述步骤(7)中边界内移的距离为0.2 ~ 5 mm。
此外,本发明还提供一种反射面天线,其包括面板,所述面板为采用如上任一项所述的反射面天线面板分块方法而得到的三角形分块面板,所述面板的每一个三角形分块均采用三点支撑方式。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
(1)本发明所采用的反射面天线的三角形面板分块方法,克服了现有的反射面天线四边形分块方法的缺点,使成型后的天线单元面板面积更均匀,有利于生产制造和表面精度的控制。
(2)本发明与现有技术相比较,三角形面板采用三点支撑方式,消除了多余约束,避免了天线在安装过程中产生的面板变形,提高了天线的安装精度和安装效率。
(3)本发明中的通过将反射面进行扩展的方法,使反射面天线边缘面板形状与其它面板几何形状基本一致,降低了制造难度,提高了生产效率。
(4)本发明所采用的反射面天线的三角形面板分块方法,特别适合于偏置反射面天线的结构设计,能够简化天线背架设计,有效降低天线系统的整体重量。
总之,本发明构思巧妙,思路清晰,易于实现,既解决了反射面天线的面板分块问题,又提高了天线的表面精度,是对现有技术的一种重要改进。
附图说明
图1是本发明实施例中步骤1~步骤3的原理图;
图2是本发明实施例中步骤4~步骤6的原理图;
图3是本发明实施例中步骤7~步骤8的原理图;
图4是本发明实施例中步骤9的原理图;
图5是本发明实施例中步骤10的原理图;
图6是本发明实施例中步骤11的原理图;
图7是本发明实施例中步骤12的原理图;
图8是本发明实施例中步骤13的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
一种反射面天线面板分块方法,以偏置15米反射面天线的三角形面板分块为例,它通过扩展偏置反射面或圆对称反射面,使扩展后的反射面边缘形状在其投影面上为六边形;将投影面上的六边形分割成均匀的三角形;再将这些三角形投影到反射面上;最后确定面板之间的缝隙,将反射面曲面进行分块即可得到由三角形面板组成的反射面天线,分块原理如图1~8所示。
具体包括如下过程:
(1)任意取反射面口径上的不在同一直线上的三个点,记为P1,P2,P3。
本例中的天线为偏置15米反射面天线,其长轴长度为18m,短轴长度为15m,如图1所示。
(2)根据步骤(1)所得到的三点,形成平面P,偏置反射面与平面P相交形成曲线,记为C,如图1所示。
(3)根据步骤(2)所得到的曲线C,在平面P上做出外切六边形H;六个角点分别记为H1、H2、H3、H4、H5、H6,如图1所示。
(4)将偏置反射面口径沿其切向方向进行扩展得到曲面S,如图2所示。
(5)连接步骤(3)得到的六个点,形成六条线段记为,L1、L2、L3、L4、L5、L6,如图2所示。
(6)将步骤(5)得到的六条线段沿平面P的法向投影,与曲面S相交得到六条曲线,分别记为L1’、L2’、L3’、L4’、L5’、L6’,如图3所示,这六条曲线的端点即为图2中的点H1’、H2’、H3’、H4’、H5’、H6’。
(7)以步骤(6)得到的六条曲线为边界,修剪曲面S,得到曲面S’,如图3所示。
(8)根据步骤(3)得到的六边形H,在其内部做出线段t1、t2、t3…t17,如图4所示。
每个三角形单元的面积为3.6m2,三角形单元面积最大值与最小值比值为1。
(9)根据步骤(8)得到的线段,将其沿平面P的法向投影,与曲面S’相交,形成曲线t1’、t2’、t3’……t17’,如图5所示。
(10)根据步骤(9)得到的曲线,将曲面S’分割成三角形曲面T1、T2、T3……T66,如图6所示。
(11)在每个三角形曲面Ti(1≤i≤66)内,分别沿曲面Ti的切向方向偏移曲面Ti的三个边线,三条边线分别记为Ti 1、Ti 2、Ti 3,移动后的边线为Ti 1’、Ti 2’、Ti 3’,如图7所示。
本例中切向偏移距离记为Δ,取值为1.5mm。
(12)根据步骤(11)得到的Ti 1’、Ti 2’、Ti 3’,修剪曲面Ti,分别得到三角形曲面T1’、T2’、T3’……T66’,如图8所示。
至此,完成对天线面板的分块。
使用上述方法制作的反射面天线,整个天线面板的外形呈曲面S’的形状,面板中的每个三角形分块均采用三点支撑方式。这种天线具有面板面积均匀、天线安装精度高、天线表面精度高、面板分块易于方便等优点,是对现有技术的一种重要改进。
以上所述,仅是本发明的最佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构改变,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种反射面天线面板分块方法,其特征在于,用于对偏置反射面或圆对称反射面进行三角形分块,包括如下步骤:
(1)任取天线反射面边缘上的不在同一直线上的三个点,并确定过这三个点的平面,天线反射面与该平面的交线为一封闭曲线;
(2)在所述平面上做出一个所述封闭曲线的外切六边形;
(3)将所述反射面在边缘处沿切向延伸,得到反射面的扩展曲面;
(4)将所述外切六边形沿所述平面的法线方向向所述扩展曲面进行投影,得到由六条首尾相连的曲线段在扩展曲面上所截得的一个包含天线反射面在内的截取曲面;
(5)对所述外切六边形进行划分,划分后的外切六边形仅由多个三角形子区域拼接而成;
(6)将每个三角形子区域沿所述平面的法线方向向所述截取曲面进行投影,得到对所述截取曲面的划分;
(7)对于所述截取曲面的每一个划分子区域,将该子区域的边界内移,使得相邻两个子区域之间形成缝隙,从而完成对截取曲面的二次划分;
(8)根据二次划分的划分方式对天线面板进行分块。
2.根据权利要求1所述的反射面天线面板分块方法,其特征在于,所述步骤(5)中三角形子区域的面积为0.5 ~ 6 m2
3.根据权利要求1所述的反射面天线面板分块方法,其特征在于,所述步骤(5)中最大三角形子区域和最小三角形子区域的面积比不超过1.5。
4.根据权利要求1所述的反射面天线面板分块方法,其特征在于,所述步骤(7)中边界内移的距离为0.2 ~ 5 mm。
5.一种反射面天线,包括面板,其特征在于,所述面板为采用如权利要求1~4中任一项所述的反射面天线面板分块方法而得到的三角形分块面板,所述面板的每一个三角形分块均采用三点支撑方式。
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