CN111697311B - 星载可动反射面天线的展开方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种星载可动反射面天线展开方法，包括：起爆连接主反射器组件和星体的火工品压紧点，驱动电机驱动主反U形框相对于伸展臂U形框产生相对旋转运动。主反射面组件缓慢展开，直至定位销插入馈源杆U形框的限位槽内。至此，主反射器与馈源位置完成锁定。起爆连接天馈俯仰机构和星体连接的火工品压紧点，起爆连接馈源杆和星体连火工品压紧点，起爆连接360°驱滑组件和星体的火工品压紧点；根部展开机构驱动天线主体远离星体侧壁；天馈俯仰机构驱动主反射器组件及馈源进行俯仰运动，360°驱滑组件驱动主反射器组件和馈源组件360°无限旋转。本发明不仅实现了馈源的折叠、展开和高精度锁定，又实现了天线在方位轴上的360°无限旋转。

Description

星载可动反射面天线的展开方法

技术领域

本发明涉及空间结构，具体地，涉及一种星载可动反射面天线的展开方法。

背景技术

星载天线作为卫星的接收和发射信号过程中的重要一环，具有不可替代的作用。传统星载天线一般安装在卫星的天线安装台、或卫星的某一侧表面上，能够对一定区域进行跟踪、指向、照射。传统星载反射面天线所使用的二维指向机构较为成熟，其结构构型一般是由U形框和驱动电机构成的两个正交旋转副。但这种成熟的二维指向机构仅能实现小角度范围的指向，一般指向范围为±30°，外加卫星星体本身的遮挡和干涉，使得天线指向的转动范围极其有限，难以满足天线大范围指向、照射的需求。同时由于星体侧壁与运载火箭之间的距离过小，仅能提供一个弧形的低矮包络空间。传统天线收拢态包络过高，难以安装在星体侧壁与运载火箭之间的狭小空间。

为了降低卫星星体对天线视场干涉的影响，部分天线设计有一套可展开机构。可展开机构展开后，能够使天线指向特定方向并使天线远离星体，使得星体对天线视场的影响最小。

在公开号为102683796A，名称为一种星载折叠式可动天线及其锁紧方法的专利中公开了一种星载折叠式可动天线构型，该天线锁紧点明显少于传统可展开天线，具有天线结构紧凑，可靠性高的优点。

在公开号为102013548A，名称为星载可动天线的展开机构构型方法的专利中公开了一种能同时展开两个天线的展开机构，即在一个T形展开臂的两端安装两个天线，达到同时展开两个天线的效果。

以上两个专利所提及的天线均无法实现天线在方位轴上的360°扫描，也无法实现馈源的折叠、展开和高精度锁定，不利于安装在星体侧壁与运载火箭之间的狭小空间。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种星载可动反射面天线的展开方法，能够在展开时控制星载可动反射面天线沿方位轴360°无限制旋转扫描。

根据本发明提供的星载可动反射面天线的展开方法，包括如下步骤：

起爆连接所述主反射器组件和星体的火工品压紧点，天馈俯仰机构带动主反射面组件旋转一预设置的角度；

所述天馈俯仰机构的定位销插入限位槽内，进行馈源杆相对于主反射器组件的相对位置的锁定；

起爆连接天馈俯仰机构和星体连接的火工品压紧点，起爆连接馈源杆和星体连火工品压紧点，起爆连接360°驱滑组件和星体的火工品压紧点；

根部展开机构展开至另一预设置的角度，使主反射器组件与馈源组件远离星体侧壁；

天馈俯仰机构驱动主反射器组件进行俯仰运动，360°驱滑组件驱动所述主反射器组件和馈源组件360°无限旋转。

优选地，所述主反射器组件设置在所述天馈俯仰机构上；所述天馈俯仰机构用于驱动主反射器组件进行俯仰运动；所述馈源组件通过所述馈源杆连接所述天馈俯仰机构；

所述天馈俯仰机构包括旋转关节；所述旋转关节设置在所述伸展臂的一端，所述伸展臂的另一端设置有所述360°驱滑组件；所述360°驱滑组件用于通过伸展臂驱动所述主反射器组件旋转；

所述360°驱滑组件设置在所述根部展开机构上且能够在所述根部展开机构的驱动下进行俯仰运动。

优选地，所述根部展开机构设置在所述星体转接件上，所述星体转接件，用于将所述根部展开机构固定在星体上。

优选地，通过波导组件一端电连接所述馈源组件，另一端依次穿过所述伸展臂、所述360°驱滑组件的中心通孔，在根部展开机构的位置与星体的内部功率放大器电连接。

优选地，所述主反射器组件包括反射面本体、压紧点连接件、法兰以及埋件；

所述反射面本体设置在所述天馈俯仰机构上；所述压紧点连接件、所述法兰以及所述埋件设置在所述反射面本体上。

优选地，所述伸展臂包括第一对接法兰、第二对接法兰以及筒体；

所述第一对接法兰、所述第二对接法兰分别设置在所述筒体的两端；所述筒体的一端通过所述第一对接法兰连接所述旋转关节，另一端通过所述第二对接法兰连接所述360°驱滑组件。

优选地，所述360°驱滑组件包括顺次设置的中空电机、旋转变压器、谐波减速器、滑环组件以及对接法兰；

所述中空电机，设置在所述根部展开机构上，用于将电能转换为高转速的旋转运动；

所述旋转变压器，用于测量所述中空电机输出的旋转速度和旋转角度；

所述谐波减速器，用于对所述中空电机的转速进行减速，即将所述中空电机的高转速运动转换为适合天线的低转速运动；

所述滑环组件，用于从星体向馈源组件传输电气信号；

所述对接法兰用于连接360°驱滑组件与所述伸展臂的另一端。

优选地，所述天馈俯仰机构包括驱动电机、主反U形框、馈源杆U形框、伸展臂U形框、锁紧组件以及微动开关；

所述馈源杆U形框设置在所述主反U形框上，能够通过所述旋转关节相对所述主反U形框旋转；

所述锁紧组件设置在所述馈源杆U形框内，用于进行所述馈源杆U形框与所述主反U形框相对位置的固定；

所述微动开关，用于当所述锁紧组件固定住所述馈源杆U形框与所述主反U形框相对位置时发生形变以发出锁定状态信号；

所述驱动电机，用于驱动所述反U形框相对于伸展臂U形框旋转；

所述主反射器组件设置在所述主反U形框上。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明中360°驱滑组件通过伸展臂驱动所述主反射器组件旋转，解决了传统天线扫描范围小的问题，扩大了天线的扫描范围；本发明针对卫星星体侧壁与运载火箭内壁之间的空间间距狭窄的问题，采用可折叠的馈源杆，大大缩小了天线在收拢状态的外包络尺寸，有利于本发明安装于星体侧壁。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例中星载可动反射面天线的展开方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例中星载可动反射面天线的系统示意图；

图3为本发明实施例中星载可动天线的星上收拢状态示意图；

图4为本发明实施例中星载可动天线的反射面组件结构图；

图5为本发明实施例中星载可动天线的天馈驱动组件结构图；

图6为本发明实施例中星载可动天线的360驱滑组件结构图。

其中：

1-主反射器组件 2-天馈俯仰机构 3-伸展臂

4-360°驱滑组件 5-根部展开机构 6-馈源组件

7-馈源杆 8-星体转接件 9-波导组件

10-旋转关节 11-火工品压紧点 12-星体

101-反射器本体 102-压紧点连接件 103-法兰

104-埋件 201-驱动电机 202-主反U形框

203-馈源杆U形框 204-伸展臂U形框 205-锁紧组件

206-微动开关 401-中空电机 402-旋转变压器

403-谐波减速器 403-滑环组件 405-对接法兰

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

图1为本发明实施例中星载可动反射面天线的展开方法的步骤流程图，本发明提供的星载可动反射面天线的展开方法，包括如下步骤：

起爆连接所述主反射器组件1和星体12的火工品压紧点，天馈俯仰机构2带动主反射面组件1旋转一预设置的角度；

所述天馈俯仰机构2的定位销插入限位槽内，进行馈源杆7相对于主反射器组件1的相对位置的锁定；

起爆连接天馈俯仰机构2和星体12连接的火工品压紧点，起爆连接馈源杆7和星体12连火工品压紧点，起爆连接360°驱滑组件4和星体12的火工品压紧点；

根部展开机构5展开至另一预设置的角度，使主反射器组件1与馈源组件6远离星体12侧壁天馈俯仰机构2驱动主反射器组件1进行俯仰运动，360°驱滑组件4驱动所述主反射器组件1和馈源组件6进行360°无限旋转。

在本发明实施例中，所述一预设置的角度可以设置为任意角度，如20°、30°；所述另一预设置的角度可以设置为任意角度，如60°、70°。

图2为本发明实施例中星载可动反射面天线的系统示意图，如图2所示，所述星载可动反射面天线，包括主反射器组件1、天馈俯仰机构2、伸展臂3、360°驱滑组件4、根部展开机构5、馈源组件6、馈源杆7、星体转接件8、波导组件9及旋转关节10；

所述主反射器组件1设置在所述天馈俯仰机构2上；所述天馈俯仰机构2用于驱动主反射器组件1进行俯仰运动；所述馈源组件6通过所述馈源杆7连接所述天馈俯仰机构2；对所述馈源组件6进行修配并进行电性能测试。

所述天馈俯仰机构2包括旋转关节10；所述旋转关节10设置在所述伸展臂3的一端，所述伸展臂3的另一端设置有所述360°驱滑组件4；所述360°驱滑组件4用于通过伸展臂3所述驱动所述主反射器组件1旋转；

所述360°驱滑组件4设置在所述根部展开机构5上且能够在所述根部展开机构5的驱动下进行俯仰运动。

所述根部展开机构5设置在所述星体转接件8上，所述星体转接件8，用于将所述根部展开机构5固定在星体上。

所述波导组件9一端电连接所述馈源组件6，另一端依次穿过所述伸展臂3、所述360°驱滑组件4的中心通孔，在根部展开机构5的位置与星体12的内部功率放大器电连接。

图4为本发明实施例中星载可动天线的反射面组件结构图，如图4所示，所述主反射器组件1包括反射面本体101、压紧点连接件102、法兰103以及埋件104；

所述反射面本体101设置在所述天馈俯仰机构2上；所述压紧点连接件102、所述法兰103以及所述埋件104设置在所述反射面本体101上。

在本发明实施例在，反射器本体101为蜂窝夹层结构，工作曲面为偏置抛物面。主反射器组件1通过底部法兰103和左右两侧的压紧点连接件102与星体12主结构进行连接，工作时反射面左右两侧火工品压紧点11点火爆炸，主反射面组件1与星体12分离展开。反射器本体101采用碳纤维蒙皮和铝蜂窝芯夹层结构，两侧蒙皮厚度偏薄，蜂窝采用密度较小的规格。反射器底部的法兰103和左右两侧的压紧点连接件102采用碳纤维复合材料，材料优选M55J石墨碳纤维材料制成。压紧点连接件102与法兰103布置在反射器本体101背面，其外形与反射器本体101的外蒙皮背面紧密贴合，采用胶接+螺接的混合连接方式与反射器本体101进行固定。反射器蜂窝夹层内部埋置M5标准规格的钛合金螺纹埋件。由于反射面主体101中需预埋压紧点埋件，为了保证埋件的粘接强度，对反射面非工作面蒙皮的该埋件所在位置附近区域进行局部加强。具体局部加强方案为：采用碳布递变铺层，共铺5层，加强总厚度为1mm。以最内层为第1层，第5层碳布为最外层。所述法兰103为多墙盒体结构，法兰103的底面与反射面本体101背面曲面相贴合,螺钉穿过法兰背部的连接孔与反射面本体101胶接和螺接装配而成。成型工艺与铺层方式与压紧点连接件一致。

在本发明实施例中，所述压紧点连接件102为多筋承力结构，包括碳纤维角片、金属垫板和螺母，所述金属垫板的凸台穿过碳纤维角片背部的连接孔与碳纤维角片胶接且螺接装配而成。其中，所述碳纤维角片采用M55J碳纤维复合材料，所述金属垫板采用钛合金材料。所述碳纤维角片的底部为曲面，并与反射面本体101的背面曲面相贴合。所述碳纤维角片的底部的厚为2.5mm，背部由于安装金属垫板的需要，壁厚为3mm。碳纤维角片的制造采用典型模压成型工艺一次性制造成型。该碳纤维角片铺层方式采用正交铺层方式，外表面采用编织碳布，防止打孔处纤维损伤，如图4所示。

在本发明实施例中，所述法兰103为多墙盒体结构，所述法兰103的底面与反射器本体的背面曲面相贴合,螺钉穿过所述法兰103的背部的连接孔与反射器本体胶接且螺接装配而成，其中成型工艺与铺层方式与压紧点连接件102一致。埋件埋于反射面本体内，为法兰的安装提供了必要的螺纹孔。

在本发明实施例中，所述伸展臂3包括第一对接法兰、第二对接法兰以及筒体；

所述第一对接法兰、所述第二对接法兰分别设置在所述筒体的两端；所述筒体的一端通过所述第一对接法兰连接所述旋转关节10，另一端通过所述第二对接法兰连接所述360°驱滑组件4。所述伸展臂3用于使天线在展开后能够远离星体，减少了星体对天线波束的影响

在本发明实施例中，所述360°驱滑组件4包括中空电机401、旋转变压器402、谐波减速器403、滑环组件404以及对接法兰405。所述360°驱滑组件4用于实现天线在方位轴上的无限制旋转，即天线在方位轴上可以一直持续朝一个方向旋转而不用调头，且不会造成低频电缆的扭曲。

所述360°驱滑组件4包括顺次设置的中空电机401、旋转变压器402、谐波减速器403、滑环组件404以及对接法兰405；

所述中空电机401为一种异形旋转电动机，中心为直径约40mm的通孔，可以实现波导及电缆的通过，设置在所述根部展开机构5，用于将电能转换为高转速的旋转运动；

所述旋转变压器402为测量转轴角位移及角速度的部件，用于测量所述中空电机401输出的旋转速度和旋转角度；

所述谐波减速器403为减速传动机构，用于对所述中空电机的转速进行减速，即将所述中空电机的高转速运动转换为适合天线的低转速运动。

所述滑环组件404是一种在无限制旋转时，可以实现电信号传输的电气部件。用于从星体向馈源组件传输电气信号。

所述对接法兰405用于连接360°驱滑组件与所述伸展臂3的另一端。

所述旋转变压器402的一端与中空电机401螺接固定，谐波减速器403通过螺接固定在旋转变压器402另一端。谐波减速器403与滑环组件404的一端螺接固定。对接法兰405连接至滑环组件404的另一端。

所述天馈俯仰机构2包括：驱动电机201、主反U形框202、馈源杆U形框203、伸展臂U形框204、锁紧组件205以及微动开关206；

所述馈源杆U形框203设置在所述主反U形框202上，能够通过所述旋转关节10相对所述主反U形框202旋转；

所述锁紧组件205设置在所述馈源杆U形框203内，用于进行所述馈源杆U形框203与所述主反U形框202相对位置的固定；

所述微动开关206，用于当所述锁紧组件205固定住所述馈源杆U形框203与所述主反U形框202相对位置时发生形变以发出锁定状态信号；

所述驱动电机201，用于驱动所述反U形框202相对于伸展臂U形框204旋转；

所述主反射器组件1设置在所述主反U形框202上。

在本发明实施例中，所述天馈俯仰机构由三个U形框构成，能够将馈源相对于主反射器无源展开，并通过定位销精确定位馈源与主反射器的位置精度。同时馈源俯仰机构能够驱动主反射器与馈源一同相对于伸展臂完成俯仰运动。

所述的波导组件包括若干波导管，如图2所示。波导组件一端连接馈网组件，依次经过馈源杆，天馈俯仰机构、伸展臂、360°驱滑组件、根部展开机构，最终与星体内部功率放大器相连。波导通过天馈俯仰机构、360°驱滑组件、根部展开机构时，依靠旋转关节完成旋转。

在本发明实施例中，本发明提供的星载可动反射面天线的压紧方法，用于所述的星载可动反射面天线压紧，包括：

通过多个火工品压紧点11将天馈俯仰机构2、主反射器组件1、360°驱滑组件4以及馈源杆7固定在星体12上。

在本发明实施例中星载可动反射面天线的展开方法，包括如下步骤：

起爆与主反射器组件1连接的火工品压紧点，天馈俯仰机构2带动主反射面组件1旋转一预设置的角度；

天馈俯仰机构2的定位销插入限位槽内，进行馈源杆7相对于主反射器组件1的相对位置的锁定；

起爆与天馈俯仰机构2连接的火工品压紧点11与馈源杆7连接的火工品压紧点11、与360°驱滑组件4连接的火工品压紧点11；

根部展开机构5驱动主反射器组件1旋转至一与设置的角度，使主反射器组件1远离星体12侧壁；

天馈俯仰机构2驱动主反射器组件1进行俯仰运动，360°驱滑组件4驱动天线饶轴向旋转。

在本发明实施例中星载可动反射面天线的制作方法，包括如下步骤：

将馈源组件6与主反射器组件1安装至天馈俯仰机构2上，修配并进行电性能测试；

将伸展臂3安装至天馈俯仰机构2；

将旋转关节10安装至天馈俯仰机构2上，测量并调整旋转关节10端面与天馈俯仰机构2安装面的垂直度；

安装馈源组件6旋转关节10之间的波导组件9，安装俯仰轴与方位轴旋转关节10之间的波导组件9；

将360°驱滑组件4的的第一旋转轴安装至伸展臂3的法兰上；

将360°驱滑组件4安装至伸展臂3，再将360°驱滑组件4另一端与根部展开机构5装配至一起；

将波导组件9安装至根部展开机构5并将所述根部展开机构5通过第二旋转轴安装到所述星体转接件8。然后对天线进行热控实施及电缆装配。

在本发明实施例中，本发明采用滑环技术实现了天线在方位轴上无限制旋转，同时不会造成低频电缆的扭曲断裂；本发明采用中空电机技术，波导馈线能够直接从电机中间穿过，防止波导馈线与天线机构干涉实现了天线在方位向的360°无限制旋转；本发明提出了一种可折叠式的馈源杆结构构型，能够实现馈源杆的无源展开及高精度锁定，使得天线在收拢状态的外包络尺寸大大减小；本发明采用一体化设计理念，将馈源折展机构融入到天线俯仰机构，使馈源折展机构与天线俯仰机构共用一根旋转轴，简化了零部件，大大优化了设计；本发明中反射面采用碳纤维加铝蜂窝材料、伸展臂采用碳纤维材料，质量更轻，强度刚度更优，利于实现天线的轻量化；本发明整体结构紧凑、简洁，收拢外形尺寸小，利于星上装配。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种星载可动反射面天线的展开方法，其特征在于，包括如下步骤：

起爆连接主反射器组件(1)和星体(12)的火工品压紧点，天馈俯仰机构(2)带动主反射面组件(1)旋转一预设置的角度；

所述天馈俯仰机构(2)的定位销插入限位槽内，进行馈源杆(7)相对于主反射器组件(1)的相对位置的锁定；

起爆连接天馈俯仰机构(2)和星体(12)连接的火工品压紧点，起爆连接馈源杆(7)和星体(12)连火工品压紧点，起爆连接360°驱滑组件(4)和星体(12)的火工品压紧点；

根部展开机构(5)展开至另一预设置的角度，使主反射器组件(1)与馈源组件(6)远离星体(12)侧壁；

天馈俯仰机构(2)驱动主反射器组件(1)进行俯仰运动，360°驱滑组件(4)驱动所述主反射器组件(1)和馈源组件(6)360°无限旋转；

所述主反射器组件(1)设置在所述天馈俯仰机构(2)上；所述天馈俯仰机构(2)用于驱动主反射器组件(1)进行俯仰运动；所述馈源组件(6)通过所述馈源杆(7)连接所述天馈俯仰机构(2)；

所述天馈俯仰机构(2)包括旋转关节(10)；所述旋转关节(10)设置在伸展臂(3)的一端，所述伸展臂(3)的另一端设置有所述360°驱滑组件(4)；所述360°驱滑组件(4)用于通过伸展臂(3)驱动所述主反射器组件(1)旋转；

所述360°驱滑组件(4)设置在所述根部展开机构(5)上且能够在所述根部展开机构(5)的驱动下进行俯仰运动；

所述360°驱滑组件(4)包括顺次设置的中空电机(401)、旋转变压器(402)、谐波减速器(403)、滑环组件(404)以及对接法兰(405)；

所述中空电机(401)，设置在所述根部展开机构(5)上，用于将电能转换为高转速的旋转运动；

所述旋转变压器(402)，用于测量所述中空电机(401)输出的旋转速度和旋转角度；

所述谐波减速器(403)，用于对所述中空电机的转速进行减速，即将所述中空电机的高转速运动转换为适合天线的低转速运动；

所述滑环组件(404)，用于从星体向馈源组件(6)传输电气信号；

所述对接法兰(405)用于连接360°驱滑组件与所述伸展臂(3)的另一端， 所述天馈俯仰机构(2)包括：驱动电机(201)、主反U形框(202)、馈源杆U形框(203)、伸展臂U形框(204)、锁紧组件(205)以及微动开关(206)；

所述馈源杆U形框(203)设置在所述主反U形框(202)上，能够相对所述主反U形框(202)旋转；

所述锁紧组件(205)设置在所述馈源杆U形框(203)内，用于进行所述馈源杆U形框(203)与所述主反U形框(202)相对位置的固定；

所述驱动电机(201)，用于驱动所述主反U形框(202)相对于伸展臂U形框(204)旋转；

所述主反射器组件(1)设置在所述主反U形框(202)上；所述伸展臂U形框(204)用于伸展臂(3)的安装；所述馈源杆U形框(203)用于馈源杆(7)的安装。

2.根据权利要求1所述的星载可动反射面天线的展开方法，其特征在于，

所述根部展开机构(5)设置在星体转接件(8)上，所述星体转接件(8)，用于将所述根部展开机构(5)固定在星体上。

3.根据权利要求2所述的星载可动反射面天线的展开方法，其特征在于，

通过波导组件(9)一端电连接所述馈源组件(6)，另一端依次穿过所述伸展臂(3)、所述360°驱滑组件(4)的中心通孔，在根部展开机构(5)的位置与星体(12)的内部功率放大器电连接。

4.根据权利要求1所述的星载可动反射面天线的展开方法，其特征在于，所述主反射器组件(1)包括反射面本体(101)、压紧点连接件(102)、法兰(103)以及埋件(104)；

所述反射面本体(101)设置在所述天馈俯仰机构(2)上；所述压紧点连接件(102)、所述法兰(103)以及所述埋件(104)设置在所述反射面本体(101)上。

5.根据权利要求1所述的星载可动反射面天线的展开方法，其特征在于，所述伸展臂(3)包括第一对接法兰、第二对接法兰以及筒体；

所述第一对接法兰、所述第二对接法兰分别设置在所述筒体的两端；所述筒体的一端通过所述第一对接法兰连接所述旋转关节(10)，另一端通过所述第二对接法兰连接所述360°驱滑组件(4)。

Images