CN112635965A - 一种应用于leo低轨卫星通信的双圆极化卡塞格伦天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于LEO低轨卫星通信的双圆极化卡塞格伦天线，包括主反射器，主反射器为抛物面状，其内表面为主反射面；主反射器的中心部开设有通孔，主反射器的外表面上、且位于通孔外部可拆卸设置有连接托盘，连接托盘上由外向内依次可拆卸安装有托架、弯波导和波纹喇叭，波纹喇叭的开口朝向副反射器的反射面；连接托盘、主反射器、弯波导、波纹喇叭和副反射器同轴设置；本发明通过在主反射器上开设通孔，并将托架、弯波导波纹喇叭和连接托盘穿设固定在主反射器上，可以简化卡塞格伦天线的安装结构，方便安装，并且通过各部件的连接件相互配合，可以使得天线更加牢固，进而使用地轨卫星的应用环境。

Description

一种应用于LEO低轨卫星通信的双圆极化卡塞格伦天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种应用于LEO低轨卫星通信的双圆极化卡塞格伦天线。

背景技术

现代低轨卫星具有设备复杂度低、通信时间延迟小、功能与抗毁性强、安全性高、应急能力与灵活性强、实用性与可靠性高、系统建设周期短、投资和发射与运营成本相对较小等特点，在科学探测、数据通信和消息传输等领域有着广泛应用。对于高增益、低仰角等特点的低轨卫星通信终端天线的需求日益增大。

低轨卫星上配备的常见天线为圆极化天线，该类天线可以抑制雨雾干扰，可以适应地轨卫星的要求。但是，常规的圆极化天线由于尺寸、结构、重量等限制，难以适应低轨卫星的应用条件，进而给数据通信造成了困难

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于LEO低轨卫星通信的双圆极化卡塞格伦天线，通过整体设计各天线部件，进而使得天线各部件结构匹配，安装强度高。

本发明采用以下技术方案：一种应用于LEO低轨卫星通信的双圆极化卡塞格伦天线，包括主反射器，主反射器为抛物面状，其内表面为主反射面，主反射面上通过副反射器支架安装有副反射器，副反射器的反射面与主反射面相对设置；

主反射器的中心部开设有通孔，主反射器的外表面上、且位于通孔外部可拆卸设置有连接托盘，连接托盘的前端与主反射器连接，后端用于与外部的低轨卫星转台连接；

连接托盘上由外向内依次可拆卸安装有托架、弯波导和波纹喇叭，波纹喇叭的开口朝向副反射器的反射面；

连接托盘、主反射器、弯波导、波纹喇叭和副反射器同轴设置；

其中，弯波导用于与外部接收机/发射机连接，以将发射机的信号依次通过波纹喇叭、副反射器和主反射器发出，或，将通过主反射器、副反射器和波纹喇叭接收的信号转发至接收机。

进一步地，副反射器包括连接板，连接板为环板，环板向环内空间延伸设置有若干个安装耳板；其中，耳板用于与副反射器支架连接；

环板的后端固定连接有反射面，反射面为双曲面，且凸出方向朝向主反射面。

进一步地，副反射器支架为杆状，两端具有连接部，其一端通过连接部与安装耳板连接，另一端与主反射器的边缘连接；

副反射器支架的数量至少为三个。

进一步地，连接托盘包括与主反射器的外表面贴合连接的圆环板，圆环板的内周面固定连接有圆环管；

圆环管的前端与圆环板的内周面固定连接，后端设置有底板，底板用于分别与弯波导和外部的低轨卫星转台连接。

进一步地，底板包括圆环，圆环的外周通过若干个连接臂与圆环管的后端固定连接；

圆环向内延伸设置有托板，托板与圆环管内壁形成固定槽，固定槽用于固定安装托架。

进一步地，托架包括托架顶板和托架底板；

托架顶板与托架底板之间通过立柱连接；

托架底板为圆板，圆板用于放置于固定槽中并与托板连接；

托架底板和托架顶板中部均设有通孔；

托板中部开设有与托架底板上的通孔位置对应的通孔。

进一步地，弯波导包括连接底板，连接底板用于与托架顶板连接；

连接底板上安装有空间对称设置的第一弯波导和第二弯波导，且连接底板上设有与第一弯波导和第二弯波导的端头对应的通孔；

第一弯波导和第二弯波导的另一端均连接在同一连接顶板上。

进一步地，波纹喇叭包括一体成型的馈源和喇叭口；

馈源为圆管状，且其远离喇叭口的内端部设置有圆极化器，圆极化器为阶梯金属膜片，且用于分别将通过第一弯波导和第二弯波导的信号转化为不同形式的圆极化信号；

馈源的后端设置有连接法兰，连接法兰用于与连接顶板连接。

本发明的有益效果是：本发明通过在主反射器上开设通孔，并将托架、弯波导波纹喇叭和连接托盘穿设固定在主反射器上，可以简化卡塞格伦天线的安装结构，方便安装，并且通过各部件的连接件相互配合，可以使得天线更加牢固，进而适用于低轨卫星的应用环境。

附图说明

图1为本发明实施例一种应用于LEO低轨卫星通信的双圆极化卡塞格伦天线的结构示意图；

图2为图1另一视角的结构示意图；

图3为本发明实施例中连接托盘的结构示意图；

图4为本发明实施例中副反射器的结构示意图；

图5为本发明实施例中波纹喇叭的机构示意图；

图6为本发明实施例中波纹喇叭的另一视角机构示意图；

图7为本发明实施例中弯波导的结构示意图；

图8为本发明实施例中托架的结构示意图。

其中：10.主反射器；11.蜂窝夹层；

20.连接托盘；21.圆环板；22.底板；23.圆环管；

211.主反射器固定孔；221.圆环；222.预留孔；223.托板；224.连接臂；

30.托架；31.托架顶板；32.托架底板；33.立柱；

40.弯波导；41.第一弯波导；42.第二弯波导；43.连接底板；44.连接顶板

50.波纹喇叭；51.圆极化器；52.喇叭口；53.连接法兰；54.馈源；

60.副反射器支架；

70.副反射器；71.连接板；72.反射面；73.安装孔；74.安装耳板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明公开了一种应用于LEO低轨卫星通信的双圆极化卡塞格伦天线，如图1、图2所示，包括主反射器10，主反射器10为球面状，其内表面为主反射面，主反射面上通过副反射器支架60安装有副反射器70，副反射器70的反射面与主反射面相对设置；主反射器10的中心部开设有通孔，主反射器10的外表面上、且位于通孔外部可拆卸设置有连接托盘20，连接托盘20的前端与主反射器10连接，后端用于与外部的低轨卫星转台连接；连接托盘20上由外向内依次可拆卸安装有托架30、弯波导40和波纹喇叭50，波纹喇叭50的开口朝向副反射器70的反射面；连接托盘20、主反射器10、弯波导40、波纹喇叭50和副反射器70同轴设置；其中，弯波导40用于与外部接收机/发射机连接，以将发射机的信号依次通过波纹喇叭50、副反射器70和主反射器10发出，或，将通过主反射器10、副反射器70和波纹喇叭50接收的信号转发至接收机。

本发明通过在主反射器上开设通孔，并将托架、弯波导波纹喇叭和连接托盘穿设固定在主反射器上，可以简化卡塞格伦天线的安装结构，方便安装，并且通过各部件的连接件相互配合，可以使得天线更加牢固，进而使用地轨卫星的应用环境。

在本发明实施例中，主反射器10采用碳纤维材质制成，其余各部件均采用铝材质，可以降低天线的整体重量，且不会干扰信号的传输。具体的主反射器10包括其内表面的主反射面和外表面，并且在内表面和外表面之间设置有蜂窝夹层11，蜂窝夹层11可以选用铝蜂窝作为夹层材料。通过碳纤维材料的选择和使用，可以进一步提高反射器的结构性能，减小在低轨环境对天线性能的影响。

在本发明实施例中，如图4所示，副反射器70包括连接板71，连接板71为环板，环板向环内空间延伸设置有若干个安装耳板74；其中，耳板74用于与副反射器支架60连接；环板的后端固定连接有反射面72，反射面72为球面，且凸出方向朝向主反射面。具体的，本实施例中安装耳板74的数量为四个，使其固定更为牢固，而且，副反射器支架60和安装耳板74之间通过螺栓连接，螺栓从副反射器支架60的一端穿过，另一端从安装耳板74的另一端穿出，增加了连接长度，提高了结构强度，极大的提升了天线在低轨环境适应性。

另外，反射面72的凸出弧面朝向主反射器10，凹陷弧面上设置有若干个安装孔73，通过该安装孔可以实现外部立方镜的安装固定，进而提高系统的光电轴重合度。

作为一种具体实现方式，副反射器支架60为杆状，两端具有固定耳板，其一端通过连接部与安装耳板74连接，另一端与主反射器的边缘连接；副反射器支架60的数量至少为三个。副反射器支架60的数量应与安装耳板74的数量对应，并且，间隔均匀的固定在主反射器10的边缘，避免形成信号干扰。

在本发明实施例中，如图3所示，连接托盘20包括与主反射器10的外表面贴合连接的圆环板21，圆环板21的内周面固定连接有圆环管23。为了保证圆环板21与主反射器10的外表面紧密贴合，圆环板21具有一定的弧度，具体弧度与主反射器10的弧度相适应。在圆环板21上，周向间隔开设有若干个主反射器固定孔211，并且在主反射器10的对应位置上也开设有固定孔，进而可以通过螺栓穿过两个固定孔，将圆环板21和主反射器10紧紧连接固定，增加连接强度，适应低轨卫星的环境，防止受到撞击或其他力的影响。

另外，圆环管23的前端与圆环板21的内周面固定连接，后端设置有底板22，底板22用于分别与弯波导40和外部的低轨卫星转台连接。底板22包括圆环221，圆环221的外周通过若干个连接臂224与圆环管23的后端固定连接；圆环221向内延伸设置有托板223，托板223与圆环管23内壁形成固定槽，固定槽用于固定安装托架30。在该实施例中，通过固定槽和安装托架30相互配合，再结合螺栓的固定，进一步增加了二者的连接强度。在底板22中部设有与托架底板32形状相同、大小对应的预留孔222，一方面方便外接波导的穿设，另一方面也可以降低天线的整体重量，进而减少低轨卫星的能耗。

在本发明的一个实施例中，如图8所示，托架30包括托架顶板31和托架底板32；托架顶板31与托架底板32之间通过立柱33连接；这样，托架30就形成了框架结构，在保证连接强度的同时还可以降低天线的整体质量，可以降低低轨卫星的能耗。托架底板32为圆板，圆板用于放置于固定槽中并与托板223连接；托架底板32和托架顶板31中部均设有通孔；托板223中部开设有与托架底板32上的通孔位置对应的通孔。通过多个通孔的设置，可以使得外接波导与弯波导40连接时为外接波导提供连接空间和连接时的操作空间，方便安装。

本发明实施例中，如图7所示，弯波导40包括连接底板43，连接底板43用于与托架顶板31连接；连接底板与托架顶板31形状对应，并且均开设通孔，连接类型为法兰式连接，进一步增加连接强度。连接底板43上安装有空间对称设置的第一弯波导41和第二弯波导42，且连接底板43上设有与第一弯波导41和第二弯波导42的端头对应的通孔；第一弯波导41和第二弯波导42的另一端均连接在同一连接顶板44上。进一步地，当外接波导与第一弯波导41和第二弯波导42连接时，可以将外接波导的连接部与连接底板43通过螺栓连接，防止外接波导与第一弯波导41或第二弯波导42之间脱落。

如图5、图6所示，波纹喇叭50包括一体成型的馈源54和喇叭口52。馈源54为圆管状，且其远离喇叭口52的内端部设置有圆极化器51，圆极化器51为阶梯金属膜片，且用于分别将通过第一弯波导41和第二弯波导42的信号转化为不同形式的圆极化信号，以适应低轨卫星的通信需求。馈源54的后端设置有连接法兰53，连接法兰53用于与连接顶板44连接。

在本发明实施例中，各部件之间的连接均采用法兰式的连接方式，可以有效地增加各部件之间的连接强度。通过主反射器、副反射器、波纹喇叭、圆极化器、支架等组成的卡塞格伦天线，具有接收和发射圆极化电磁波信号的功能，主反射器各部分均选用高热稳定的碳纤维复合材料，副反射器材料均选用铝材精加工而成，由于铝材和碳纤维都具有良好的物理性质，天线整体质量小于等于650g，所以在星载环境下，能够满足天线系统性能的整体稳定性。

Claims (8)

1.一种应用于LEO低轨卫星通信的双圆极化卡塞格伦天线，其特征在于，包括主反射器(10)，所述主反射器(10)为抛物面状，其内表面为主反射面，所述主反射面上通过副反射器支架(60)安装有副反射器(70)，所述副反射器(70)的反射面与所述主反射面相对设置；

所述主反射器(10)的中心部开设有通孔，所述主反射器(10)的外表面上、且位于通孔外部可拆卸设置有连接托盘(20)，所述连接托盘(20)的前端与所述主反射器(10)连接，后端用于与外部的低轨卫星转台连接；

所述连接托盘(20)上由外向内依次可拆卸安装有托架(30)、弯波导(40)和波纹喇叭(50)，所述波纹喇叭(50)的开口朝向所述副反射器(70)的反射面；

所述连接托盘(20)、主反射器(10)、弯波导(40)、波纹喇叭(50)和副反射器(70)同轴设置；

其中，所述弯波导(40)用于与外部接收机/发射机连接，以将发射机的信号依次通过所述波纹喇叭(50)、副反射器(70)和主反射器(10)发出，或，将通过所述主反射器(10)、副反射器(70)和波纹喇叭(50)接收的信号转发至接收机。

2.如权利要求1所述的一种应用于LEO低轨卫星通信的双圆极化卡塞格伦天线，其特征在于，所述副反射器(70)包括连接板(71)，所述连接板(71)为环板，所述环板向环内空间延伸设置有若干个安装耳板(74)；其中，所述耳板(74)用于与所述副反射器支架(60)连接；

所述环板的后端固定连接有反射面(72)，所述反射面(72)为双曲面，且凸出方向朝向所述主反射面。

3.如权利要求2所述的一种应用于LEO低轨卫星通信的双圆极化卡塞格伦天线，其特征在于，所述副反射器支架(60)为杆状，两端具有固定耳板，其一端通过所述连接部与所述安装耳板(74)连接，另一端与所述主反射器的边缘连接；

所述副反射器支架(60)的数量至少为三个。

4.如权利要求2或3所述的一种应用于LEO低轨卫星通信的双圆极化卡塞格伦天线，其特征在于，所述连接托盘(20)包括与所述主反射器(10)的外表面贴合连接的圆环板(21)，所述圆环板(21)的内周面固定连接有圆环管(23)；

所述圆环管(23)的前端与所述圆环板(21)的内周面固定连接，后端设置有底板(22)，所述底板(22)用于分别与所述弯波导(40)和外部的低轨卫星转台连接。

5.如权利要求4所述的一种应用于LEO低轨卫星通信的双圆极化卡塞格伦天线，其特征在于，所述底板(22)包括圆环(221)，所述圆环(221)的外周通过若干个连接臂(224)与所述圆环管(23)的后端固定连接；

所述圆环(221)向内延伸设置有托板(223)，所述托板(223)与所述圆环管(23)内壁形成固定槽，所述固定槽用于固定安装所述托架(30)。

6.如权利要求5所述的一种应用于LEO低轨卫星通信的双圆极化卡塞格伦天线，其特征在于，所述托架(30)包括托架顶板(31)和托架底板(32)；

所述托架顶板(31)与所述托架底板(32)之间通过立柱(33)连接；

所述托架底板(32)为圆板，所述圆板用于放置于所述固定槽中并与所述托板(223)连接；

所述托架底板(32)和所述托架顶板(31)中部均设有通孔；

所述托板(223)中部开设有与所述托架底板(32)上的通孔位置对应的通孔。

7.如权利要求6所述的一种应用于LEO低轨卫星通信的双圆极化卡塞格伦天线，其特征在于，所述弯波导(40)包括连接底板(43)，所述连接底板(43)用于与所述托架顶板(31)连接；

所述连接底板(43)上安装有空间对称设置的第一弯波导(41)和第二弯波导(42)，且所述连接底板(43)上设有与所述第一弯波导(41)和第二弯波导(42)的端头对应的通孔；

所述第一弯波导(41)和第二弯波导(42)的另一端均连接在同一连接顶板(44)上。

8.如权利要求7所述的一种应用于LEO低轨卫星通信的双圆极化卡塞格伦天线，其特征在于，所述波纹喇叭(50)包括一体成型的馈源(54)和喇叭口(52)；

所述馈源(54)为圆管状，且其远离所述喇叭口(52)的内端部设置有圆极化器(51)，所述圆极化器(51)为阶梯金属膜片，且用于分别将通过第一弯波导(41)和第二弯波导(42)的信号转化为不同形式的圆极化信号；

所述馈源(54)的后端设置有连接法兰(53)，所述连接法兰(53)用于与所述连接顶板(44)连接。

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