CN112993536B - 天线载荷舱构型 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种天线载荷舱构型，包括：四路行波管合成放大系统，被配置为分为四路进行信号功率合成放大；主承力结构，被配置为向四路行波管合成放大系统提供第一传力路径；以及辅助承力结构，被配置为向四路行波管合成放大系统提供第二传力路径；其中，主承力结构与辅助承力结构刚性连接。

Description

天线载荷舱构型
技术领域
本发明涉及卫星机构技术领域，特别涉及一种天线载荷舱构型，进一步的涉及一种反射面可展开天线载荷舱构型，或者说涉及一种四路行波管合成放大的反射面可展开天线的卫星载荷舱构型。
背景技术
空间探测是空间科学发展的一个重要手段，也是空间科技发展的一个重要方向，更是空间大国逐鹿中原的一个前沿领域。目前各个国家持续对空间探测手段的发展给予高度重视，在不断发展传统探测方式的基础上，积极尝试新兴的探测技术手段，争先抢占空间探测技术的制高点。
空间可展结构是20世纪60年代后期，随着航天科技的发展而诞生的一种新型宇航结构构造物，采用高比强度、高比刚度、高几何稳定性、超低热胀系数的宇航材料，包含低副可动机构接点、驱动元件和主动或被动控制器等。
它在发射过程中处于折叠收纳(收拢)状态，固定安置在运载工具有效载荷舱内，容积最小。待发射人轨后，由地面指挥中心控制结构按设计要求逐渐展开，成为一个大型复杂的宇航结构物，然后锁定并保持为运营工作状态。当航天器要自动返回或被回收时，则结构可先行折叠收拢，然后自动返回或被载人飞船回收。
当今许多航天器属于此类，如通信、气象、探测等卫星。其中包括俄罗斯1998年12月发射的被称为“人造小月亮”的巨型反射器、1999年7月宇航员在和平号空间站上展开的“反射器”。
目前国内外，可展开反射面天线载荷系统主要由数字综合单元、射频综合单元，电源控制单元、行波管放大器、波导组件、环形器、馈源和反射面天线组成。通常采用了一路行波管合成放大的系统方案。随着航天科技快速发展，对反射面可展开天线载荷系统提出了更高的要求，具体表现在高功率、高可靠、轻质量等几个方面，而传统反射面可展开天线载荷系统已经难以兼顾上述技术要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天线载荷舱构型，以解决现有的可展开反射面天线载荷系统难以兼顾高功率、高可靠、轻质量的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种天线载荷舱构型，包括：
四路行波管合成放大系统，被配置为分为四路进行信号功率合成放大；
主承力结构，被配置为向四路行波管合成放大系统提供第一传力路径；以及
辅助承力结构，被配置为向四路行波管合成放大系统提供第二传力路径；
其中，主承力结构与辅助承力结构刚性连接。
可选的，在所述的天线载荷舱构型中，所述辅助承力结构包括载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板及载荷舱顶板，其中：
所述载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板为长方形，载荷舱顶板为正方形；
载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板及载荷舱顶板构成一面敞开的长方体的容置空间；
主承力结构布置在容置空间中；
四路独立的电源控制单元和行波管放大器分别安装于载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板上；
数字综合单元和射频综合单元均安装于载荷舱顶板上。
可选的，在所述的天线载荷舱构型中，所述主承力结构包括圆柱形的承力筒和四个承力支架，其中：
所述承力筒从载荷舱顶板上延伸出容置空间，以使四路行波管合成放大系统的环形器安装于承力筒上；
所述承力筒的上端面上具有波导法兰，用于与波导组件连接；
所述承力筒的上端面上具有天线法兰，用于与反射面天线连接；
所述承力筒的外侧壁上具有支架法兰，四个承力支架的一端均匀分布并连接在所述支架法兰上。
可选的，在所述的天线载荷舱构型中，所述承力支架包括片状架体、第一连接法兰、第二连接法兰、第三连接法兰和第四连接法兰，其中：
所述片状架体包括第一端部和第二端部；
第一连接法兰位于第一端部侧面，用于与承力筒的外侧壁的支架法兰连接；
第二连接法兰位于第一端部的顶面，用于与载荷舱顶板连接；
两个第三连接法兰分别位于第二端部的侧面，且与片状架体呈45°角；
载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板及载荷舱-Y板均通过两个相邻的承力支架的第三连接法兰固定，且与片状架体呈45°角；
第四连接法兰位于第二端部的底面，用于与平台舱连接。
可选的，在所述的天线载荷舱构型中，所述主承力结构还包括承力杆，所述承力杆为长方体；
所述承力支架还包括第五连接法兰，所述第五连接法兰位于第二端部的顶面，用于与承力杆连接。
可选的，在所述的天线载荷舱构型中，所述承力杆包括第一安装法兰、第二安装法兰、第三安装法兰，其中：
所述第一安装法兰位于承力杆的底面，用于与第五连接法兰固定；
所述第二安装法兰位于承力杆的顶面，用于与载荷舱顶板固定；
两个所述第三安装法兰分别位于承力杆的两个相邻的侧面，用于与载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板及载荷舱-Y板中相邻的两个侧板固定。
可选的，在所述的天线载荷舱构型中，所述第一传力路径包括承力筒、承力支架、承力杆、载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板及平台舱；
所述第二传力路径包括载荷舱顶板、载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板及平台舱。
可选的，在所述的天线载荷舱构型中，所述反射面天线的作用力通过承力筒、承力支架、承力杆传导至载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板及平台舱上；
所述波导组件的作用力通过承力筒、承力支架、承力杆传导至载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板及平台舱上；
所述数字综合单元和射频综合单元的作用力通过载荷舱顶板传导至载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板及平台舱上。
可选的，在所述的天线载荷舱构型中，载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板的内侧具有单机安装接口，用于安装电源控制单元和行波管放大器；
载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板的外侧具有热管安装接口，用于电源控制单元的散热；
载荷舱-X板具有载荷馈源安装接口，用于发射状态馈源碳杆的固定。
可选的，在所述的天线载荷舱构型中，
反射面天线与承力筒之间采用8个M6的螺钉连接；
载荷舱顶板具有与承力筒安装接口，用于与承力筒的固定；
载荷舱顶板具有单机安装接口，用于安装射频综合单元、数字综合单元和射频开关；
装配时调整波导组件与行波管放大器之间的修切垫的厚度，以使行波管放大器、波导组件及承力筒之间的无应力。
在本发明提供的天线载荷舱构型中，通过四路行波管合成放大系统分为四路进行信号和功率合成放大，根据成像系统指标要求，采用了四路行波管合成放大的系统方案，四路合成可以提高反射面可展开天线载荷系统的功率，或四路冗余设计提高反射面可展开天线载荷系统的可靠性；通过主承力结构向四路行波管合成放大系统提供第一传力路径，辅助承力结构向四路行波管合成放大系统提供第二传力路径，实现了结构的高可靠性和紧凑布局，并使得主承力结构的材料减少，实现主承力结构轻量化。主承力结构与辅助承力结构刚性连接，实现了四路行波管合成放大的反射面可展开天线的卫星载荷舱构型。
本发明针对上述四路行波管合成放大的反射面可展开天线成像系统，提供了一种结构紧凑、加工装调工艺性好、稳定性高、力学环境适应性好的卫星载荷舱构型。
附图说明
图1是本发明一实施例天线载荷舱构型主承力结构及辅助承力结构示意图；
图2是本发明一实施例天线载荷舱构型整体布局示意图；
图3是本发明一实施例天线载荷舱构型主承力结构示意图；
图4是本发明一实施例天线载荷舱构型承力支架示意图；
图5是本发明一实施例天线载荷舱构型承力筒示意图；
图中所示：1-承力筒；2-承力支架；3-载荷舱顶板；4-载荷舱+X板；5-载荷舱-X板；6-载荷舱+Y板；7-载荷舱-Y板；8-承力杆；9-电源控制单元；10-行波管放大器；11-射频综合单元；12-数字综合单元；13-波导组件；14-反射面天线；15-发射状态馈源碳杆；16-射频开关。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的天线载荷舱构型作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
本发明的核心思想在于提供一种天线载荷舱构型，以解决现有的可展开反射面天线载荷系统难以兼顾高功率、高可靠、轻质量的问题。
为实现上述思想，本发明提供了一种天线载荷舱构型，包括：四路行波管合成放大系统，被配置为分为四路进行信号和功率合成放大；主承力结构，被配置为向四路行波管合成放大系统提供第一传力路径；以及辅助承力结构，被配置为向四路行波管合成放大系统提供第二传力路径；其中，主承力结构与辅助承力结构刚性连接。
本发明提供一种天线载荷舱构型，如图1～5所示，包括：四路行波管合成放大系统，被配置为分为四路进行信号和功率合成放大；主承力结构，被配置为向四路行波管合成放大系统提供第一传力路径；以及辅助承力结构，被配置为向四路行波管合成放大系统提供第二传力路径；其中，主承力结构与辅助承力结构刚性连接。
如图1所示，在所述的天线载荷舱构型中，所述辅助承力结构包括载荷舱+X板4、载荷舱+Y板6、载荷舱-X板5、载荷舱-Y板7及载荷舱顶板3，其中：载荷舱+X板4、载荷舱+Y板6、载荷舱-X板5及载荷舱-Y板7合起来可简称为载荷舱四侧板；所述载荷舱+X板4、载荷舱+Y板6、载荷舱-X板5及载荷舱-Y板7为长方形，载荷舱顶板3为正方形；载荷舱+X板4、载荷舱+Y板6、载荷舱-X板5、载荷舱-Y板7及载荷舱顶板3构成一面敞开的长方体的容置空间；主承力结构布置在容置空间中；如图2所示，四路独立的电源控制单元9和行波管放大器10分别安装于载荷舱+X板4、载荷舱+Y板6、载荷舱-X板5、载荷舱-Y板7上；数字综合单元12和射频综合单元11均安装于载荷舱顶板3上。
如图1、3所示，在所述的天线载荷舱构型中，所述主承力结构包括圆柱形的承力筒1和四个承力支架2，其中：所述承力筒1从载荷舱顶板3上延伸出容置空间，以使四路行波管合成放大系统的环形器安装于承力筒1上；如图5所示，所述承力筒1的上端面上具有波导法兰120，用于与波导组件13连接；所述承力筒1的上端面上具有天线法兰110，用于与反射面天线14连接；波导法兰120为图5中上端面上六个比较大的沉头孔，用于安装波导组件，天线法兰为六个小孔位螺纹孔，用于连接反射面天线，所述承力筒1的外侧壁上具有支架法兰130，四个承力支架2的一端均匀分布并连接在所述支架法兰130上。
如图3、4所示，在所述的天线载荷舱构型中，所述承力支架2包括片状架体25、第一连接法兰21、第二连接法兰22、第三连接法兰23和第四连接法兰28，其中：所述片状架体25包括第一端部26和第二端部27；第一连接法兰21位于第一端部26侧面，用于与承力筒1的外侧壁的支架法兰130连接；第二连接法兰22位于第一端部26的顶面，用于与载荷舱顶板3连接；两个第三连接法兰23分别位于第二端部27的侧面，且与片状架体25呈45°角；载荷舱+X板4、载荷舱+Y板6、载荷舱-X板5及载荷舱-Y板7均通过两个相邻的承力支架2的第三连接法兰23固定，且与片状架体25呈45°角；第四连接法兰位于第二端部27的底面，用于与平台舱连接。
如图3所示，在所述的天线载荷舱构型中，所述主承力结构还包括承力杆8，所述承力杆8为长方体；如图4所示，所述承力支架2还包括第五连接法兰24，所述第五连接法兰24位于第二端部27的顶面，用于与承力杆8连接。在所述的天线载荷舱构型中，所述承力杆8包括第一安装法兰、第二安装法兰、第三安装法兰，其中：所述第一安装法兰位于承力杆8的底面，用于与第五连接法兰24固定；所述第二安装法兰81位于承力杆8的顶面，用于与载荷舱顶板3固定；两个所述第三安装法兰分别位于承力杆8的两个相邻的侧面，用于与载荷舱+X板4、载荷舱+Y板6、载荷舱-X板5及载荷舱-Y板7中相邻的两个侧板固定。
在本发明的一个实施例中，在所述的天线载荷舱构型中，所述第一传力路径包括承力筒1、承力支架2、承力杆8、载荷舱+X板4、载荷舱+Y板6、载荷舱-X板5、载荷舱-Y板7及平台舱(图中未示出)；所述第二传力路径包括载荷舱顶板3、载荷舱+X板4、载荷舱+Y板6、载荷舱-X板5、载荷舱-Y板7及平台舱。具体的，在所述的天线载荷舱构型中，所述反射面天线14的作用力通过承力筒1、承力支架2、承力杆8传导至载荷舱+X板4、载荷舱+Y板6、载荷舱-X板5、载荷舱-Y板7及平台舱上；所述波导组件13的作用力通过承力筒1、承力支架2、承力杆8传导至载荷舱+X板4、载荷舱+Y板6、载荷舱-X板5、载荷舱-Y板7及平台舱上；所述数字综合单元12和射频综合单元11的作用力通过载荷舱顶板3传导至载荷舱+X板4、载荷舱+Y板6、载荷舱-X板5、载荷舱-Y板7及平台舱上。
在本发明的一个实施例中，在所述的天线载荷舱构型中，载荷舱+X板4、载荷舱+Y板6、载荷舱-X板5、载荷舱-Y板7的内侧具有单机安装接口，用于安装电源控制单元9和行波管放大器10；载荷舱+X板4、载荷舱+Y板6、载荷舱-X板5、载荷舱-Y板7的外侧具有热管安装接口，用于电源控制单元9的散热；载荷舱-X板5具有载荷馈源安装接口，用于发射状态馈源碳杆15的固定。
在本发明的一个实施例中，在所述的天线载荷舱构型中，反射面天线14与承力筒1之间采用8个M6的螺钉连接；载荷舱顶板3具有与承力筒1安装接口，用于与承力筒1的固定；载荷舱顶板3具有单机安装接口，用于安装射频综合单元11、数字综合单元12和射频开关16；装配时调整波导组件13与行波管放大器10之间的修切垫的厚度，以使行波管放大器10、波导组件13及承力筒1之间的无应力。
在本发明提供的天线载荷舱构型中，通过四路行波管合成放大系统分为四路进行信号和功率合成放大，根据成像系统指标要求，采用了四路行波管合成放大的系统方案，四路合成可以提高反射面可展开天线载荷系统的功率，或四路冗余设计提高反射面可展开天线载荷系统的可靠性；通过主承力结构向四路行波管合成放大系统提供第一传力路径，辅助承力结构向四路行波管合成放大系统提供第二传力路径，实现了结构的高可靠性和紧凑布局，并使得主承力结构的材料减少，实现主承力结构轻量化。主承力结构与辅助承力结构刚性连接，实现了四路行波管合成放大的反射面可展开天线的卫星载荷舱构型。
本发明针对上述四路行波管合成放大的反射面可展开天线成像系统，提供了一种结构紧凑、加工装调工艺性好、稳定性高、力学环境适应性好的卫星载荷舱构型。
本发明具体技术特征为：设计一种以载荷为中心的一体化卫星载荷舱构型，实现围绕载荷单机进行布局的方案，可有效节省星内空间；同时设计一条主传力路径与一条次传力路径共同作用的结构方案，实现载荷的力学环境的优化，提高卫星结构承载比。具体通过以下方案实现：
承力支架2、承力杆8和承力筒1组成载荷舱的主承力结构，载荷舱四侧板及载荷舱顶板3作为辅助承力结构，与主承力结构相连。承力支架2还提供了载荷舱与平台舱的接口，并实现与载荷舱四侧板、承力杆8及承力筒1的连接。反射面天线14重量较重，因而第一(主)传力路径承载了大部分载荷舱重量。载荷舱顶板3作为第二传力路径的一部分，提供与载荷舱四侧板、承力杆8和承力支架2的安装接口，同时提供单机安装接口，用于安装射频综合单元11、数字综合单元12和射频开关16；由此实现了一种具有两条传力路径的载荷舱结构，力学环境适应性好；本发明利用载荷舱四侧板、载荷舱顶板3和单机的安装缝隙进行主承力结构及承力筒1的设计，充分利用了可用空间，实现了整个载荷舱的紧凑型设计；本发明各个部件之间独立设计，同时通过安装法兰和螺钉连接，设计工艺性好。
综上，上述实施例对天线载荷舱构型的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种天线载荷舱构型，其特征在于，包括：
四路行波管合成放大系统，被配置为分为四路进行信号和功率合成放大；
主承力结构，被配置为向四路行波管合成放大系统提供第一传力路径；以及
辅助承力结构，被配置为向四路行波管合成放大系统提供第二传力路径；
其中，主承力结构与辅助承力结构刚性连接；
所述辅助承力结构包括载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板及载荷舱顶板，其中：
所述载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板为长方形，载荷舱顶板为正方形；
载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板及载荷舱顶板构成一面敞开的长方体的容置空间；
主承力结构布置在容置空间中；
四路独立的电源控制单元和行波管放大器分别安装于载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板上；
数字综合单元和射频综合单元均安装于载荷舱顶板上；
所述主承力结构包括圆柱形的承力筒和四个承力支架，其中：
所述承力筒从载荷舱顶板上延伸出容置空间，以使四路行波管合成放大系统的环形器安装于承力筒上；
所述承力筒的上端面上具有波导法兰，用于与波导组件连接；
所述承力筒的上端面上具有天线法兰，用于与反射面天线连接；
所述承力筒的外侧壁上具有支架法兰，四个承力支架的一端均匀分布并连接在所述支架法兰上。
2.如权利要求1所述的天线载荷舱构型，其特征在于，所述承力支架包括片状架体、第一连接法兰、第二连接法兰、第三连接法兰和第四连接法兰，其中：
所述片状架体包括第一端部和第二端部；
第一连接法兰位于第一端部侧面，用于与承力筒的外侧壁的支架法兰连接；
第二连接法兰位于第一端部的顶面，用于与载荷舱顶板连接；
两个第三连接法兰分别位于第二端部的侧面，且与片状架体呈45°角；
载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板及载荷舱-Y板均通过两个相邻的承力支架的第三连接法兰固定，且与片状架体呈45°角；
第四连接法兰位于第二端部的底面，用于与平台舱连接。
3.如权利要求2所述的天线载荷舱构型，其特征在于，所述主承力结构还包括承力杆，所述承力杆为长方体；
所述承力支架还包括第五连接法兰，所述第五连接法兰位于第二端部的顶面，用于与承力杆连接。
4.如权利要求3所述的天线载荷舱构型，其特征在于，所述承力杆包括第一安装法兰、第二安装法兰、第三安装法兰，其中：
所述第一安装法兰位于承力杆的底面，用于与第五连接法兰固定；
所述第二安装法兰位于承力杆的顶面，用于与载荷舱顶板固定；
两个所述第三安装法兰分别位于承力杆的两个相邻的侧面，用于与载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板及载荷舱-Y板中相邻的两个侧板固定。
5.如权利要求4所述的天线载荷舱构型，其特征在于，所述第一传力路径包括承力筒、承力支架、承力杆、载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板及平台舱；
所述第二传力路径包括载荷舱顶板、载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板及平台舱。
6.如权利要求5所述的天线载荷舱构型，其特征在于，所述反射面天线的作用力通过承力筒、承力支架、承力杆传导至载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板及平台舱上；
所述波导组件的作用力通过承力筒、承力支架、承力杆传导至载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板及平台舱上；
所述数字综合单元和射频综合单元的作用力通过载荷舱顶板传导至载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板及平台舱上。
7.如权利要求6所述的天线载荷舱构型，其特征在于，
载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板的内侧具有单机安装接口，用于安装电源控制单元和行波管放大器；
载荷舱+X板、载荷舱+Y板、载荷舱-X板、载荷舱-Y板的外侧具有热管安装接口，用于电源控制单元的散热；
载荷舱-X板具有载荷馈源安装接口，用于发射状态馈源碳杆的固定。
8.如权利要求5所述的天线载荷舱构型，其特征在于，
反射面天线与承力筒之间采用8个M6的螺钉连接；
载荷舱顶板具有与承力筒安装接口，用于与承力筒的固定；
载荷舱顶板具有单机安装接口，用于安装射频综合单元、数字综合单元和射频开关；
装配时调整波导组件与行波管放大器之间的修切垫的厚度，以使行波管放大器、波导组件及承力筒之间的无应力。
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