CN113054422B - 一种使用长悬空内导体固定装置的圆极化天线结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用长悬空内导体固定装置的圆极化天线结构包括腔体、底板、隔片、内导体、支撑体、介质体和馈电座；支撑体与介质体中开设有空腔，内导体固定于空腔中；支撑体与介质体装配到腔体的凹腔内，介质体上端插入馈电座，馈电座固定安装在腔体上；隔片中部开设有与支撑体直径相同的支撑槽，支撑体下端固定于支撑槽中；底板上开设有凹槽，腔体外壁上设置有两段凸台，在凸台内开设有闭合槽，隔片的底边安装于凹槽中，隔片的两侧边分别对应安装在闭合槽中，底板固定在腔体的底部。本发明能够解决长悬空内导体的固定、敞口槽破坏天线刚度、实际产品的电气性能指标达不到设计值，零件离散分布导致天线刚度差的问题。

Description

一种使用长悬空内导体固定装置的圆极化天线结构

技术领域

本发明涉及天线结构技术领域，具体而言，涉及一种使用长悬空内导体固定装置的圆极化天线结构。

背景技术

带有金属隔片的圆极化天线具有工作频带宽、高增益、低圆极化轴比特性、耐高功率等特点。广泛应用于空地通信、星地通信等系统中。其通常有两种馈电方式，一种是直接通过波导馈电，另一种是通过同轴探针进行馈电。

波导馈电形式的圆极化喇叭通常应用于X/KU波段或更高频段，高频段的波导由于体积较小，对装配空间的要求相对较低，可应用场景较多。但由于波导的频率特性，其在低频段的口径尺寸大，如L波段波导尺寸可达165mm×83mm，该尺寸很难在航空、航天等平台上应用。

探针馈电形式的圆极化喇叭馈电端口尺寸紧凑，其馈电端口通过延长同轴连接器的内导体到喇叭体内进行馈电，射频信号通过同轴端口与电缆连接，可广泛应用于航空、航天平台。同轴端口具有超宽带传输特性，在低频段应用时不受空间限制，只需调整馈电端内导体长度便可与喇叭天线形成良好匹配。在工程设计中，为了实现低频段匹配工作，往往将同轴探针设计为工作频率的四分之一波长，其内导体在结构上呈长悬空状态。

长悬空内导体为典型的悬臂结构，固有频率低，在振动、冲击载荷作用下，其所受应力大，容易变形，甚至发生破坏。因此，工程上如何固定长悬空结构成为了制约其应用的主要因素。

安装圆极化天线隔片的常规方法是，直接在天线腔体上开敞口槽嵌装隔片。但这破坏了天线的整体刚度，不仅导致腔体加工变形大，实际产品的电气性能指标达不到设计值，而且也会恶化天线的动力学特性。

电气设计时，各零件离散分布于天线的不同部位，这种离散结构的强度、刚度性能均较差。

发明内容

本发明旨在提供一种使用长悬空内导体固定装置的圆极化天线结构，以解决长悬空内导体的固定、敞口槽破坏天线刚度、实际产品的电气性能指标达不到设计值，零件离散分布导致天线刚度差的问题。

本发明提供的一种使用长悬空内导体固定装置的圆极化天线结构，包括腔体、底板、隔片、内导体、支撑体、介质体和馈电座；

所述支撑体上端与介质体下端接触，并在支撑体与介质体中对应位置开设有空腔，所述内导体固定于空腔中并与支撑体紧配合；所述支撑体与介质体采用紧配合装配到腔体的凹腔内，所述介质体上端插入馈电座，所述馈电座固定安装在腔体上，使内导体、支撑体、介质体、馈电座与腔体组成无相对运动的整体构件；

所述隔片中部开设有与支撑体直径相同的支撑槽，所述支撑体下端固定于支撑槽中；所述底板上开设有凹槽，所述腔体外壁上设置有两段凸台，在凸台内开设有不穿透腔体侧壁的闭合槽，所述隔片的底边安装于凹槽中，所述隔片的两侧边分别对应安装在闭合槽中，所述底板固定在腔体的底部。

进一步的，所述内导体和支撑体上开设有直径相同且贯穿的同心圆孔，所述同心圆孔中装设有介质。

作为优选，所述介质销、支撑体和介质体的材质为聚酰亚胺。

进一步的，所述凸台远离支撑体一侧开设有若干螺纹孔，在螺纹孔中安装有紧固螺钉，用于将隔片往支撑体方向紧固。

作为优选，所述馈电座和紧固螺钉的材质为不锈钢。

作为优选，所述馈电座通过螺钉固定安装在腔体上。

作为优选，所述底板通过螺钉固定安装在腔体的底部。

作为优选，所述腔体、底板和隔片的材质为铝合金。

作为优选，所述内导体的材质为铍青铜。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明利用介质销把内导体固定于支撑体上，增加了内导体区域的直径，提升了内导体区域的抗弯性能，改善了内导体的受力状况。

2、本发明的支撑体下端固定到隔片上，使悬臂状态的内导体扩展为两端固定的结构，这种两端固定支撑方式提高了内导体区域的固有频率，增强了该区域的耐振性能。

3、本发明的支撑体也有利于抑制隔片在动态环境下的变形，改善了隔片的环境适应性。

4、本发明的腔体上开闭合槽解决了开敞口槽导致的加工变形大，实际产品的电气指标达不到设计值的问题。

5、本发明的开闭合槽的腔体作为整体受力件，避免了开敞口槽的腔体在振动过程中的交错变形，有利于保证腔体尺寸的稳定，进而保证电性能的可靠性。

6、本发明通过多级组合固定：底板固定于腔体——隔片固定于底板、腔体——支撑体固定于隔片、腔体——介质体固定于腔体、馈电座——内导体固定于支撑体，由此实现了离散结构整体化，极大地提高了天线整体刚度，有利于天线承受高量级振动、冲击载荷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的使用长悬空内导体固定装置的圆极化天线结构的分解示意图。

图2为本发明实施例的使用长悬空内导体固定装置的圆极化天线结构的正视示意图。

图3为图2中的A-A剖视图。

图4为图3中的B处视图。

图5为图3中的C处视图。

图6为图3中的D处视图。

图7为图3中的E处视图。

图8为图2中的F处视图。

图标：1-腔体、2-底板、3-隔片、4-内导体、5-介质销、6-支撑体、7-介质体、8-馈电座、9-紧固螺钉。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1-图8所示，本实施例提出一种使用长悬空内导体固定装置的圆极化天线结构，包括腔体1、底板2、隔片3、内导体4、介质销5、支撑体6、介质体7、馈电座8和紧固螺钉9；

具体地：

(1)如图4、图5所示，所述支撑体6上端与介质体7下端接触，并在支撑体6与介质体7中对应位置开设有空腔，所述内导体4和支撑体6上开设有直径相同且贯穿的同心圆孔，所述同心圆孔距内导体4底部8.9mm，所述同心圆孔的直径为1.5mm，其中装设有直径为1.5mm的介质销5，从而使得所述内导体4固定于空腔中并与支撑体6紧配合，以防止内导体4在支撑体6中转动。

本实施例利用介质销5把内导体4固定于支撑体6上，增大了内导体4区域的直径，根据圆形截面的抗弯刚度公式：

式中：E表示弹性模量；I表示惯性矩；D表示直径。

由此可知，采用支撑体6固定内导体4后，抗弯刚度增加了117倍，提升了内导体4区域的抗弯性能，改善了内导体4的受力状况。

(2)如图3、图4、图5所示，所述支撑体6与介质体7采用紧配合装配到腔体1的凹腔内，所述介质体7上端插入馈电座8，所述馈电座8固定安装在腔体1上，使内导体4、支撑体6、介质体7、馈电座8与腔体1组成无相对运动的整体构件；其中，所述馈电座8通过螺钉固定安装在腔体1上。所述内导体4、支撑体6伸入腔体1内的长度分别为：45mm、90mm。

(3)如图6所示，所述隔片3中部开设有与支撑体6直径相同的支撑槽，所述支撑体6下端固定于支撑槽中；本实施例的支撑体6下端固定到隔片3上，使悬臂状态的内导体4扩展为两端固定的结构，根据梁的基频公式：

式中：C取值1.875(悬臂支撑)或4.730(两端固定)；L表示长度；E表示弹性模量；I表示惯性矩；ρ表示密度；A表示截面积。

计算得到：

悬臂支撑的固有频率：785Hz；

两端固定的固有频率：1202Hz。

由此可知，两端固定支撑方式提高了内导体4区域的固有频率，增强了该区域的耐振性能。同时，支撑体6也有利于抑制隔片3在动态环境下的变形，改善了隔片3的环境适应性。

(4)如图1、图3、图7、图8所示，所述底板2上开设有凹槽，凹槽深度为2mm，所述腔体1外壁上设置有两段凸台，凸台厚度为8.5mm并且冒出腔体1外圆9mm，在凸台内开设有不穿透腔体1侧壁的闭合槽，凹槽和闭合槽宽度尺寸与隔片3厚度尺寸匹配，所述隔片3的底边安装于凹槽中，所述隔片3的两侧边分别对应安装在闭合槽中，所述底板2固定在腔体1的底部。由此通过固定隔片3的三边、支撑隔片3的中部，使隔片3与腔体1形成整体结构。其中，所述底板2通过螺钉固定安装在腔体1的底部。再如图1、图7所示，所述凸台远离支撑体6一侧开设有若干螺纹孔，螺纹孔尺寸为M3，在螺纹孔中安装有紧固螺钉9，用于将隔片3往支撑体6方向紧固。腔体1上开闭合槽解决了开敞口槽导致的加工变形大，实际产品的电气指标达不到设计值的问题，同时，开闭合槽的腔体1作为整体受力件，避免了开敞口槽的腔体1在振动过程中的交错变形，有利于保证腔体1尺寸的稳定，进而保证电性能的可靠性。

(5)所述腔体1、底板2和隔片3的材质为铝合金。所述内导体4的材质为铍青铜。所述介质销5、支撑体6和介质体7的材质为聚酰亚胺。所述馈电座8和紧固螺钉9的材质为不锈钢。

(6)通过上述内容可知，本实施例的使用长悬空内导体固定装置的圆极化天线结构通过多级组合固定：底板2固定于腔体1——隔片3固定于底板2、腔体1——支撑体6固定于隔片3、腔体1——介质体7固定于腔体1、馈电座8——内导体4固定于支撑体6，由此实现了离散结构整体化，极大地提高了天线整体刚度，有利于天线承受高量级振动、冲击载荷。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种使用长悬空内导体固定装置的圆极化天线结构，其特征在于，包括腔体(1)、底板(2)、隔片(3)、内导体(4)、支撑体(6)、介质体(7)和馈电座(8)；

所述支撑体(6)上端与介质体(7)下端接触，并在支撑体(6)与介质体(7)中对应位置开设有空腔，所述内导体(4)固定于空腔中并与支撑体(6)紧配合；所述支撑体(6)与介质体(7)采用紧配合装配到腔体(1)的凹腔内，所述介质体(7)上端插入馈电座(8)，所述馈电座(8)固定安装在腔体(1)上，使内导体(4)、支撑体(6)、介质体(7)、馈电座(8)与腔体(1)组成无相对运动的整体构件；

所述隔片(3)中部开设有与支撑体(6)直径相同的支撑槽，所述支撑体(6)下端固定于支撑槽中；所述底板(2)上开设有凹槽，所述腔体(1)外壁上设置有两段凸台，在凸台内开设有不穿透腔体(1)侧壁的闭合槽，所述隔片(3)的底边安装于凹槽中，所述隔片(3)的两侧边分别对应安装在闭合槽中，所述底板(2)固定在腔体(1)的底部；

所述内导体(4)和支撑体(6)上开设有直径相同且贯穿的同心圆孔，所述同心圆孔中装设有介质销(5)。

2.根据权利要求1所述的使用长悬空内导体固定装置的圆极化天线结构，其特征在于，所述介质销(5)、支撑体(6)和介质体(7)的材质为聚酰亚胺。

3.根据权利要求1所述的使用长悬空内导体固定装置的圆极化天线结构，其特征在于，所述凸台远离支撑体(6)一侧开设有若干螺纹孔，在螺纹孔中安装有紧固螺钉(9)，用于将隔片(3)往支撑体(6)方向紧固。

4.根据权利要求3所述的使用长悬空内导体固定装置的圆极化天线结构，其特征在于，所述馈电座(8)和紧固螺钉(9)的材质为不锈钢。

5.根据权利要求1所述的使用长悬空内导体固定装置的圆极化天线结构，其特征在于，所述馈电座(8)通过螺钉固定安装在腔体(1)上。

6.根据权利要求1所述的使用长悬空内导体固定装置的圆极化天线结构，其特征在于，所述底板(2)通过螺钉固定安装在腔体(1)的底部。

7.根据权利要求1所述的使用长悬空内导体固定装置的圆极化天线结构，其特征在于，所述腔体(1)、底板(2)和隔片(3)的材质为铝合金。

8.根据权利要求1所述的使用长悬空内导体固定装置的圆极化天线结构，其特征在于，所述内导体(4)的材质为铍青铜。

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