CN113237455B - 带罩反射面天线形变测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带罩反射面天线的形变测试装置，主要解决现有测试装置测量变形数据不准确的问题。其包括支撑结构(11)和圆筒(13)。圆筒的侧面开有流沙孔(12)，其内腔上部有共形天线罩挡板(14)，下部有天线罩体定位圆环(15)；支撑结构(11)包括空心圆盘(111)、空心钢环(112)和支撑环(113)，三者自下而上通过多个主支撑杆(114)相连，每个主支撑杆的侧面连有防倾覆架(115)，圆筒固定在支撑结构的支撑环上。测试时将被测样件放置在圆筒内的定位圆环上，通过在被测样件和共形天线罩挡板间填充沙子以模拟风载。本发明能测得天线在模拟风载作用下的真实变形数据，为风载作用下电磁性能计算提供指导。

Description

带罩反射面天线形变测试装置

技术领域

本发明属于电子仪器技术领域，特别涉及一种天线形变测试装置，可测量天线的变形信息，用于对天线结构关键位置的可靠性、整体强度校核及载荷作用下天线电磁性能预测。

背景技术

反射面天线具有高可靠性，结构简单，造价低廉，高增益、低副瓣等特点，是典型的机电一体化设备，广泛应用于电子对抗、射电天文、载人航天、深空探测等重大工程项目中。天线的机械结构是实现天线电性能的载体，合理设计其机械结构是提高天线电性能的一个关键因素。随着科学技术的发展，对反射面天线电性能的要求愈来愈严苛，传统的仅考虑结构力学性能的设计方法很难满足天线的电性能要求。从机电集成的角度，对天线结构进行机电综合设计保障天线在恶劣的工作环境下能够获得较好的力学和电磁性能。

名称为《基于拟合变形反射面的天线电性能预测方法》，申请号为CN20010018106.9 的中国专利申请文件中对反射面天线的电性能预测提出了机电耦合方法。尽管该专利介绍了反射面天线的电性能预测方法，但所有数据都依赖于仿真，文献中并没有介绍反射面天线模拟风载的形变测试装置，以及天线结构真实变形后的电磁性能计算。

现有的机电耦合设计技术多依赖于仿真过程，但仿真计算比较理想化，因此设计的结构需要实验验证设计的可行性。实际中，在天线加工制造完成后，需要在风洞实验室中测试天线结构的力学性能，在微波暗室里开展电磁辐射性能实验，测量天线在载荷作用下的电磁性能仍存在较大的困难，目前还无法实现在风洞实验中测试天线的电磁性能，在风洞实验中测试天线变形准确度较低，因而现有的技术无法精确测量天线在载荷作用下的形变。没有精确的变形数据，也就无法对天线在载荷作用下结构和电磁性能的可靠性进行评估，影响实际使用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，设计一种用于反射面天线形变测试的实验装置，以获取天线在模拟风载作用下的精确变形数据，为电磁性能预测提供实测数据。

为实现上述目的，本发明提供的带罩反射面天线的天线罩形变测试装置，包括测量天线罩形变的子装置1和测量主反射面形变的子装置2两部分，其特征在于：

所述测量天线罩形变的子装置1，包括支撑结构11和用于放置被测天线罩的圆筒13，圆筒13固定在支撑结构11的上部；

该圆筒13的侧面开有流沙孔12，其内腔的上部设有共形天线罩挡板14，下部设有天线罩定位圆环15；

该支撑结构11，包括空心圆盘111、空心钢环112和支撑环113，三者之间自下而上通过多个支撑杆114相连，每个支撑杆114的侧面连有防倾覆架115；

所述测量主反射面形变的子装置2，包括用于放置被测主反射面的圆筒23和稳固架 22，该圆筒23的内腔下部设有正压挡板24，其下部外侧固定在稳固架22上，稳固架22 的中心位置设有高频箱21，用于测试时支撑被测主反射面和圆筒。

进一步，所述共形天线罩挡板14，其顶部开有用于填充沙子的圆孔。

进一步，所述防倾覆架115由三根长度不等的竖直钢管、一根水平钢管和一根倾斜钢管焊接而成，并通过卡扣117与主支撑杆114连接。

进一步，所述三根长度不等的竖直钢管焊接在水平钢管和倾斜钢管之间，其从里向外高度比例依次为1:0.8:0.6，且最外侧的竖直钢管底部设有可调垫块116。

进一步，所述稳固架22由三根长度不等的竖直钢管、一根水平钢管和一根倾斜钢管焊接而成，并与圆筒23下部侧面相连；

进一步，所述高频箱21其上部中心开有喇叭孔211，四角铸有支撑耳212，支撑耳212的上部通过高强度支杆26与被测主反射面相连。

进一步，所述高频箱21固定在两条槽钢板25上，以保持其平稳。

进一步，所述三根长度不等的竖直钢管焊接在水平钢管和倾斜钢管之间，其从里向外高度比例依次为1:0.8:0.6，且最外侧的竖直钢管底部设有可调垫块221。

进一步，在测量天线罩形变子装置1中增设有次支撑结构16、长槽钢17、方筒18、共形背压挡板19和长槽钢孔20，用于模拟天线主反射面背部受压的工况；该次支撑结构 16固定在支撑结构11的上部，该槽钢17穿过圆筒13侧面的长槽钢孔20固定在次支撑结构16上，该方筒18位于圆筒13内腔的中间，该共形背压挡板19位于方筒18的中心，用于调节施加在天线主反射面上的压力，且该共形背压挡板19顶部开有用于填充沙子的方孔。

本发明具有如下优点：

1)能得到天线罩在载荷作用下的真实变形数据，测试数据更符合真实工况，测试结果更具有可信度。

现有技术通过虚拟仿真模型来获取天线罩的变形信息，而虚拟仿真因为建模误差使得仿真模型和实际模型相差较大，仿真得到的变形信息不准确。

本发明由于设计了天线罩形变子装置模拟天线罩正面受压的工况，可测量天线罩在不同风载作用下的真实变形数据，摆脱了对虚拟仿真模型的依赖，相较于现有技术提高了变形信息的准确度。

2)本发明由于在天线罩形变子装置中设的共形天线罩挡板结构，不仅可以在天线罩表面和共形天线罩挡板间施加不同载荷，而且可以在曲面天线罩表面施加均匀压力，以模拟曲面天线罩受风载的工况，可测量得到曲面天线罩的真实变形数据。

3)本发明由于在天线罩形变子装置中设有支撑结构，有效减小了测试装置的重量，降低装置的制作成本，方便对天线罩的形变进行测量；

4)能得到主反射面在正压载荷作用下的真实变形数据，测试数据更符合真实工况，测试结果更具有可信度。

现有技术通过虚拟仿真模型来获取主反射面的变形信息，而虚拟仿真因为建模误差使得仿真模型和实际模型相差较大，仿真得到的变形信息不准确。

本发明由于设计了主反射面形变子装置模拟天线主反射面正面受压的工况，以测量主反射面在不同模拟风载作用下的真实变形数据，摆脱了对虚拟仿真模型的依赖，相较于现有技术提高了变形信息的准确度。

5)能得到主反射面在背压载荷作用下的真实变形数据，测试数据更符合真实工况，测试结果更具有可信度。

现有技术通过虚拟仿真模型来获取天线罩的变形信息，而虚拟仿真因为建模误差使得仿真模型和实际模型相差较大，仿真得到的变形信息不准确。

本发明由于设计在测量天线罩形变子装置中增设了次支撑结构、长槽钢、方筒和共形背压挡板，模拟天线主反射面背部受压的工况，可测量主反射面在背压风载作用下的真实变形数据，摆脱了对虚拟仿真模型的依赖，相较于现有技术提高了变形信息的准确度。

6)本发明由于在测量天线罩形变子装置中增设了次支撑结构、长槽钢、方筒和共形背压挡板，不仅实现了对天线罩形变子装置的重复利用，而且可以模拟天线主反射面背部受压的工况，降低了加工成本。

附图说明

图1是本发明带罩反射面天线形变测试装置的第一实施例示意图，其中：

图1(a)为天线罩正压形变测试子装置结构示意图；

图1(b)为主反射面正压形变测试子装置结构示意图；

图2是图1(a)的剖面结构示意图；

图3是图1(b)的剖面结构示意图；

图4是图1(a)和1(b)中的支撑结构示意图；

图5是本发明带罩反射面天线形变测试装置第二实施例示意图；

图6是图5剖面结构示意图。

具体实施方式

本发明带罩反射面天线形变测试分为正压和背压两种测试工况，其中正压工况测试时，要分别测试天线罩和主反射面的形变；在背压工况测试时，根据力的传力路径，载荷主要作用在主反射面背部，天线罩几乎不受载荷作用，因此背压工况只测试主反射面的形变。本发明的正压测试装置可以模拟天线在服役中的大部分场景，通过测试装置得到的变形数据计算天线在载荷作用下的电磁性能，为服役状态的电磁性能预测提供数据；而背压测试装置主要目的是根据测量得到的变形数据评估设计结构关键位置的可靠性。

实施例1，带罩反射面天线正压载荷作用下的形变测试装置。

如图1所示，本实例包括天线罩正压形变的子装置和主反射面正压形变测试子装置。

参照图1(a)和图2，本实例的天线罩正压形变子装置，其结构包括：支撑结构11、圆筒13、共形天线罩挡板14和定位圆环15。圆筒13是由薄钢板经过冷轧制成的空心圆筒结构，其下部焊有翻边结构，定位圆环15放置在圆筒内翻边结构上，用以将圆筒13 固定在支撑结构11上部，其中支撑结构11、圆筒13和定位圆环15通过螺栓连接在一起，共形天线罩挡板14放置在圆筒13内腔的上部，用于在测试天线罩表面施加均匀压力，该共形天线罩挡板14顶部开有用于填充沙子的圆孔，圆筒13的外侧设有流沙孔12，用于测试完成后放出圆筒13内的填充沙子。

参照图4，支撑结构11包括：空心圆盘111、空心钢环112、支撑环113、主支撑杆114、防倾覆架115。其中空心圆盘111、空心钢环112、支撑环113，三者之间自下而上通过多个均匀分布的主支撑杆114焊接在一起，每个主支撑杆114的侧面都连有防倾覆架115，通过防倾覆架115以保证测试的安全性。防倾覆架115是由三根长度不等的竖直钢管、一根水平钢管和一根倾斜钢管焊接而成，通过水平钢管和倾斜钢管最右侧的卡扣 117与主支撑杆114连接，三根长度不等的竖直钢管焊接在水平钢管和倾斜钢管之间，其从里向外高度比例依次为1:0.8:0.6，且最外侧的竖直钢管底部设有高度可调垫块116。

测试时，将支撑结构11下部放置在水平地面上，将圆筒13通过放置在其内腔下部翻边结构上的定位圆环15固定在支撑结构11的上部，支撑结构11、圆筒13和定位圆环 15通过螺栓连接在一起，防倾覆架通过卡扣117固定在支撑杆114的外侧，通过调整可调垫块116的高度使垫块完全接触地面以提供稳定支撑。将被测天线罩直接放置在圆筒 13内腔的定位圆环15上，并将共形天线罩挡板放置在被测天线罩的正上方，再将圆筒 13侧面的流沙孔12和长槽钢孔20堵住，再通过共形天线罩挡板14顶部预留的圆孔往被测天线罩和共形天线罩挡板14之间填充沙子，用以模拟静压风载。

在填充完成后，通过设计在支撑结构11底部的空隙，采用摄影测量设备拍照测量被测天线罩在此压力作用下的变形信息。通过调节共形天线罩挡板14的高度，以实现在被测天线罩表面施加不同压力。测试完成后，通过设在圆筒13外侧的流沙孔12放出圆筒内的填充沙，以便于拆卸此测试装置。

参照图1(b)和图3，本实例的主反射面正压形变子装置，其结构包括高频箱21、稳固架22、圆筒23、共形正压档板24、短槽钢25和高强度支杆26。高频箱21是通过铸造工艺加工而成的空心箱体结构，其上部中心开有喇叭孔211，用以安装天线的馈源，四角铸有支撑耳212，支撑耳212的上部通过高强度支杆26与被测主反射面相连，用以模拟真实的连接方式，高频箱21底面固定在两条短槽钢25上，短槽钢25通过地脚螺栓固定在水平地面上。该圆筒23也是由薄钢板经过冷轧制成的空心圆筒结构，其下部焊有翻边结构，被测主反射面通过法兰固定在翻边结构上，且圆筒23的内腔下部设有共形正压挡板24，用以堵住空心圆筒翻边结构的圆孔。该圆筒23的下部外侧固定在稳固架22 上，以有效保证测试的安全性。为了节省成本，本实例测试天线罩正压形变子装置中的圆筒13与测试主反射面正压形变子装置中的圆筒23使用同一个圆筒。

所述稳固架22由三根长度不等的竖直钢管、一根水平钢管和一根倾斜钢管焊接而成，水平钢管和倾斜钢管最内侧与圆筒23下部连接，三根长度不等的竖直钢管焊接在水平钢管和倾斜钢管之间，其从里向外高度比例依次为1:0.8:0.6，且最外侧的竖直钢管底部均设有高度可调垫块221。

测试时，将高频箱21的底部固定在两条短槽钢25上，将短槽钢25通过地脚螺栓固定在水平地面上，将被测主反射面口径面朝上放置在圆筒23内部，通过法兰固定在翻边结构上，将高强度支撑杆26的下部固定在高频箱21上部的支撑耳212上，将高强度支撑杆26的上部和被测主反射面下部相连，将稳固架22固定在圆筒23的外侧，再将共行正压档板24固定在圆筒23的底部，并将圆筒23侧面的流沙孔27和长槽钢孔28堵住，通过圆筒23的上部向共形正压挡板24上填充沙子，以模拟静压风载。

在填充完成后，通过被测主反射面底部设计的空隙，采用摄影测量设备拍照测量被测主反射面在此载荷作用下的变形信息。通过填充沙子重量的不同，可以实现在被测主反射面法兰上施加不同的载荷，以测试不同正压载荷作用下主反射面的变形信息。测试完成后，通过设在圆筒23外侧的流沙孔27放出圆筒内的填充沙，以便于拆卸测试装置。

实施例2，带罩反射面天线在背压载荷作用下的形变测试装置。

本实例只需测反射面天线主反射面形变，其测试装置是在实施例一天线罩正压形变子装置的基础上通过添加部分结构设计而成。

参照图5和图6，该主反射面背压形变装置，其结构包括：支撑结构11、圆筒13、次支撑结构16、长槽钢17、方筒18和共形背压挡板19。支撑结构11下部放置在水平地面上，次支撑结构16固定在支撑结构11的上部，长槽钢17穿过圆筒13固定在次支撑结构16上，方筒18固定在圆筒13内腔的中间，共形背压挡板19位于方筒18的中心，用于调节施加在被测主反射面上的压力，且该共形背压挡板19顶部开有用于填充沙子的方孔。

测试时，将支撑结构11下部放置在水平地面上，将次支撑结构16固定在支撑结构11的上部，将被测主反射面以口径面朝下先放入圆筒13内，再将长槽钢17穿过圆筒13 上的长槽钢孔20固定在次支撑结构16上，再用双头螺柱将被测主反射面和长槽钢17固定，将方筒18固定在圆筒13内腔的中间，再将防倾覆架通过卡扣117固定在支撑杆114 的外侧，通过调整可调垫块116的高度使垫块完全接触地面以提供稳定支撑。再将共形背压档板19放置在被测主反射面的正上方，通过共形背压档板19顶部预留的方孔向被测主反射面和共形背压挡板19间填充沙子，以模拟静压风载。

在填充完成后，通过支撑结构11底部设计的空隙，采用摄影测量设备拍照测量被测主反射面在此压力作用下的变形信息。通过调节共形背压挡板19的高度，实现在被测主反射面表面施加不同的压力，以测试不同压力载荷作用下主反射面的变形信息。测试完成后，通过设在圆筒13外侧的流沙孔12放出圆筒内的填充沙，以便于拆卸测试装置。

以上描述仅是本发明的两个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带罩反射面天线的形变测试装置，包括测量天线罩形变的子装置(1)和测量主反射面形变的子装置(2)两部分，其特征在于：

所述测量天线罩形变的子装置(1)，包括支撑结构(11)和用于放置被测天线罩的圆筒(13)，圆筒(13)固定在支撑结构(11)的上部；

该圆筒(13)的侧面开有流沙孔(12)，其内腔的上部设有共形天线罩挡板(14)，下部设有天线罩定位圆环(15)；所述共形天线罩挡板(14)顶部开有用于填充沙子的圆孔，通过该圆孔往被测天线罩和共形天线罩挡板(14)之间填充沙子，用以模拟静压风载；通过调节共形天线罩挡板(14)的高度，以实现在被测天线罩表面施加不同压力；

该支撑结构(11)，包括空心圆盘(111)、空心钢环(112)和支撑环(113)，三者之间自下而上通过多个主支撑杆(114)相连，每个主支撑杆(114)的侧面连有防倾覆架(115)；

所述测量主反射面形变的子装置(2)，包括用于放置被测主反射面的圆筒(23)和稳固架(22)，该圆筒(23)的内腔下部设有共形正压挡板(24)，其下部外侧固定在稳固架(22)上，稳固架(22)的中心位置设有高频箱(21)，用于测试时支撑被测主反射面和圆筒；通过圆筒(23)的上部向共形正压挡板(24)上填充沙子，以模拟静压风载。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述防倾覆架(115)由三根长度不等的竖直钢管、一根水平钢管和一根倾斜钢管焊接而成，并通过卡扣(117)与主支撑杆(114)连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，三根长度不等的竖直钢管焊接在水平钢管和倾斜钢管之间，其从里向外高度比例依次为1:0.8:0.6，且最外侧的竖直钢管底部设有可调垫块(116)。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述稳固架(22)由三根长度不等的竖直钢管、一根水平钢管和一根倾斜钢管焊接而成，并与圆筒(23)下部侧面相连。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高频箱(21)其上部中心开有喇叭孔(211)，四角铸有支撑耳(212)，支撑耳(212)的上部通过高强度支杆(26)与被测主反射面相连。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述高频箱(21)固定在两条短槽钢(25)上，以保持其平稳。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，三根长度不等的竖直钢管焊接在水平钢管和倾斜钢管之间，其从里向外高度比例依次为1:0.8:0.6，且最外侧的竖直钢管底部设有可调垫块(221)。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在测量天线罩形变的子装置(1)中增设有次支撑结构(16)、长槽钢(17)、方筒(18)、共形背压挡板(19)和长槽钢孔(20)，用于模拟天线主反射面背部受压的工况；该次支撑结构(16)固定在支撑结构(11)的上部，该长槽钢(17)穿过圆筒(13)侧面的长槽钢孔(20)固定在次支撑结构(16)上，该方筒(18)位于圆筒(13)内腔的中间，该共形背压挡板(19)位于方筒(18)的中心，用于调节施加在天线主反射面上的压力，且该共形背压挡板(19)顶部开有用于填充沙子的方孔。

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