CN113594674B - 一种基于石墨轴承驱动的天线结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于石墨轴承驱动的天线结构，包括安装腔、从下往上间隙设置在所述安装腔中的至少两层石墨轴承，以及设置于相邻两层石墨轴承间的天线组件；所述天线组件包括负载天线，以及设置于所述负载天线与所述安装腔腔壁间的驱动电机；所述驱动电机的定子固定安装在所述安装腔的腔壁上，所述驱动电机的转子与所述负载天线传动连接；当所述驱动电机开启时，所述负载天线在所述石墨轴承的支撑下随着转子同轴旋转。本发明具有结构紧凑、刚性好等优点，实现通讯终端低剖面设计。

Description

一种基于石墨轴承驱动的天线结构

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种基于石墨轴承驱动的天线结构。

背景技术

卫星通信具有覆盖面大、无缝隙覆盖、在卫星覆盖区域内无通信盲区、对地形和距离不敏感、不受地理环境、气候条件和时间限制等优势，能够覆盖到大范围没有地面通信网络覆盖的地域，是组成无缝隙覆盖信息网不可缺少的组成部分。“动中通”卫星通信系统能够使载体在移动的过程中始终保持与卫星之间的通信连接，可以实时地把事发当地情况的图文、视频资料传送出去，为决策层提供最直接的情报。近年来，随着多点波束和频分复用技术的高通量卫星的快速发展，无人机载、民航飞机宽带互联网接入的通信需求越来越迫切。

历经多年发展，卫星“动中通”天线已经发展到第三代。第一代天线是圆口径反射面为主的高剖面天线，其优点是容易实现高增益、高效率、低旁瓣和低交叉极化性能，缺点是剖面高，受体积重量的限制，该类动中通天线主要用于大型移动载体(如船舶、大型车辆)；第二代天线是以椭圆口径的反射面天线和透镜天线为主的中等剖面动中通天线，反射面设计成椭圆口面，以中等尺寸实现较好的电气性能。第三代天线是以平板天线、相控阵天线为主的低剖面动中通天线，具有剖面低、机动性好、风阻小、重量轻等特点，适合车载、机载等高速行使的载体平台。通过上述分析，第三代低剖面天线方案因其低轮廓性更适用于机载平台。

根据机载平台的环境适应性特点，机载通信设备在飞机起飞、着陆、飞行等过程中经受振动、冲击、加速度等各种严酷静动力学环境考验，需具备较好可靠性，较好的耐振动冲击能力。但目前的天线还不能满足这些需求，原因在于：

1、目前低剖面天线多采用带传动和齿轮传动方案，带传动刚性不足，在高速下容易谐振；低剖面天线采用盘式结构，刚性较差，采用薄壁大中空齿轮进行传动，耐振动冲击性差，在机载振动环境下容易卡滞，而超出电机最大力矩，不能正常转动，无法满足指向精度要求，同时齿轮式结构复杂，质量重，不利于机载轻量化设计；

2、机载通信在高中轨跨波束切换时，要满足其低延时速率要求，根据轨道参数及天线指向要求，低轮廓天线需具备较高的速度和加速度性能，现有带传动和齿轮传动方案因传动链较长，无法实现；

3、目前常规反射面天线、平板天线多采用方位-俯仰型架构，其中方位结构多采用单盘式轴承，不适用于低剖面天线体制要求的多层同轴安装。

发明内容

本发明提供一种集成度高，剖面低，各层天线均通过独立的驱动电机驱动，满足低延时速率要求的基于石墨轴承驱动的天线结构。

为解决以上技术问题，本发明提供一种基于石墨轴承驱动的天线结构，其关键在于，包括安装腔、从下往上间隙设置在所述安装腔中的至少两层石墨轴承，以及设置于相邻两层石墨轴承间的天线组件；所述天线组件包括负载天线，以及设置于所述负载天线与所述安装腔腔壁间的驱动电机；所述驱动电机的定子与所述安装腔的腔壁固定连接，所述驱动电机的转子与所述负载天线固定连接；当所述驱动电机开启时，所述负载天线在所述石墨轴承的支撑下随着转子同轴旋转。

更进一步地，在所述安装腔的上端设置有上盖板，在所述安装腔的下端还设置有下盖板。

更进一步地，所述上盖板的下板面通过开设的第一卡接槽与其下端最邻近的石墨轴承卡接，所述下盖板的上端面通过开设的第二卡接槽与其上端最邻近的石墨轴承卡接。

更进一步地，最下层的所述石墨轴承通过螺钉与所述下盖板连接固定。

更进一步地，在所述负载天线与所述驱动电机的转子间还连接有负载支撑轴，所述负载支撑轴的上端面通过开设的第三卡接槽与其上端最邻近的石墨轴承卡接，所述负载支撑轴的下端面通过开设的第四卡接槽与其下端最邻近的石墨轴承卡接。

更进一步地，所述负载支撑轴的至少一段外侧壁与所述转子的内侧壁紧密贴合，所述负载支撑轴的至少一段内侧壁与所述负载天线的外侧壁紧密贴合。

更进一步地，所述石墨轴承设置成五层。

本发明提供的一种基于石墨轴承驱动的天线结构，其有益效果在于：

1、负载天线与驱动电机内外层级安装，具有结构紧凑、刚性好等优点，实现通信终端低剖面设计；

2、各层负载天线均通过石墨轴承支撑，精度高，便于调整；

3、天线结构耦合一体式安装，可靠性高，适用于高速、大动态移动载体；

4、采用定子和转子实现同轴转动连接，结构简单、轻量化，适用于机载平台；

5、每层负载天线通过独立的驱动电机驱动，且驱动电机的转子通过负载支撑轴直接作用在负载天线上，反应速度快，转动效率高，适用于高速、跨波束切换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是实施例一的本实施例的俯视图；

图2是实施例一的是图1中A-A方向的剖视图；

图3是实施例一的爆炸图；

图4是实施例一中负载支撑轴的结构示意图；

图5是图1中A-A剖面的爆炸图；

附图标记包括：1-安装腔、2-天线组件、3-驱动电机、4-负载天线、5-石墨轴承、6-上盖板、7-下盖板、8-第一卡接槽、9-第二卡接槽、10-第三卡接槽、11-第四卡接槽、12-负载支撑轴、13-定子、14-转子。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

图1至图3示出了本发明的第一种实施例：一种基于石墨轴承驱动的天线结构，其关键在于，包括安装腔1、从下往上间隙设置在所述安装腔1中的至少两层石墨轴承5，以及设置于相邻两层石墨轴承5间的天线组件2；所述天线组件2包括负载天线4，以及设置于所述负载天线4与所述安装腔1腔壁间的驱动电机3；所述驱动电机3的定子13固定安装在所述安装腔的腔壁上，所述驱动电机3的转子14与所述负载天线4传动连接；当所述驱动电机3开启时，所述负载天线4在所述石墨轴承5的支撑下随着转子14同轴旋转。在所述安装腔1的上端设置有上盖板6，在所述安装腔1的下端还设置有下盖板7。

请参阅图4，具体实施例，为了确保整个装置驱动电机3的轴向定位，所述上盖板6的下板面通过开设的第一卡接槽8与其下端最邻近的石墨轴承5卡接，所述下盖板7的上端面通过开设的第二卡接槽9与其上端最邻近的石墨轴承5卡接。最下层的所述石墨轴承5通过螺钉与所述下盖板7连接固定。在所述负载天线4与所述驱动电机3的转子14间还连接有负载支撑轴12，所述负载支撑轴12的上端面通过开设的第三卡接槽10与其上端最邻近的石墨轴承5卡接，所述负载支撑轴5的下端面通过开设的第四卡接槽11与其下端最邻近的石墨轴承5卡接。

为了确保负载天线4随着转子14同轴旋转，所述负载支撑轴12的至少一段外侧壁与所述转子14的内侧壁紧密贴合，所述负载支撑轴12的至少一段内侧壁与所述负载天线4的外侧壁紧密贴合。

下面，以在安装腔中从下往上设置五层石墨轴承5为例对本实施例作进一步说明。如图5所示，一层石墨轴承5a通过螺钉或者其他方式固定在下盖板7上，在一层石墨轴承5a和二层石墨轴承5b之间支撑有一轴负载支撑轴12a，一轴负载支撑轴12a连接在一轴负载天线4a与一轴驱动电机3a的一轴转子14a间，一轴驱动电机3a的一轴定子13a固定安装在安装腔1的腔壁上；在二层石墨轴承5b和三层石墨轴承5c之间支撑有二轴负载支撑轴12b，二轴负载支撑轴12b连接在二轴负载天线4b与二轴驱动电机3b的二轴转子14b间，二轴驱动电机3b的二轴定子13b固定安装在安装腔1的腔壁上；在三层石墨轴承5c和四层石墨轴承5d之间支撑有三轴负载支撑轴12c，三轴负载支撑轴12c连接在三轴负载天线4c与三轴驱动电机3c的三轴转子14c间，三轴驱动电机3c的三轴定子13c固定安装在安装腔1的腔壁上；在四层石墨轴承5d和五层石墨轴承5e之间支撑有四轴负载支撑轴12d，四轴负载支撑轴12d连接在四轴负载天线4d与四轴驱动电机3d的四轴转子14d间，四轴驱动电机3d的四轴定子13d固定安装在安装腔1的腔壁上。

可以理解的是，驱动电机3可以采用现有技术中公开的环形永磁体电机或者环形超声波马达，优选地，所述驱动电机3采用环形超声波马达。

综上所述，负载天线4与驱动电机3内外层级安装，具有结构紧凑、刚性好等优点，可保证天线整体尺寸的超低轮廓，实现通信终端低剖面设计，对比现有带传动和齿轮传动方案，具有易共形和气动性能优势；利用石墨轴承5支撑各层负载天线4，使得负载天线4转动时无机械噪声，也不存在皮带老化齿轮磨损的问题，减小维修和维护工作量，延长系统平均无故障时间，同时转动精度高，便于调整；采用定子13和转子14实现同轴转动连接，结构简单、轻量化，适用于机载平台；每层负载天线4通过独立的驱动电机3驱动，且驱动电机3的转子14直接作用在负载天线4上，反应速度较快，适用于高速、跨波束切换；可拓展性强。不仅限于四层天线结构2安装，可灵活调整天线结构数2量。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于石墨轴承驱动的天线结构，其特征在于，包括安装腔、从下往上间隙设置在所述安装腔中的至少两层石墨轴承，以及设置于相邻两层石墨轴承间的天线组件；所述天线组件包括负载天线，以及设置于所述负载天线与所述安装腔腔壁间的驱动电机；所述驱动电机的定子固定安装在所述安装腔的腔壁上，所述驱动电机的转子与所述负载天线传动连接；当所述驱动电机开启时，所述负载天线在所述石墨轴承的支撑下随着转子同轴旋转。

2.根据权利要求1所述的基于石墨轴承驱动的天线结构，其特征在于，在所述安装腔的上端设置有上盖板，在所述安装腔的下端还设置有下盖板。

3.根据权利要求2所述的基于石墨轴承驱动的天线结构，其特征在于，所述上盖板的下板面通过开设的第一卡接槽与其下端最邻近的石墨轴承卡接，所述下盖板的上端面通过开设的第二卡接槽与其上端最邻近的石墨轴承卡接。

4.根据权利要求3所述的基于石墨轴承驱动的天线结构，其特征在于，最下层的所述石墨轴承通过螺钉与所述下盖板连接固定。

5.根据权利要求1～4任一所述的基于石墨轴承驱动的天线结构，其特征在于，在所述负载天线与所述驱动电机的转子间还连接有负载支撑轴，所述负载支撑轴的上端面通过开设的第三卡接槽与其上端最邻近的石墨轴承卡接，所述负载支撑轴的下端面通过开设的第四卡接槽与其下端最邻近的石墨轴承卡接。

6.根据权利要求5所述的基于石墨轴承驱动的天线结构，其特征在于，所述负载支撑轴的至少一段外侧壁与所述转子的内侧壁紧密贴合，所述负载支撑轴的至少一段内侧壁与所述负载天线的外侧壁紧密贴合。

7.根据权利要求1或4或6所述的基于石墨轴承驱动的天线结构，其特征在于，所述石墨轴承设置成五层。