CN114824824B - 一种基于介质筒自支撑的轻量化高精度天线反射器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于介质筒自支撑的轻量化高精度天线反射器，属于通信、测控天线技术领域，其将轻量化天线反射器拆分为主反射面、副反射面、馈源支撑、反射体骨架、馈源网络、面板调整组件等部分。主反射面由整张铝板通过数控机床一体成型压制而成，保证了主面的精度和成型率；副反射面与馈源支撑一体化设计，馈源支撑采用介质筒自支撑结构，减少了馈源撑杆对主反射面的遮挡情况，降低了天线整体的重心高度，有利于提高天线的跟踪性能；反射体骨架采用开放式、高刚度的桁架支撑结构，结构简单、转动惯量低。本发明具有重量轻、精度高、惯量低、结构简单、稳定可靠等优点。

Description

一种基于介质筒自支撑的轻量化高精度天线反射器
技术领域
本发明涉及通信、测控天线技术领域中一种基于介质筒自支撑的轻量化高精度天线反射器，尤其适用于中小口径、高精度、工作频率在Ku频段以下的圆对称天线反射器的设计与制造技术。
背景技术
随着卫星通信、航天测控技术的迅猛发展，天线反射器朝着轻量化、高刚度方向发展。在满足天线反射器整体主面精度的前提下，实现天线结构系统的轻量化、高刚度是工程中几代解决的技术问题。
传统的天线反射器采用碳纤维反射面降低重量、封闭的大尺度中心体提高刚度，适用于天线转速较慢、跟踪中高轨道同步卫星的场合，
主要存在以下不足：
1、碳纤维天线反射器一定程度上降低了系统重量，但是成本较高，不适用于X频段及以下的中小口径天线反射器，见中国专利公开号CN109687160A，名称为《一种整体式高精度碳纤维复合材料天线反射器及其制造方法》；
2、副面四点支撑的天线反射器整体重心位置高、惯量大，结构复杂、并且馈源撑杆对天线反射器的遮挡面积较大，影响天线效率，见中国专利公开号CN104393421A，名称为《一种分瓣式高精度全复合材料天线反射器》；
3、封闭的大尺度中心体结构重量较大、对天线驱动链的要求较高，不适用于天线转速较快、谐振频率高的测控站天线场合，见中国专利公开号CN104269657A，名称为《一种伞状天线反射器》。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种基于介质筒自支撑的轻量化高精度天线反射器，本发明将轻量化天线反射器拆分为主反射面、副反射面、馈源支撑、反射体骨架、馈源网络、面板调整组件等部分。主反射面由整张铝板通过数控机床一体成型压制而成，保证了主面的精度和成型率；副反射面与馈源支撑一体化设计，馈源支撑采用介质筒自支撑结构，减少了馈源撑杆对主反射面的遮挡情况，降低了天线整体的重心高度，有利于提高天线的跟踪性能；反射体骨架采用开放式、高刚度的桁架支撑结构，结构简单、转动惯量低；主反射面与反射体骨架通过多圈面板调整组件固定连接，保证了天线反射体的整体刚度与主面精度。与传统结构形式的天线反射器相比，具有重量轻、精度高、惯量低、结构简单、稳定可靠等优点，满足了测控天线高刚度、轻量化、大动态跟踪的技术需求。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于介质筒自支撑的轻量化高精度天线反射器，包括主反射面1、副反射体2、馈源支撑3、反射体骨架4、馈源网络5和面板组件6；反射体骨架4由中心体15及十二根辐射梁16构成，且十二根辐射梁16均匀配装于中心体15的外侧；主反射面1通过面板组件6连接到反射体骨架4的相应位置；所述馈源网络5通过馈源支撑3固定于反射体骨架4的中心体上，且所述副反射体2连接在馈源网络5的上方。
进一步的，所述主反射面(1)为分瓣式结构，包括多瓣扇形反射面；每瓣扇形反射面均包括扇形面板8、四组弧梁、筋梁9和弯角件10；筋梁和四组弧梁排布于扇形面板的底部，且四组弧梁的圆心均位于中心体15的中轴线上；筋梁9沿扇形面板8的直径方向将四组弧梁固定连接；所述弯角件位于筋梁和弧梁的交点处，并且将交点处的筋梁和弧梁固定连接。
进一步的，所述副反射体2自上而下依次为盖板11、副反射面12、介质筒13和胶粘环14，在副反射面12顶部相应位置通过螺钉固定连接盖板11，在副反射面12侧部相应位置通过螺钉固定连接介质筒13的顶部内缘，介质筒13的底部与胶粘环14采用胶粘工艺连接成型。
进一步的，所述反射体骨架4主要包括中心体15及十二根辐射梁16，在中心体15外侧配焊有内定位板17，每组辐射梁16内侧配焊有定位底板18，每组内定位板17和定位底板18一一对应，并通过螺栓连接。
进一步的，所述的馈源支撑3主要包括上套筒19和下套筒20；馈源支撑3采用市售铝板卷焊材质加工而成，为馈源网络5及副反射体2提供定位支撑，上套筒19和下套筒20的相应位置通过螺钉固定连接。
进一步的，所述的馈源网络5主要包括微波网络21和馈源喇叭22，馈源喇叭22连接在馈源网络的顶部，并且两者通过螺钉固定连接。
进一步的，所述面板组件6主要包括定位锥组件23、调整杆组件24，相邻的扇形反射面通过面板组件固定于反射体骨架4上；所述定位锥包括第一螺杆，所述调整杆组件包括铰接于扇形反射面边沿筋梁的调整杆；所述反射体骨架上还设有横板，横板的两侧设有槽，每一扇形反射面边沿筋梁上均设有两个调整杆和位于两个调整杆之间的定位锥组件；分别位于相邻的扇形反射面上的相邻筋梁的调整杆旋入同一横板两侧的对应槽内，并通过螺母固定；分别位于相邻的扇形反射面上的相邻筋梁的第一螺杆分别固定在同一横板的两个槽内。
进一步的，所述反射体骨架4中的中心体15为开放的双层桁架支撑结构，自上而下依次拼焊有一组上法兰25、一组上支筒26、一组中法兰28、一组中心支筒29、一组下法兰30，在中心支筒29外侧配装有外桁架31，且在外桁架31外侧依次配焊内定位板17；所述上法兰和上支筒的连接处还设有用于加固两者连接的立筋27，且立筋均匀排布于上支筒26的顶部外侧。
进一步的，所述的反射体骨架4中的辐射梁16为三角形架构的桁架支撑结构，包括第一斜杆32、拉杆33、第二斜杆34和竖杆35，所述拉杆33、第二斜杆34、竖杆和部分第一斜杆构成四边形；在竖杆35外侧的相应连接位置配焊有定位底板18。
进一步的，所述的每一扇形反射面、每一辐射梁16、每一定位锥组件23及每一调整杆组件24的结构形式完全相同，具有完全互换性，可显著提升天线反射器的现场拼装效率。
采用上述技术方案，本发明产生的有益效果是：
1、本发明提出了一种基于介质筒自支撑结构的轻量化天线反射器构型，在确保整体主面精度的前提下减少了馈源撑杆对反射面的遮挡面积，显著提升了天线系统的辐射效率。
2、反射体骨架采用开放式、高刚度的桁架支撑结构，极大降低了天线反射体整体结构的重量、转动惯量，具有结构简单、精度高、比刚度大等优点。
3、副反射面与馈源支撑一体化设计，降低了天线整体的重心高度，提高了天线的伺服驱动能力与动态特性。
4、天线反射体中的所有结构件均通过螺栓和面板调整组件进行连接，分解后的可运输单元互换性好且满足公路运输及标准集装箱运输条件。
附图说明
图1是本发明实施例中天线反射器的总装结构剖视图；
图2是本发明实施例中天线反射器的总装结构俯视图；
图3是本发明实施例中天线反射器面板组件中定位锥的放大结构示意图；
图4是本发明实施例中天线反射器面板组件中调整杆的放大结构示意图；
图5是本发明实施例中主反射面的总装结构俯视图；
图6是本发明实施例中主反射面的总装结构主视图；
图7是本发明实施例中主反射面中弯角件的放大结构示意图；
图8是本发明实施例中副反射体的总装结构示意图；
图9是本发明实施例中副反射体的装配关系结构剖视图；
图10是本发明实施例中反射体骨架的总装结构示意图；
图11是本发明实施例中反射体骨架内部连接部分的放大结构示意图；
图12是本发明实施例中反射体骨架内部中心体的装配结构示意图；
图13是本发明实施例中反射体骨架内部辐射梁的装配结构示意图；
图14是本发明实施例中馈源支撑的装配关系结构剖视图；
图15是本发明实施例中馈源支撑的装配关系结构侧视图；
图16是本发明实施例中图3和图4的使用状态结构示意图。
1.主反射面，2.副反射体，3.馈源支撑，4.反射体骨架，5.馈源网络，6.面板组件，7.弧梁，8.扇形面板，9.筋梁，10.弯角件，11.盖板，12.副反射面，13.介质筒，14.胶粘环，15.中心体，16.辐射梁，17.内定位板，18.定位底板，19.上套筒，20.下套筒，21.微波网络，22.馈源喇叭，23.定位锥，24.调整杆，25.上法兰，26.上支筒，27.立筋，28.中法兰，29.中心支筒，30.下法兰，31.外桁架，32.第一斜杆，33.拉杆，34.第二斜杆，35.竖杆。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的描述。
一种基于介质筒自支撑的轻量化高精度天线反射器，包括主反射面1、副反射体2、馈源支撑3、反射体骨架4、馈源网络5和面板组件6；反射体骨架4由中心体15及十二根辐射梁16构成，且十二根辐射梁16均匀配装于中心体15的外侧；主反射面1通过面板组件6连接到反射体骨架4的相应位置；所述馈源网络5通过馈源支撑3固定于反射体骨架4的中心体上，且所述副反射体2连接在馈源网络5的上方。
进一步的，所述主反射面1为分瓣式结构，包括多瓣扇形反射面；每瓣扇形反射面均包括扇形面板8、四组弧梁、筋梁9和弯角件10；筋梁和四组弧梁排布于扇形面板的底部，且四组弧梁的圆心均位于中心体15的中轴线上；筋梁9沿扇形面板8的直径方向将四组弧梁固定连接；所述弯角件位于筋梁和弧梁的交点处，并且将交点处的筋梁和弧梁固定连接。
进一步的，所述副反射体2自上而下依次为盖板11、副反射面12、介质筒13和胶粘环14，在副反射面12顶部相应位置通过螺钉固定连接盖板11，在副反射面12侧部相应位置通过螺钉固定连接介质筒13的顶部内缘，介质筒13的底部与胶粘环14采用胶粘工艺连接成型。
进一步的，所述反射体骨架4主要包括中心体15及十二根辐射梁16，在中心体15外侧配焊有内定位板17，每组辐射梁16内侧配焊有定位底板18，每组内定位板17和定位底板18一一对应，并通过螺栓连接。
进一步的，所述的馈源支撑3主要包括上套筒19和下套筒20；馈源支撑3采用市售铝板卷焊材质加工而成，为馈源网络5及副反射体2提供定位支撑，上套筒19和下套筒20的相应位置通过螺钉固定连接。
进一步的，所述的馈源网络5主要包括微波网络21和馈源喇叭22，馈源喇叭22连接在馈源网络的顶部，并且两者通过螺钉固定连接。
进一步的，所述面板组件6主要包括定位锥组件23、调整杆组件24，相邻的扇形反射面通过面板组件固定于反射体骨架4上；所述定位锥包括第一螺杆，所述调整杆组件包括铰接于扇形反射面边沿筋梁的调整杆；所述反射体骨架上还设有横板，横板的两侧设有槽，每一扇形反射面边沿筋梁上均设有两个调整杆和位于两个调整杆之间的定位锥组件；分别位于相邻的扇形反射面上的相邻筋梁的调整杆旋入同一横板两侧的对应槽内，并通过螺母固定；分别位于相邻的扇形反射面上的相邻筋梁的第一螺杆分别固定在同一横板的两个槽内。
进一步的，所述反射体骨架4中的中心体15为开放的双层桁架支撑结构，自上而下依次拼焊有一组上法兰25、一组上支筒26、一组中法兰28、一组中心支筒29、一组下法兰30，在中心支筒29外侧配装有外桁架31，且在外桁架31外侧依次配焊内定位板17；所述上法兰和上支筒的连接处还设有用于加固两者连接的立筋27，且立筋均匀排布于上支筒26的顶部外侧。
进一步的，所述的反射体骨架4中的辐射梁16为三角形架构的桁架支撑结构，包括第一斜杆32、拉杆33、第二斜杆34和竖杆35，所述拉杆33、第二斜杆34、竖杆和部分第一斜杆构成四边形；在竖杆35外侧的相应连接位置配焊有定位底板18。
进一步的，所述的每一扇形反射面、每一辐射梁16、每一定位锥组件23及每一调整杆组件24的结构形式完全相同，具有完全互换性，可显著提升天线反射器的现场拼装效率。
下面为一更具体的实施例：
本发明最佳实施例以某X-Y轴固定站4.5米S/X双频段天线反射器的为例。如图1-图16所示，一种轻量化高精度天线反射器，包括主反射面1、副反射体2、馈源支撑3、反射体骨架4、馈源网络5、面板组件6等部分。所述的反射体骨架4包括中心体15及十二根辐射梁16，在中心体15外侧相应位置依次配装十二根辐射梁16；所述的主反射面1通过三圈面板组件6依次连接到反射体骨架4的相应位置；在反射体骨架4顶部相应位置依次固定连接馈源支撑3、馈源网络5，馈源支撑3的上端面固定连接一套副反射体2，进而完成整个天线反射器的整体组装。
如图5-图7所示，所述的主反射面1自内而外依次串联连接四组弧梁7、一组扇形面板8、四组筋梁9、十二组弯角件10，在弧梁7与筋梁9的过度位置通过弯角件10固定连接，借助特殊工装在胶粘膜胎上依次将扇形面板8、弧梁7、筋梁9、弯角件10胶粘成型并在均衡受力状态下常温固化24小时。所述的扇形面板8材质为铝板并通过数控机床一次加工成型，所述的弧梁7、筋梁9分别采用L型铝质型材拉弯成型，所述的弯角件10采用市售铝板加工而成，最后在相应连接位置通过规格为M4X14的抽芯铆钉固定连接，进而完成主反射面1的整体组装。
如图8和图9所示，所述的副反射体2自上而下依次串联连接盖板11、副反射面12、介质筒13、胶粘环14，在副反射面12顶部相应位置通过螺钉与盖板11固定连接，在副反射面12侧部相应位置通过螺钉固定连接介质筒13，所述的介质筒13与胶粘环14采用胶粘工艺连接成型。所述的盖板11采用市售铝板材质自制而成，副反射面12采用铸造铝合金材质数控加工自制成型，介质筒13采用玻璃钢材质自制而成，自支撑副反射体2结构形式显著降低了天线整体的重心高度，进而完成副反射体的整体组装。
如图10至图13所示，所述的反射体骨架4由一套中心体15及十二套辐射梁16构成，借助特殊工装在中心体15外侧相应连接位置依次配焊内定位板17且在每组辐射梁16内侧依次配焊定位底板18，所述的内定位板17和定位底板18一一对应，共十二组。最后在中心体15外侧的内定位板17处依次配装辐射梁16并通过螺钉固定连接，进而完成反射体骨架4的整体组装。
如图14和图15所示，所述的馈源支撑3由一组上套筒19、一组下套筒20构成。馈源支撑3采用市售铝板卷焊材质加工而成，为馈源网络5及副反射体2提供定位支撑。所述的上套筒19、下套筒20通过螺钉固定连接，进而完成馈源支撑3的组装。
如图1所示，所述的馈源网络5由一套S/X频段微波网络21、一套S/X频段馈源喇叭22构成，馈源网络5与馈源支撑3通过螺钉固定连接。
如图1所示，所述的面板组件6由二十四组定位锥23及四十八组调整杆24构成，在每组主反射面底部相应位置依次通过面板组件6连接于每组辐射梁16的连接节点处，进而保证了天线整体的刚度与面型精度。
进一步的，所述的反射体骨架4中的中心体15采用开放的双层桁架支撑结构，材质为Q235市售钢板。借助特殊工装自上而下依次拼焊一组上法兰25、一组上支筒26、八组立筋27、一组中法兰28、一组中心支筒29、一组下法兰30，在中心支筒29外侧相应位置依次配装十二组外桁架31，每组外桁架31外侧依次配焊内定位板17，进而完成中心体15的整体组装。
进一步的，所述的反射体骨架4中的辐射梁16采用三角形架构的桁架结构，材质为矩形钢管。借助特殊工装自外而内依次拼焊一组第一斜杆32、一组拉杆33、一组第二斜杆34、一组竖杆35，在竖杆35外侧的相应连接位置依次配焊定位底板18，进而完成辐射梁16的整体组装。
进一步的，所述的十二组主反射面1、十二组辐射梁16、二十四组定位锥23及四十八组调整杆24的结构形式完全相同，具有完全互换性，可显著提升天线反射器的拼装效率。
综上所述，本发明专利提供的技术方案通过将全自动天线换馈系统拆分为升降机构、平移换馈机构、馈源支撑机构部分，通过升降机构实现天线多组馈源位姿的垂直方向运动，通过平移换馈机构实现天线多组馈源位姿的水平方向运动，通过极化旋转机构实现天线馈源位姿绕自身轴线的旋转运动，满足了天线多组馈源的换馈定焦要求；在所需的天线馈源移动到位时，通过高精度角度传感器及微动限位开关为机械运动进行预判，防止机械碰撞损坏。通过基于丝杠副、导轨副的升降机构传动链，使得多组馈源在天线收藏状态时移动至丝杠行程下限后锁定，有效降低了天线整体的高度，满足了天线的装车要求。本技术方案具有高精度、全自动、多自由度调整、稳定可靠，实现性强等优点，是对现有技术方案的一个创造性的重要改进。
需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。
此外，出于简化叙述的目的，本专利也可能没有列举一些寻常的具体实施方案，这些方案是本领域普通技术人员在理解了本专利技术方案后能够自然而然想到的，显然，这些方案也应包含在本专利的保护范围之内。
出于简化叙述的目的，上述各具体实施方式对于技术细节的公开程度可能仅仅达到本领域技术人员可以自行决断的程度，即，对于上述具体实施方式没有公开的技术细节，本领域普通技术人员完全可以在不付出任何创造性劳动的情况下，在本专利技术方案的充分提示下，借助于教科书、工具书、论文、专利、音像制品等等已公开文献予以完成，或者，这些细节是在本领域普通技术人员的通常理解下，可以根据实际情况自行作出决定的内容。可见，即使不公开这些技术细节，也不会对本专利技术方案的公开充分性造成影响。
总之，在结合了本专利说明书对权利要求书保护范围的解释作用的基础上，任何落入本专利权利要求书涵盖范围的具体实施方案，均在本专利的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于介质筒自支撑的轻量化高精度天线反射器，其特征在于，包括主反射面(1)、副反射体(2)、馈源支撑(3)、反射体骨架(4)、馈源网络(5)和面板组件(6)；反射体骨架(4)由中心体(15)及十二根辐射梁(16)构成，且十二根辐射梁(16)均匀配装于中心体(15)的外侧；主反射面(1)通过面板组件(6)连接到反射体骨架(4)的相应位置；所述馈源网络(5)通过馈源支撑(3)固定于反射体骨架(4)的中心体上，且所述副反射体(2)连接在馈源网络(5)的上方；
所述副反射体(2)自上而下依次为盖板(11)、副反射面(12)、介质筒(13)和胶粘环(14)，在副反射面(12)顶部相应位置通过螺钉固定连接盖板(11)，在副反射面(12)侧部相应位置通过螺钉固定连接介质筒(13)的顶部内缘，介质筒(13)的底部与胶粘环(14)采用胶粘工艺连接成型；
所述的馈源支撑(3)主要包括上套筒(19)和下套筒(20)；馈源支撑(3)采用市售铝板卷焊材质加工而成，为馈源网络(5)及副反射体(2)提供定位支撑，上套筒(19)和下套筒(20)的相应位置通过螺钉固定连接；
所述面板组件(6)主要包括定位锥组件(23)、调整杆组件(24)，相邻的扇形反射面通过面板组件固定于反射体骨架(4)上；所述定位锥组件包括第一螺杆，所述调整杆组件包括铰接于扇形反射面边沿筋梁的调整杆；所述反射体骨架上还设有横板，横板的两侧设有槽，每一扇形反射面边沿筋梁上均设有两个调整杆和位于两个调整杆之间的定位锥组件；分别位于相邻的扇形反射面上的相邻筋梁的调整杆旋入同一横板两侧的对应槽内，并通过螺母固定；分别位于相邻的扇形反射面上的相邻筋梁的第一螺杆分别固定在同一横板的两个槽内；
所述的反射体骨架(4)中的辐射梁(16)为三角形架构的桁架支撑结构，包括第一斜杆(32)、拉杆(33)、第二斜杆(34)和竖杆(35)，所述拉杆(33)、第二斜杆(34)、竖杆和部分第一斜杆构成四边形；在竖杆(35)外侧的相应连接位置配焊有定位底板(18)。
2.根据权利要求1所述的一种基于介质筒自支撑的轻量化高精度天线反射器，其特征在于，所述主反射面(1)为分瓣式结构，包括多瓣扇形反射面；每瓣扇形反射面均包括扇形面板(8)、四组弧梁、筋梁(9)和弯角件(10)；筋梁和四组弧梁排布于扇形面板的底部，且四组弧梁的圆心均位于中心体(15)的中轴线上；筋梁(9)沿扇形面板(8)的直径方向将四组弧梁固定连接；所述弯角件位于筋梁和弧梁的交点处，并且将交点处的筋梁和弧梁固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于介质筒自支撑的轻量化高精度天线反射器，其特征在于，所述的馈源网络(5)主要包括微波网络(21)和馈源喇叭(22)，馈源喇叭(22)连接在馈源网络的顶部，并且两者通过螺钉固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于介质筒自支撑的轻量化高精度天线反射器，其特征在于，所述反射体骨架(4)中的中心体(15)为开放的双层桁架支撑结构，自上而下依次拼焊有一组上法兰(25)、一组上支筒(26)、一组中法兰(28)、一组中心支筒(29)、一组下法兰(30)，在中心支筒(29)外侧配装有外桁架(31)，且在外桁架(31)外侧依次配焊内定位板(17)；所述上法兰和上支筒的连接处还设有用于加固两者连接的立筋(27)，且立筋均匀排布于上支筒(26)的顶部外侧。
5.根据权利要求1所述的一种基于介质筒自支撑的轻量化高精度天线反射器，其特征在于，所述的每一扇形反射面、每一辐射梁(16)、每一定位锥组件(23)及每一调整杆组件(24)的结构形式完全相同，具有完全互换性，可显著提升天线反射器的现场拼装效率。
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