基于三伸缩杆驱动和准测地线网格结构的反射面天线转让专利
申请号 : CN202011322699.5
文献号 : CN112436292B
文献日 : 2021-07-27
发明人 : 郑飞 , 颜立德 , 陈梅 , 芮喜
申请人 : 西安电子科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于三伸缩杆驱动和准测地线网格结构的反射面天线,其特征在于,包括支撑背架(1)、反射面骨架(2)、竖向连接杆(3)、主反射面(4)、副反射面(5)、径向支撑杆(6)、馈源(7)和姿态控制装置(8),其中:所述支撑背架(1),采用包括支撑主背架(11)和支撑次背架(12)的抛物面状桁架结构,所述支撑主背架(11)采用由多个第一主杆件和多个第一主关节球连接形成的桁架结构,包括内环架、外环架和分布在内环架和外环架之间且呈辐射状均匀排列的N个径向架;所述支撑次背架(12)包括N个准测地线网格形式的桁架结构单元,每个桁架结构单元由多个第一次杆件和多个第一次关节球连接而成,分布在由支撑主背架(11)中内环架、外环架和相邻径向架所形成的空间区域内,且与第一主关节球邻近的第一次杆件与该第一主关节球相连,N≥6;
所述反射面骨架(2),采用包括反射面主骨架(21)和反射面次骨架(22)的抛物面状桁架结构,所述反射面主骨架(21)包括多个第二主杆件和多个第二主关节球,其结构和连接方式与支撑主背架(11)相同;所述反射面次骨架(22)包括N个准测地线网格形式的桁架结构单元,每个桁架结构单元由多个第二次杆件和多个第二次关节球连接而成,分布在由反射面主骨架(21)中内环架、外环架和相邻径向架所形成的空间区域内,且与第二主关节球邻近的第二次杆件与该第二主关节球相连;
所述支撑主背架(11)中每个第一主关节球与反射面主骨架(21)中对应位置的第二主关节球,以及支撑次背架(12)中每个第一次关节球与反射面主骨架(21)中对应位置的第二次关节球之间,通过竖向连接杆(3)连接;
所述主反射面(4)包括多块轻质金属板,固定在反射面骨架(2)的准测地线网格上;
所述副反射面(5)的形状为抛物面状,其口面与主反射面(4)的口面相对,并通过径向支撑杆(6)固定在主反射面(4)的焦点位置;
所述馈源(7)固定在反射面骨架(2)的顶点位置;
所述姿态控制装置(8),包括基座(81)和三根伸缩杆(82),每根伸缩杆(82)的底端通过转动副连接结构(83)与基座(81)连接,顶端通过球面副连接结构(84)与支撑主背架(11)连接,其中三个转动副连接结构(83)与基座(81)的连接点呈等边三角形分布,三个球面副连接结构(84)与支撑主背架(11)的连接点呈等边三角形分布。
2.根据权利要求1所述的基于三伸缩杆驱动和准测地线网格结构的反射面天线,其特征在于,所述第一主杆件、第一次杆件、第二主杆件和第二次杆件,均采用空心碳纤维管、空心铝合金管或空心钢管,且第一主杆件的管径大于第一次杆件的管径,第二主杆件的管径大于第二次杆件的管径,第一主杆件的管径大于第二主杆件的管径,第一次杆件的管径大于第二次杆件的管径;所述第一主关节球的直径大于第一次关节球的直径,第二主关节球的直径大于第二次关节球的直径。
3.根据权利要求1所述的基于三伸缩杆驱动和准测地线网格结构的反射面天线,其特征在于,所述主反射面(4),其所采用的轻质金属板的形状为三角形或梯形。
4.根据权利要求1所述的基于三伸缩杆驱动和准测地线网格结构的反射面天线,其特征在于,所述副反射面(5),其与主反射面(4)的焦距相等,且该副反射面(5)的焦轴与主反射面(4)的焦轴重合。
5.根据权利要求1所述的基于三伸缩杆驱动和准测地线网格结构的反射面天线,其特征在于,所述竖向连接杆(3),采用空心碳纤维管、空心铝合金管或空心钢管。
6.根据权利要求1所述的基于三伸缩杆驱动和准测地线网格结构的反射面天线,其特征在于,所述球面副连接结构(84),采用包括虎克铰链和转动铰链的复合球铰结构。
说明书 :
基于三伸缩杆驱动和准测地线网格结构的反射面天线
技术领域
背景技术
探测等领域。
天线反射面精度变差,偏离需求面形,造成天线增益降低、指向偏转、副瓣抬高等不利影响,
因此难以实现大口径天线的广泛应用。为了降低环境载荷的影响,人们开始采用桁架结构
支撑的反射面天线。由于反射面天线的桁架结构会直接影响到整体天线的重量,因此有必
要对反射面天线的桁架结构进行深入的研究。
双层环形桁架机构的反射面天线,包括内圈环形桁架、外圈环形桁架、多个内外圈连接桁架
和多个拉索结构,内圈环形桁架和外圈环形桁架之间相对应的四个顶角通过一个内外圈连
接桁架支撑。该发明存在的缺陷在于,复杂的桁架结构导致加工制造复杂,重量高,并且四
边形结构的不稳定性会影响天线的形面精度;同时多种类型的桁架结构其加工制作难度
大,成型过程过于复杂。由于重量和制造难度的限制使得反射面口径继续扩大的技术难度
越来越难以克服,因此不利于大口径天线的进一步推广使用。
发明内容
面天线的质量,并降低建造成本。
外环架和分布在内环架和外环架之间且呈辐射状均匀排列的N个径向架;所述支撑次背架
包括N个准测地线网格形式的桁架结构单元,每个桁架结构单元由多个第一次杆件和多个
第一次关节球连接而成,分布在由支撑主背架中内环架、外环架和相邻径向架所形成的空
间区域内,且与第一主关节球邻近的第一次杆件与该第一主关节球相连,N≥6。
背架相同;所述反射面次骨架包括N个准测地线网格形式的桁架结构单元,每个桁架结构单
元由多个第二次杆件和多个第二次关节球连接而成,分布在由反射面主骨架中内环架、外
环架和相邻径向架所形成的空间区域内,且与第二主关节球邻近的第二次杆件与该第二主
关节球相连。
间,通过竖向连接杆连接。
第一主杆件的管径大于第一次杆件的管径,第二主杆件的管径大于第二次杆件的管径,第
一主杆件的管径大于第二主杆件的管径,第一次杆件的管径大于第二次杆件的管径;所述
第一主关节球的直径大于第一次关节球的直径,第二主关节球的直径大于第二次关节球的
直径。
与支撑主背架的连接点呈等边三角形分布。
低天线的质量。
低廉,使得整个反射面天线结构系统总体质量显著降低,灵活性显著提高,而且易于维护和
更换。
快速地实现反射面天线在不同的工作空间的方位俯仰等姿态控制。
附图说明
具体实施方式
形成的桁架结构,包括内环架、外环架和分布在内环架和外环架之间且呈辐射状均匀排列
的N个径向架;所述支撑次背架12包括N个准测地线网格形式的桁架结构单元,每个桁架结
构单元由多个第一次杆件和多个第一次关节球连接而成,分布在由支撑主背架11中内环
架、外环架和相邻径向架所形成的空间区域内,且与第一主关节球邻近的第一次杆件与该
第一主关节球相连,N≥6;由于支撑次背架12中的桁架结构单元采用的准测地线网格形式
具有形式单一,结构稳固的特点,因此可以有效降低支撑背架1的加工难度,并且在保证天
线形面精度的同时,有效降低天线的质量。
与支撑主背架11相同;所述反射面次骨架22包括N个准测地线网格形式的桁架结构单元,每
个桁架结构单元由多个第二次杆件和多个第二次关节球连接而成,分布在由反射面主骨架
21中内环架、外环架和相邻径向架所形成的空间区域内,且与第二主关节球邻近的第二次
杆件与该第二主关节球相连。由于反射面次骨架22中的桁架结构单元采用的准测地线网格
形式具有形式单一,结构稳固的特点,因此可以有效降低反射面骨架2的加工难度,并且在
保证天线形面精度的同时,有效降低天线的质量。
主杆件的管径大于第二主杆件的管径,第一次杆件的管径大于第二次杆件的管径;所述第
一主关节球的直径大于第一次关节球的直径,第二主关节球的直径大于第二次关节球的直
径。
节球之间,通过竖向连接杆3连接。上述竖向连接杆3,采用空心钢管。
径向层数与反射面的径向分环数相同,每组阵列中最内圈的三角形面板数目为3,每层增加
三角形面板数目2,直到最外圈层为止。
反射面5的焦轴与主反射面4的焦轴重合。
背架11连接;为了满足较长的伸缩长度,要求各伸缩杆82均采用多段组合连接的结构方式;
三个转动副连接结构83与基座81的连接点呈等边三角形分布,三个球面副连接结构84与支
撑主背架11的连接点呈等边三角形分布;所述姿态控制装置8通过精确调整三根伸缩杆82
的长度和转动副连接结构83的旋转角度,快速实现对反射面天线在不同的工作空间的方位
俯仰等姿态控制;所述球面副连接结构84,采用包括虎克铰链和转动铰链的复合球铰结构;
虎克铰链包括左右对称的U型板,U型板上设置有螺纹孔,用来将虎克铰链固定在支撑主背
架11上;虎克铰链通过十字轴与转动铰链中的U型板连接;转动铰链的底端套筒与三根伸缩
杆82的上端连接。所述姿态控制装置8极大地简化其跟踪定位的支撑结构,使得整个反射面
天线结构系统总体质量显著降低,灵活性显著提高,而且易于维护和更换。
向层数与反射面的径向分环数相同,每组阵列中每个径向层数内的梯形面板数目根据梯形
的最大面积限制取1、2、4中的一种,即当该径向层内的梯形面板数目取1时,梯形的最大面
积超过了面积限制,则将该径向层内的梯形面板数目取2;当该径向层内的梯形面板数目取
2时,梯形的最大面积超过了面积限制,则将该径向层内的梯形面板数目取4,直到最外圈层
为止。
为0.014m,壁厚为0.005m,支撑主背架的空心圆管外径为0.196m,壁厚为0.047m,支撑次背
架的空心圆管外径为0.045m,壁厚为0.014m,竖向连接杆的空心圆管外径为0.125m,壁厚为
0.016m,径向撑腿的空心圆管外径为0.2m,壁厚为0.005m。所有刚性杆件选择钢材料,反射
面板厚度0.002m,采用金属铝板。
面密度为104.20kg/m ,反射面的节点绝对位置均方根误差为28.08mm。在此基础上进一步
2
进行保型设计,型面精度为0.82mm,对比参考文献中面密度为407kg/m ,型面精度为1.0mm
的反射面,可以看出本发明的反射面天线能够实现在保证天线形面精度的同时,有效降低
天线的质量。
充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的
范围。例如本实例使用了伸缩杆、反射面骨架、支撑背架、竖向连接杆等术语,但并不排除使
用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质,若把
它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。这种在不背离本发明原理、
结构的情况下,进行形式或细节上的各种修改和改变,仍在本发明的权利要求保护范围之
内。