專利名稱：一種空間二維天線轉動機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種空間應用天線轉動機構，特別是一種空間應用的二維天線轉動 機構，該發(fā)明可用于各類機械可動的空間通信天線和跟蹤天線的二維轉動功能。屬于空間天線技術領域。
背景技術：
機械可動天線是指采用機械方式實現(xiàn)天線波束移動的天線技術，常用在高增益 點波束天線上，實現(xiàn)對預定目標的指向或跟蹤，并建立通信鏈路。隨著我國跟蹤與數(shù)據(jù) 中繼衛(wèi)星的建設，低軌道用戶星為了與中繼衛(wèi)星建立星間鏈路實現(xiàn)星間信號傳輸，都裝 備有機械可動的高增益終端天線，天線工作在Ka頻段，天線通常采用程控跟蹤或程控 跟蹤與自動跟蹤結合的跟蹤方式實現(xiàn)對中繼衛(wèi)星的跟蹤并建立星間通信鏈路傳輸數(shù)據(jù)信 號。 機械可動終端天線要實現(xiàn)對中繼衛(wèi)星的跟蹤需要大角度轉動，通常要求是覆蓋 上半球空間，要實現(xiàn)如此大角度的轉動功能，需要兩維大角度轉動的機構才能實現(xiàn)。常用的兩維機構有方位-俯仰型或X-Y型，方位-俯仰型要求方位轉動360°，俯仰轉動 0°至90°，方位-俯仰型有兩個局限性，一是過頂有盲區(qū)，二是多路波導饋電難以實 現(xiàn)，而X-Y型則可解決以上的局限，首先X-Y型機構在過頂跟蹤時沒有盲區(qū)，其次X-Y 型實現(xiàn)多通道饋電相對容易，因此機械可動終端天線常用X-Y型二維轉動機構，一般要 求每軸轉動士90°即可實現(xiàn)上半球覆蓋。目前常用的中繼終端天線的射頻通道包括2個 S電纜和3路射頻波導。要解決波導在穿過轉動軸時既要滿足轉動功能又要傳輸微波信 號的難題，特別是高頻段信號常用的解決的方法是采用微波旋轉關節(jié)。機械可動終端天線實現(xiàn)對中繼衛(wèi)星跟蹤的關鍵是二維轉動機構在實現(xiàn)兩維大角 度轉動同時滿足多路饋電的要求，同時滿足反射器安裝、鎖緊和展開等天線其他部件的 接口要求，此外還要滿足空間應用的小型化、輕量化及環(huán)境適應性要求。目前機械可動天線在衛(wèi)星對地通信中應用較多，但應用的二維天線轉動機構一 般轉動角度小，饋電相對簡單，轉動支架多采用單臂支撐，支撐剛度低，即使有大角度 轉動的二維天線轉動機構，一般也不涉及多通道饋電問題，相對容易實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術解決問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種適用于中繼星用戶 終端天線和其他星間鏈路天線應用的二維天線轉動機構。本發(fā)明的技術解決方案是一種空間二維天線轉動機構，包括支座、第一支 架、第二支架、兩個轉動單元、轉軸、擋圈和端蓋，四個軸承；第一支架為十字正交結構，分別記為X軸和Y軸，X軸、Y軸兩端的支臂方向相 反，X軸一端支臂上設置傳動連接接口，另一端支臂上設置轉動支撐接口； Y軸一端支 臂上設置轉動單元連接接口，另一端支臂上設置轉動支撐接口；支座截面為U形結構，U形結構一端為轉動單元連接接口，另一端為轉動支撐接口；支座置于第一支架的X軸 兩端支臂內(nèi)部形成一個方腔，支座的轉動單元連接接口與X軸傳動連接接口連接；第二 支架截面為U形結構，U形結構一端為傳動連接接口，另一端為轉動支撐接口；第二支 架支臂兩端置于第一支架的Y軸支臂外部形成一個方腔，第二支架的傳動連接接口與第 一支架Y軸的轉動單元連接接口連接；兩個轉動單元的輸出軸分別與兩個方腔內(nèi)部的轉 動單元連接接口連接，分別作為X、Y兩軸的驅動部分；兩個轉軸分別穿過兩個方腔內(nèi) 的轉動支撐接口，轉軸一端通過法蘭固定在方腔內(nèi)壁，擋圈置于兩個軸承中間后依次安 裝在方腔外轉軸上，通過端蓋壓緊，分別形成X、Y兩軸的轉動支撐部分。 所述的第一支架采用減輕腔結構，減輕腔兩面表面粘接加強面板。所述的轉動單元包括步進電機、諧波減速器和旋轉變壓器；由步進電機通過電 纜接收轉動指令轉動，通過諧波減速器傳動帶動輸出軸轉動，輸出軸帶動支架轉動實現(xiàn) 機構的轉動，機構轉動角度信息的反饋通過旋轉變壓器實現(xiàn)。所述第一支架的X軸、Y軸交點處設置電纜接口。所述第二支架的U形底面設置饋源接口、反射器接口及鎖緊接口。所述的第一支架的Y軸靠近轉動支撐接口的一側設置旋轉關節(jié)支架接口。所述的支座的底面靠近轉動支撐接口的一側設置波導接口。所述的支座的底面中間設置展開臂接口，并在支座底面中間開孔作為波導和電 纜接口。本發(fā)明的技術工作原理是由步進電機接收轉動指令轉動，通過諧波減速器傳 動帶動輸出軸轉動，輸出軸帶動支架轉動實現(xiàn)機構的轉動，機構轉動角度信息的反饋通 過旋轉變壓器實現(xiàn)。X、Y兩軸分布為空間正交分布，X軸轉動時帶動第一支架及Y軸 整體實現(xiàn)機構X軸的轉動，Y軸轉動帶動第二支架轉動實現(xiàn)機構Y軸的轉動。原理圖見 圖1所示。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比有益效果為(1)本發(fā)明結構緊湊，能適應大角度轉動空間天線安裝尺寸和多路饋電波導及 旋轉關節(jié)布局要求和空間天線狹小安裝空間要求，接口和環(huán)境適應性好；采用輕量化設 計，用雙臂支撐和結構加強，減輕了天線的重量，提高了系統(tǒng)的剛度和可靠性。(2)本發(fā)明支座、第一支架兩軸、第二支架采用整體U型結構，并采取加強措 施，既可有效提高結構的剛度和強度，同時也為波導、旋轉關節(jié)和電纜提供可靠的安裝 固定的空間和接口，可以較好的保證轉動的穩(wěn)定性。(3)本發(fā)明結構方案接口兼容性好，能夠較好的實現(xiàn)與饋電部件、鎖緊部件和展 開或固定部件的連接功能，適應性好。(4)本發(fā)明在支座、第一支架兩軸、第二支架上設置通腔，即可作為波導、電纜 接口，便于實現(xiàn)天線饋電連接，又起到結構減重作用。


圖1為本發(fā)明二維轉動機構原理圖；圖2為本發(fā)明二維轉動機構構成圖；圖3為本發(fā)明二維轉動機構轉動單元外形圖4a、4b為本發(fā)明第一支架減輕腔上下兩面加強前狀態(tài)；圖5a、5b為本發(fā)明第一支架減輕腔加強后狀態(tài)；圖6為本發(fā)明二維轉動機構外形圖；圖7為本發(fā)明二維轉動機構接口示意圖；圖8 圖11為 本發(fā)明二維轉動機構轉動不同角度示意；
具體實施例方式如圖2所示，一種空間二維天線轉動機構，包括支座1、第一支架7、第二支架 8、兩個轉動單元2、轉軸3、擋圈4和端蓋5，四個軸承6 ；第一支架7為十字正交結構，分別記為X軸和Y軸，X軸、Y軸兩端的支臂方 向相反，X軸一端支臂上設置傳動連接接口，另一端支臂上設置轉動支撐接口； Y軸一 端支臂上設置轉動單元連接接口，另一端支臂上設置轉動支撐接口；支座1截面為U形 結構，U形結構一端為轉動單元連接接口，另一端為轉動支撐接口；支座1置于第一支架 7的X軸兩端支臂內(nèi)部形成一個方腔，支座1的轉動單元連接接口與X軸傳動連接接口連 接，如圖6所示；第二支架8截面為U形結構，U形結構一端為傳動連接接口，另一端 為轉動支撐接口；第二支架8支臂兩端置于第一支架7的Y軸支臂外部形成一個方腔，第 二支架8的傳動連接接口與第一支架7Y軸的轉動單元連接接口連接；兩個轉動單元2的 輸出軸分別與兩個方腔內(nèi)部的轉動單元連接接口連接，分別作為X、Y兩軸的驅動部分； 兩個轉軸3分別穿過兩個方腔內(nèi)的轉動支撐接口，轉軸3 —端通過法蘭固定在方腔內(nèi)壁， 擋圈置于兩個軸承中間后依次安裝在方腔外轉軸3上，通過端蓋5壓緊，分別形成X、Y 兩軸支撐端的轉動支撐部分。如圖3a所示，所述的轉動單元2包括步進電機21、諧波減速器22和旋轉變壓器 23；由步進電機21通過電纜接收轉動指令轉動，通過諧波減速器22傳動帶動輸出軸轉 動，輸出軸帶動支架轉動實現(xiàn)機構的轉動，機構轉動角度信息的反饋通過旋轉變壓器23 實現(xiàn)。轉動單元2由一個步進電機21、一個諧波減速器22、一個旋轉變壓器23、兩個 軸承24、一個輸出軸25、兩個擋圈26及外殼I 27、外殼II 28及端蓋29構成，如圖3b ； 諧波減速器22輸入端與電機21轉軸連接，諧波減速器22輸出端與輸出軸25連接，諧波 減速器22安裝在外殼I 27內(nèi)，旋轉變壓器23內(nèi)圈和軸承24內(nèi)圈安裝于輸出軸25，旋轉 變壓器23外圈、擋圈26和軸25承外圈安裝于外殼II 28;安裝諧波減速器22的外殼I 27 與安裝旋轉變壓器23和軸承24的輸出軸25及外殼II 28、端蓋29連接組成轉動單元2。如圖4a、4b所示，第一支架7采用減輕腔結構，為提高機構的剛度和強度，在 第一支架7的減輕腔兩面表面粘接加強面板9，如圖5a、5b所示。如圖7所示，本發(fā)明結構可以滿足多個接口的設置，第一支架7的X軸、Y軸 交點處設置電纜接口 D，第一支架7的Y軸靠近轉動支撐接口的一側設置旋轉關節(jié)支架接 口 C，第二支架8的U形底面設置饋源接口 E、反射器接口 F及鎖緊接口 G。支座1的 底面靠近轉動支撐接口的一側設置波導接口 B。支座1的底面中間位置設置展開臂接口 A，并在支座1底面中間開孔作為波導和電纜接口。如圖2、圖6、圖7所示，本發(fā)明實施后結構簡單、緊湊，實現(xiàn)的二維機構可以在X軸士90°、Y軸士90°范圍的轉動，實現(xiàn)對半球空間的覆蓋。圖8至圖11為二維 轉動機構各個軸在士90°轉動的過程。同時每個軸的各轉動結構件通過整體支架在同一 個旋轉軸上安裝，可以保證各零部件的同軸度和旋轉穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的剛度和強度； 轉動單元為集成化模塊，可以實現(xiàn)單軸的轉動功能，方便裝配和測試；機構的支架設置 不同的連接接口，可方便的實現(xiàn)與其它部件的連接。上述機構材料采用通用的航天空間用材料即可，例如鋁合金、鈦合金。本發(fā)明未詳細說明部分屬于本領域技術人員公知常識。
權利要求
1.一種空間二維天線轉動機構，其特征在于包括支座(1)、第一支架(7)、第二支 架(8)、兩個轉動單元(2)、轉軸(3)、擋圈(4)和端蓋(5)，四個軸承(6)；第一支架(7)為十字正交結構，分別記為X軸和Y軸，X軸、Y軸兩端的支臂方向 相反，X軸一端支臂上設置傳動連接接口，另一端支臂上設置轉動支撐接口； Y軸一端 支臂上設置轉動單元連接接口，另一端支臂上設置轉動支撐接口 ；支座(1)截面為U形 結構，U形結構一端為轉動單元連接接口，另一端為轉動支撐接口 ；支座(1)置于第一 支架(7)的X軸兩端支臂內(nèi)部形成一個方腔，支座(1)的轉動單元連接接口與X軸傳動 連接接口連接；第二支架(8)截面為U形結構，U形結構一端為傳動連接接口，另一端 為轉動支撐接口 ；第二支架(8)支臂兩端置于第一支架(7)的Y軸支臂外部形成一個方 腔，第二支架(8)的傳動連接接口與第一支架(7)Y軸的轉動單元連接接口連接；兩個轉 動單元(2)的輸出軸分別與兩個方腔內(nèi)部的轉動單元連接接口連接，分別作為X、Y兩軸 的驅動部分；兩個轉軸(3)分別穿過兩個方腔內(nèi)的轉動支撐接口，轉軸(3)—端通過法蘭 固定在方腔內(nèi)壁，擋圈置于兩個軸承中間后依次安裝在方腔外轉軸(3)上，通過端蓋(5) 壓緊，分別形成X、Y兩軸的轉動支撐部分。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種空間二維天線轉動機構，其特征在于所述的第一支 架(7)采用減輕腔結構，減輕腔兩面表面粘接加強面板。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種空間二維天線轉動機構，其特征在于所述的轉動單 元(2)包括步進電機(21)、諧波減速器(22)和旋轉變壓器(23)；由步進電機(21)通過 電纜接收轉動指令轉動，通過諧波減速器(22)傳動帶動輸出軸轉動，輸出軸帶動支架轉 動實現(xiàn)機構的轉動，機構轉動角度信息的反饋通過旋轉變壓器(23)實現(xiàn)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種空間二維天線轉動機構，其特征在于所述第一支架(7)的X軸、Y軸交點處設置電纜接口。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種空間二維天線轉動機構，其特征在于所述第二支架(8)的U形底面設置饋源接口、反射器接口及鎖緊接口。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種空間二維天線轉動機構，其特征在于所述的第一支 架(7)的Y軸靠近轉動支撐接口的一側設置旋轉關節(jié)支架接口。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種空間二維天線轉動機構，其特征在于所述的支座(1) 的底面靠近轉動支撐接口的一側設置波導接口。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種空間二維天線轉動機構，其特征在于所述的支座(1) 的底面中間設置展開臂接口，并在支座(1)底面中間開孔作為波導和電纜接口。
全文摘要
一種空間二維天線轉動機構，第一支架為十字正交結構，分別記為X軸和Y軸，X軸、Y軸兩端的支臂方向相反；支座截面為U形結構，支座置于第一支架的X軸兩端支臂內(nèi)部形成一個方腔，支座的轉動單元連接接口與X軸傳動連接接口連接；第二支架截面為U形結構；第二支架支臂兩端置于第一支架的Y軸支臂外部形成一個方腔，第二支架的傳動連接接口與第一支架Y軸的轉動單元連接接口連接；兩個轉動單元的輸出軸分別與兩個方腔內(nèi)部的轉動單元連接接口連接，分別作為X、Y兩軸的驅動部分；兩個轉軸分別穿過兩個方腔內(nèi)的轉動支撐接口，轉軸一端通過法蘭固定在方腔內(nèi)壁，擋圈置于兩個軸承中間后依次安裝在方腔外轉軸上，通過端蓋壓緊。
文檔編號H01Q3/08GK102013573SQ20101029806
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權日2010年9月29日
發(fā)明者冀有志, 史明, 宋劍鳴, 張劍, 張學剛, 張文會, 張春, 許智 申請人:西安空間無線電技術研究所