6 m轉(zhuǎn)臺式全動高轉(zhuǎn)速精密天線系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

趙 棟，蘇 偉

（中國電子科技集團公司第三十九研究所，陜西 西安710065）

隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用和新技術(shù)、新型器件的出現(xiàn)，促使衛(wèi)星通信地球站天線座架的設(shè)計水平不斷提高[1]。天線整機的性能指標在很大程度上取決于天線及天線座架的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝水平，天線座架的機械性能有些直接休現(xiàn)了整個設(shè)備的使用性能[2]。天線座架是衛(wèi)星通信地球站外部設(shè)備的重要組成部分。它是用來支撐天線、使天線完成預(yù)定運動、并能輸出數(shù)據(jù)的裝置[3]。天線座架是天線系統(tǒng)極其重要的一部分，天線座架設(shè)計的好壞，會直接影響天線系統(tǒng)的精度、制造成本、制造周期、可維修性、可靠性。

本文結(jié)合某研制項目，根據(jù)天線系統(tǒng)下達的具體指標要求，分析確定了天線座架的結(jié)構(gòu)形式，然后詳細設(shè)計了天線座架的各個主要部分，最后將實物測試參數(shù)與指標要求進行對比，表明天線座架實際性能達到了設(shè)計的預(yù)期，可以滿足用戶各項指標要求。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

6 m天線結(jié)構(gòu)包括反射器結(jié)構(gòu)、座架結(jié)構(gòu)和輔助設(shè)施等。天線結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)如圖1所示。

圖16 m天線結(jié)構(gòu)示意圖

1.1天線反射器

反射器包括：主反射器、副反射器及其支撐桿。天線反射器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 天線反射器結(jié)構(gòu)示意圖

6 m天線主反射面為修正型旋轉(zhuǎn)拋物面。為了提高精度、便于安裝運輸，主反射面分成16塊可獨立調(diào)整的面板。每塊面板均由拉伸成型的2A12鋁合金蒙皮和筋條在鉚胎上鉚接而成，具有足夠的剛度和強度，如圖3所示。

圖3 天線面板結(jié)構(gòu)示意圖

為了便于維護人員進入主反射面內(nèi)，在其中一塊面板上開有窗口，如圖4所示。

圖4 開窗面板結(jié)構(gòu)示意圖

反射面背架結(jié)構(gòu)的主要作用是支撐主反射面板，同時也是提供調(diào)整面板的一種手段。背架是由16片沿圓周向均勻排列的主力輻射梁及若干。

環(huán)梁構(gòu)成的鋼制空間桁架，各主力輻射梁之間的周向依靠由環(huán)梁連接。此外沿反射器背面有斜撐桿，以改善抗扭剛度。環(huán)梁和交叉桿件均由無縫鋼管和角鋼加工而成，背架中各零件均用螺栓連接。

副反射體為直徑0.6 m的修正型旋轉(zhuǎn)雙曲面，它由鑄造鋁合金經(jīng)數(shù)控車床加工成，副反射器支撐機構(gòu)由四根撐桿構(gòu)成，支撐在主反射器背架結(jié)構(gòu)上，四根撐桿在頂部組件連接在一起，構(gòu)成一個穩(wěn)定的空間桁架，用以支撐和調(diào)整副反射面，如圖5所示。

圖5 副反射器結(jié)構(gòu)示意圖

1.2天線座架

天線座架是天線、饋電系統(tǒng)的支撐機構(gòu)，又是天線驅(qū)動系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)。故要求它有良好的機械運轉(zhuǎn)性能和指向精度。

天線座主要由方位組合、俯仰組合兩大部分組成，方位俯仰均采用。雙電機驅(qū)動，如圖6所示。傳動裝置、電機和電纜等部分均內(nèi)置于密閉的空間內(nèi)，可以有效防止風沙對天線的侵襲，提高了設(shè)備的防護性能。

圖6 天線座架結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.1方位組合

方位組合包括立柱、方位傳動裝置、雙電機、電纜卷繞機構(gòu)等。立柱為鋼管結(jié)構(gòu)，內(nèi)部布置加強筋，立柱底板與塔基連接，立柱底部有一個入口，便于安裝維護人員進入。立柱上方采用轉(zhuǎn)盤軸承，軸承外圈與立柱固定，內(nèi)圈與方位大齒輪為一體，可繞方位軸轉(zhuǎn)動。方位傳動位于立柱密閉空間內(nèi)，轉(zhuǎn)盤軸承外加有防護罩，可防止沙塵進入，保證傳動精度及可靠性。立柱上法蘭中間留有線孔，在波導(dǎo)及線纜穿入后密封，如圖7所示。

圖7 方位底座結(jié)構(gòu)示意圖

電纜卷繞機構(gòu)由掛鏈和滑動線盤組成，掛鏈上端固定在隨方位轉(zhuǎn)動的圓柱上，下端圓環(huán)與固定在立柱底部的導(dǎo)柱聯(lián)接，電纜則分開固定在中間的幾個圓環(huán)上，方位轉(zhuǎn)動時，電纜隨掛鏈一起扭轉(zhuǎn)，載荷主要由掛鏈承擔，同時也避免了電纜之間的互相纏繞。如圖8所示。

圖8 電纜卷繞機構(gòu)示意圖

方位傳動裝置由末級齒輪副和行星減速器組成，當電機工作時，通過行星減速器和末級小齒輪帶動大齒輪，驅(qū)動天線方位轉(zhuǎn)動。方位行星減速器和電機位于立柱頂部，采用雙鏈型式，以得到更好的抗風能力和消除間隙的效果，從而提高天線設(shè)備的可靠性。

方位限位固定在方位軸的一側(cè)，并通過齒輪與方位軸上的齒輪嚙合，方位限位與方位軸齒輪速比為1∶2，這樣可將限位開關(guān)的范圍由±180°轉(zhuǎn)化為±90°，便于限位的調(diào)整。如圖9所示。

圖9 方位限位機構(gòu)示意圖

1.2.2俯仰組合

俯仰組合由俯仰支架、俯仰傳動裝置、俯仰叉臂、雙電機等組成。俯仰支架為一個鋼板焊接而成的U型箱體結(jié)構(gòu)，其底部與方位轉(zhuǎn)臺連接，底部中間孔用來鋪設(shè)電纜和波導(dǎo)，內(nèi)部兩側(cè)裝有俯仰傳動裝置。俯仰支架一面安裝有橡膠緩沖塊，以防天線在下俯時的過度沖擊，在另一面設(shè)置有俯仰鎖定孔，用以在朝天位置的俯仰鎖定，如圖10所示。

圖10 俯仰組合示意圖

俯仰傳動裝置與方位傳動裝置類似，同樣由末級齒輪、行星減速器和電機組成雙鏈系統(tǒng)。為了提高模塊化程度，俯仰和方位采用同一參數(shù)的末級齒輪副。俯仰傳動裝置均放置在封閉的空間內(nèi)，避免沙塵雜物的進入，如圖11所示。

圖11 俯仰防塵示意圖

俯仰叉臂分左右兩個，也是由鋼板焊接而成的箱式結(jié)構(gòu)。其內(nèi)側(cè)與俯仰轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈連接，通過兩個轉(zhuǎn)盤軸承構(gòu)成俯仰軸，中間孔可用來穿過電纜和波導(dǎo)。俯仰叉臂頂部連接一個由矩形鋼管焊接而成的框架，用于和天線反射體連接。

1.3輔助設(shè)備

1.3.1扶梯和平臺

天線配備有維修用的扶梯和平臺，便于維修人員安全、方便地接近安裝在天線中心體的電子設(shè)備以及方位和俯仰驅(qū)動機構(gòu)等設(shè)備。如圖12所示。

圖12 扶梯平臺示意圖

1.3.2避雷器

天線上配有避雷針用來保護天線系統(tǒng)，為了避免干擾，避雷線與其它電纜分離，布置在天線外側(cè)，避雷線的俯仰旋轉(zhuǎn)部分預(yù)留余量，方位旋轉(zhuǎn)部位采用圓環(huán)型的滑軌，保證在方位任意角度時避雷線上下部分能夠不間斷導(dǎo)通，避免了避雷線的大范圍纏繞。如圖13所示。

圖13 避雷線布置示意圖

2 性能驗證

2.1指標要求

機械性能指標要求如下：

a）天線轉(zhuǎn)動范圍

方位：±180°，俯仰：0 ～ 90°，極化：±90°；

b）驅(qū)動角速度（方位俯仰相同）

0.01°/s ～ 5°/s（連續(xù)可調(diào)）；

c）極化轉(zhuǎn)速 0.05°/s ～ 2°/s；

d）指向精度＜0.1 r.m.s.

2.2測試結(jié)果

對天線實物進行測試，將機械性能結(jié)果進行匯總，結(jié)果如表1所示。

表1 天線機械性能測試結(jié)果匯總表

3 結(jié)束語

通過實物測試結(jié)果與指標要求進行對比，可看出天線結(jié)構(gòu)性能各項指標均能滿足用戶指標要求，驗證了天線結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的合理性。目前，該天線系統(tǒng)已在國內(nèi)兩處建站運行，各項性能良好穩(wěn)定。

參考文獻：

[1]施永釗.五米天線A-E座架設(shè)計[J].無線電通信技術(shù)，1983（8）：27-35.

[2]吳風高.雷達天線座結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)狀和動態(tài)[J].西北電訊工程學(xué)院學(xué)報，1980（12）：20-35.

[3]王文緒.7.5米天線座架的設(shè)計特點[J].無線電通信技術(shù)術(shù)，1986（08）：50-53.