天线副面组件的折叠设计

王 红，赵 奇，田亚朋

(1 中国电子科技集团公司第三十九研究所，陕西 西安 710065；2 陕西省天线与控制技术重点实验室，陕西 西安 710065；3 西安现代控制技术研究所，陕西 西安 710065)

0 引言

天线副面是天线的重要组成部分,对于天线的副面调整有三种方法:第一种是天线副反射面的位姿调整,馈源系统都不动;第二种是副面组件和馈源系统作为整体进行调整;第三种是副面组件调整,馈源系统不动。文献[1-11]是有关天线副反射面位姿的各种论述,是第一种方法的研究与应用。文献[12]论述了副反射面和馈源网络一起作二维运动,实现对副面的调整,是第二种方法的研究与应用。文中详细论述了副面组件作为一整体,旋转180°后,副面组件折叠在馈源系统的侧面,是第三种方法的研究。

1 设计要求

为适应现代战争需求,天线需要具有足够灵活的运输转移能力,对车载天线的需求逐步扩大。由于车辆运输过程中有涵洞、桥梁等特殊地域的影响,对天线高度和宽度的限制。如对于口径5 m的车载天线,在运输过程中,由于高度的限制,需要将超高的副面组件完全折叠向下,收在喇叭顶面以下的要求。

2 副面组件折叠设计

如图1所示,为实现通信系统信号的可靠稳定传输,工作状态下副面是通过支撑件固定在喇叭顶的合适位置。以便更好发挥整个设备的最大效用。支套是天线馈源的组成部分,起到保护和支撑馈源的作用。

图1 工作状态下的副面组件位置Fig.1 Location of the sub-reflector assembly in the working state

文中论述的副面组件,需要折叠以降低运送高度,而且要求快速复原并进入工作状态,因此副面组件需要一个转轴组件,将原有的副面组件整体旋转后实现折叠的效果。

2.1 转轴组件的设计

转轴组件的作用是使副面组件整体折叠向下,也就是副面组件作为一个整体围绕支套顶部一侧转轴做顺时180°的旋转,完成副面组件从支套顶部翻转后固定在支套侧面。外现的变化就是:处在副面组件最底的底板,经旋转折叠后处在了副面组件的最顶端。

设计转轴组件,需要先确定转轴组件的轴心。如图2所示,通过几何分析,点O就是要找的轴心,即后文提到的转轴的轴心。副面组件折叠实物如图3所示。

图2 转轴组件轴心求解简化图Fig.2 Simplified diagram of the axis of the rotating shaft assembly

图3 副面组件折叠实物图Fig.3 Folding physical map of the sub-reflector assembly

另外,由于副面组件是露天使用,避免不了各种天气环境的考核。旋转有很多种机械结构,通过实验与对比,最后确定采用轴承形式。馈源采用的轴承一般是含油封的,但在遇见各种恶劣天气会有可靠性差问题。考虑副面重量,旋转速度不快,价格等因素采用了自润滑、免维护的晋信JFB650型号的15E7轴承。

转轴组件的左右两边连轴与转轴通过键连为一体,连轴与副面组件通过螺钉装配为一体。左右两边的联轴节与馈源主体同样通过螺钉装配在一起,联轴节与轴承为过盈配合并与馈源成为一体。副面组件通过连轴连接转轴,转轴与轴承是间隙配合,所以转轴可绕以两个联轴节定位的转轴旋转,实现了副面组件绕转轴360°旋转。

通过以上的分析研究,采用Proe软件设计的副面转轴组件如图4所示。

图4 转轴组件Fig.4 The rotating shaft assembly

2.2 制动缓冲锁定的设计

轴承除旋转功能外,还需要具有制动和缓冲及锁定装置。

圆筒支套是固定的,可做为副面组件旋转的基准,通过分析,缓冲装置安装在副面组件旋转后与支套侧壁相接之处。根据杠杆原理,制动装置安装在副面组件的上法兰位置。

副面组件旋转后有一定的冲击力,为避免撞坏馈源,需要增加缓冲装置。选丁睛橡胶板为缓冲材料。

当制动装置碰到缓冲装置后,通过两个安装在制动装置上的蝶形不脱出螺杆迅速锁定在缓冲装置上。用于锁定的蝶形不脱出螺杆如图5所示。

图5 蝶形不脱出螺杆三维图Fig.5 3D view of the butterfly screw

2.3 快速复位设计

由于折叠空间受限,要求折叠复原精度高、速度快,同时还要考虑折叠操作的安全性,设计了与转轴组件中轴为60°～90°的夹角止口,止口高度为2 mm,有利于副面组件精准复位。正对转轴组件的副面组件底座装有蝶形不脱出螺杆,以实现副面组件的快速复原功能,如图6所示。

图6 快速复位示意图Fig.6 Schematic diagram of the rapid reset

3 仿真与测试

设计的可折叠天线副面实物如图7所示,仿真得到的天线近轴辐射方向图见图8,从图中可以看出,第一副瓣电平小于-14.0 dB。

图7 可折叠的天线副面实物图Fig.7 Physical map of the foldable antenna sub-reflector

图8 仿真的天线方向图Fig.8 Antenna orientation diagram of the simulation

图9是天线副面组件折叠到支套后,再次恢复到支套顶端位置所测试的天线方向图结果。对比图8、图9两组天线方向图,可发现在高频段两者吻合很好。

图9 复原后的天线方向图Fig.9 Restored antenna orientation diagram

4 结论

设计的天线副面组件的折叠装置在天线馈源中运用良好,转动自由、无卡顿、无碰撞。通过测试,其第一副瓣电平小于-14.0 dB,方向图良好,说明设计是可行的。