小型衛(wèi)星通信地球站一體化設(shè)計(jì)

洪 浩

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北石家莊 050081)

0 引言

所述的小型衛(wèi)星通信地球站主要指等效天線(xiàn)口徑不大于1.2 m的可快速搬移站型，不包含天線(xiàn)在車(chē)輛等移動(dòng)載體上固定安裝使用的各類(lèi)小型天線(xiàn)站型［1］。按衛(wèi)星通信天線(xiàn)大小，小型衛(wèi)星通信地球站劃分為0.3 m、0.5 m、0.7 m、0.9 m和1.2 m等5個(gè)種類(lèi)。按搬移、攜帶方式劃分為手提式、背負(fù)式、便攜式和箱式(依托交通工具搬移)等幾種形式［2］。

1 一體化設(shè)計(jì)構(gòu)想

由于小型衛(wèi)星通信地球站定位于方便搬移及快速展開(kāi)應(yīng)用，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循小型化和一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，滿(mǎn)足設(shè)備重量輕、體積小、強(qiáng)度高的要求［3］。小型衛(wèi)星通信地球站各站型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn):

①盡量實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)、伺服裝置、饋源、跟蹤裝置與通信主機(jī)機(jī)箱的一體化設(shè)計(jì)，對(duì)于0.3～0.9 m站型該箱可作為天線(xiàn)座架平臺(tái)使用［4］;

②提高整體設(shè)備的自動(dòng)化程度，尤其天線(xiàn)的自動(dòng)捕獲對(duì)星;

③采用新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料，刻意塑造良好新穎的結(jié)構(gòu)外形;

④?chē)?yán)格控制整機(jī)的結(jié)構(gòu)重量，使之使用輕便、可靠［5］;各站型應(yīng)具備防雨，防風(fēng)沙功能，考慮設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性能;盡量增強(qiáng)站型的抗風(fēng)能力［6］。

2 各種站型對(duì)應(yīng)搬移攜帶形式的分類(lèi)

2.1 0.3 m天線(xiàn)站型結(jié)構(gòu)(手提式)

0.3m衛(wèi)星通信地球站體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，可設(shè)計(jì)為手提包式箱形結(jié)構(gòu)。箱體結(jié)構(gòu)外形(長(zhǎng)×寬×高):500×300×(150～200 mm);手提式設(shè)備如果不作長(zhǎng)距離搬移，其重量不超過(guò)15 kg為宜;一人攜帶使用。

2.2 0.5 m天線(xiàn)站型結(jié)構(gòu)(背負(fù)式)

0.5m衛(wèi)星通信地球站由于天線(xiàn)直徑與一般人體肩寬相近，進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)通信設(shè)備箱寬度尺寸，決定對(duì)天線(xiàn)是否作削邊處理，將天線(xiàn)與通信設(shè)備組合為背負(fù)式箱體，由此使整體站型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、規(guī)整、緊湊和低成本。

作為背負(fù)式設(shè)備(箱體)外形尺寸范圍:長(zhǎng)500～600mm，寬 400～500 mm，高 180～220 mm。背負(fù)設(shè)備(包括天線(xiàn))最佳重量是20 kg以?xún)?nèi)，最重不超過(guò)25 kg一人攜帶使用。

2.3 0.7 m天線(xiàn)站型結(jié)構(gòu)(背負(fù)式)

由于背負(fù)式站型的背負(fù)箱體不宜超出人體肩寬(一般人肩寬0.4～0.5 m左右)，為此0.7 m天線(xiàn)站型須將天線(xiàn)削邊、折疊或分解處理以避免天線(xiàn)兩側(cè)過(guò)于突出易遭碰損。

天線(xiàn)可分解為主面、側(cè)面(2塊)和頂面4部分，天線(xiàn)分解方式如圖1所示。主面和天線(xiàn)中心體構(gòu)成一體，與天伺饋跟箱結(jié)合為一整體背負(fù)設(shè)備。天線(xiàn)的主、側(cè)、頂面組合使用快鎖和精確定位結(jié)構(gòu)保證天線(xiàn)拋物面的準(zhǔn)確性。

圖1 0.7 m天線(xiàn)分解

側(cè)面(2塊)和頂面(包括ODU)結(jié)合為一背負(fù)箱或手提箱。背負(fù)箱的外形尺寸范圍:長(zhǎng)500～600 mm，寬400～500 mm，高180～220 mm。背負(fù)箱的重量在25 kg以?xún)?nèi)，手提箱重量15 kg左右。

2.4 0.9 m天線(xiàn)站型結(jié)構(gòu)(背負(fù)式)

因0.9 m天線(xiàn)尺寸較大不宜與通信主體機(jī)箱結(jié)合背負(fù)，可將天線(xiàn)分解單獨(dú)成箱搬移;另外結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到天線(xiàn)較大，風(fēng)阻大，一定要有提高抗風(fēng)能力的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施。

該站型在進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將通信主體機(jī)箱作為天線(xiàn)底部的配重體使用。為提高天線(xiàn)抗風(fēng)能力，特制背負(fù)箱的拉桿具有左右展開(kāi)功能，增大兩桿地面跨距，從而提高天線(xiàn)的抗傾覆能力。

全站型形成2個(gè)背負(fù)箱:天線(xiàn)解體成單獨(dú)背負(fù)箱和終端設(shè)備背負(fù)箱，背負(fù)箱外形尺寸范圍:長(zhǎng)500～600 mm，寬400～500 mm，高180～220 mm。2個(gè)背負(fù)箱的重量均在25 kg左右，2人操作。

2.5 1.2 m天線(xiàn)站型結(jié)構(gòu)(箱式站)

由于1.2 m天線(xiàn)尺寸更大，風(fēng)阻相應(yīng)增大，需進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，從而使整個(gè)站型的尺寸與重量都顯著增加，不適合進(jìn)行長(zhǎng)距離人力搬移。可以設(shè)計(jì)成箱式站型，進(jìn)行長(zhǎng)距離搬移時(shí)依托車(chē)輛等交通工具完成。整個(gè)站型分為2個(gè)設(shè)備箱，1.2 m天線(xiàn)及座架分解單獨(dú)成一個(gè)箱體，終端設(shè)備及功率放大器形成另一個(gè)箱體。

箱體外形尺寸范圍:長(zhǎng)600～700 mm，寬450～550 mm，高300～400 mm。兩箱的重量均在35～45 kg左右;需2人搬運(yùn)及操作。也可以將2個(gè)設(shè)備箱內(nèi)所有設(shè)備合成一個(gè)較大的設(shè)備箱，箱體重約65 kg，安裝拉桿及行走輪，但同樣需要2人搬運(yùn)。

2.6 搬移攜帶形式小結(jié)

雖然在上面的論述中將0.3～1.2 m各站型所適用的攜帶、搬移方式做了相應(yīng)歸類(lèi)，但在進(jìn)行一體化站型設(shè)計(jì)時(shí)，攜帶方式劃分應(yīng)綜合性整體考慮，相臨站型沒(méi)有明顯界限，根據(jù)需求可交叉應(yīng)用。

為了方便攜帶及搬移，設(shè)備箱最好設(shè)計(jì)成多種搬運(yùn)方式混合使用，如背負(fù)式設(shè)備除了背負(fù)以外還可以拖拉移動(dòng)，箱式站可以短時(shí)背負(fù)及拖拉等。

3 典型站型一體化設(shè)計(jì)

3.1 一體化設(shè)計(jì)方案

在進(jìn)行各站型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，整體考慮天伺饋跟與終端設(shè)備一體化設(shè)計(jì)，降低站型重量，縮小外形尺寸［7］，又便于攜帶和快速展開(kāi)應(yīng)用。

0.3～0.9 m各站型的天線(xiàn)、伺服、饋源與通信主機(jī)機(jī)箱的一體化設(shè)計(jì)方案如圖2所示。機(jī)箱在工作狀態(tài)可作為天線(xiàn)平臺(tái)使用，由于有機(jī)箱作為天線(xiàn)座配重體，在增大整個(gè)站型的抗風(fēng)穩(wěn)定性的同時(shí)，降低了整體重量［8］。

圖2 小型衛(wèi)星通信地球站結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài)

3.2 0.5m單收站一體化設(shè)計(jì)

0.5m單收站采用背負(fù)形式搬移攜帶，整體站型主要由天伺饋、終端機(jī)箱和調(diào)平機(jī)構(gòu)等組成。進(jìn)行天、伺、饋結(jié)構(gòu)與終端設(shè)備結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)可以免除因分離帶來(lái)使用上的繁瑣，做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、重量輕，便于攜帶和快速展開(kāi)應(yīng)用。

3.2.1 0.5m單收站天線(xiàn)分解方式

為了便于站型背負(fù)攜帶，同時(shí)兼顧終端機(jī)箱大小，盡量減小站型收藏背負(fù)整體尺寸，將0.5 m天線(xiàn)分解為主板、頂側(cè)板和2塊側(cè)板，分解示意如圖3所示。

圖3 0.5m天線(xiàn)分解

其中天線(xiàn)主板與天線(xiàn)座架固定在一起，2塊側(cè)板及頂側(cè)板收藏時(shí)拆下，天線(xiàn)展開(kāi)時(shí)使用快鎖和精確定位結(jié)構(gòu)與天線(xiàn)主板連接。

3.2.2 0.5m單收站背架設(shè)計(jì)

背架是0.5 m站型一體化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，背架的功能是將天線(xiàn)伺服與終端設(shè)備結(jié)合［9］，并盡可能利用空間將PDA和充電器等輔助設(shè)備組合成整體，滿(mǎn)足方便使用要求并實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)［10］。

背架一體化設(shè)計(jì)應(yīng)使組合整體體積小、重量輕、造型美觀大方。因此，設(shè)計(jì)了U型框架結(jié)構(gòu)的背架。U型框架是整體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵件，采用槽型結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是強(qiáng)度高、剛性好、重量輕。在造型上凹槽空間又可提供調(diào)平支腿隱蔽收藏，不增加站型的寬度尺寸。

利用U型框架右端天線(xiàn)安裝的必需空間，使之構(gòu)成2個(gè)腔體(貯藏室)存放輔助設(shè)備PDA和充電器，充分利用站型空間。

在U型框架的左端，安裝存放終端設(shè)備，該設(shè)備兩側(cè)固定有轉(zhuǎn)軸，設(shè)備本身可依軸旋轉(zhuǎn)，使終端與框架隨機(jī)離合十分方便。

為利用終端與貯藏室之間的富余空間設(shè)置一電纜箱，存放PDA和充電器的連接電纜。

最終背架外形尺寸(長(zhǎng) ×寬 ×高)為498.5mm×333mm×103 mm;背架重量(包括電纜箱):3.2kg。

背架設(shè)計(jì)安裝左、右調(diào)平支腿，構(gòu)成調(diào)平框架，調(diào)平框架工作狀態(tài)如圖4所示，框架前端設(shè)置羅盤(pán)和水準(zhǔn)器為天線(xiàn)快速準(zhǔn)確對(duì)星提供指示。

圖4 0.5m站型工作狀態(tài)

3.2.3 0.5 m單收站攜帶方式

0.5m單收站的攜帶方式有2種:“背挎箱包”附身貼背式和將“背挎箱包”裝在安裝輪子的“拉杠箱”內(nèi)，地面推拉攜行。第1種方式應(yīng)用于無(wú)車(chē)單兵近途，第2種方式應(yīng)用于車(chē)載運(yùn)輸狀態(tài)，“拉杠箱”作為存儲(chǔ)箱使用。

“背挎箱包”的結(jié)構(gòu)形式是將天線(xiàn)解體的部分，分別裝在整體包的左、右、上3個(gè)小包內(nèi)，所有包口采用拉鏈開(kāi)合。為了防雨，箱包均開(kāi)口向下瀉水。

為使箱包經(jīng)久耐用且具挺形(保持形狀)特征，包體面料選用帆布材質(zhì)并填充輕型包裝材料，包內(nèi)設(shè)有綁扎措施，保證設(shè)備的相對(duì)固定。箱包設(shè)置提手、背帶和腰帶，人體與包接觸的背挎部位采取軟組織材料墊付使背挎舒適。

“拉杠箱”的加工同行李包拉桿箱，內(nèi)部尺寸按“背挎箱包”輪廓外形，設(shè)提手。箱主體內(nèi)襯橡膠板，箱底箱蓋填充薄軟材質(zhì)，整體重量輕，尺寸造型美觀，使用方便，經(jīng)久耐用。

3.3 0.5 m單收站一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果

進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)后，站型達(dá)到減小體積的目標(biāo)，體積為(長(zhǎng) ×寬 ×高)為:500 mm×333 mm×193 mm，方便攜帶，設(shè)備裝箱包后提攜、背挎方便舒適，符合人機(jī)工程學(xué)要求［11］。

整個(gè)站型重量最終為10.5 kg(不含箱包重量)，其中天伺饋2.9 kg，終端4.4 kg，背架3.2 kg，達(dá)到一體化設(shè)計(jì)減輕重量的目的。

通過(guò)充電器和PDA等附屬設(shè)備貯存位置及收藏狀態(tài)下天線(xiàn)分解的3塊面板進(jìn)箱攜帶等結(jié)構(gòu)空間一體化設(shè)計(jì)［12］，使站型結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高。

為了使用和維修方便快捷，其中充電器、PDA和終端機(jī)箱的存取、維修以及調(diào)平支腿的展開(kāi)收藏均采用了快卸結(jié)構(gòu)，使用操作簡(jiǎn)單便利。［13］

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)0.3～0.9 m各站型所適用的攜帶搬移方式做了初步歸類(lèi)，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)一體化站型設(shè)計(jì)原則綜合性整體考慮，選擇最適合的攜帶搬移方式，確定天線(xiàn)分解結(jié)構(gòu)，背架、終端及天線(xiàn)一體化綜合設(shè)計(jì)，采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)等措施減小站型體積，降低站型重量。 ■

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