6 m轉臺式全動高轉速精密天線系統設計與應用

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）

隨著衛星通信技術的廣泛應用和新技術、新型器件的出現，促使衛星通信地球站天線座架的設計水平不斷提高[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構設計和制造工藝水平，天線座架的機械性能有些直接休現了整個設備的使用性能[2]。天線座架是衛星通信地球站外部設備的重要組成部分。它是用來支撐天線、使天線完成預定運動、并能輸出數據的裝置[3]。天線座架是天線系統極其重要的一部分，天線座架設計的好壞，會直接影響天線系統的精度、制造成本、制造周期、可維修性、可靠性。

本文結合某研制項目，根據天線系統下達的具體指標要求，分析確定了天線座架的結構形式，然后詳細設計了天線座架的各個主要部分，最后將實物測試參數與指標要求進行對比，表明天線座架實際性能達到了設計的預期，可以滿足用戶各項指標要求。

1 結構設計

6 m天線結構包括反射器結構、座架結構和輔助設施等。天線結構子系統如圖1所示。

圖16 m天線結構示意圖

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。天線反射器結構如圖2所示。

圖2 天線反射器結構示意圖

6 m天線主反射面為修正型旋轉拋物面。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 天線面板結構示意圖

為了便于維護人員進入主反射面內，在其中一塊面板上開有窗口，如圖4所示。

圖4 開窗面板結構示意圖

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

環梁構成的鋼制空間桁架，各主力輻射梁之間的周向依靠由環梁連接。此外沿反射器背面有斜撐桿，以改善抗扭剛度。環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的修正型旋轉雙曲面，它由鑄造鋁合金經數控車床加工成，副反射器支撐機構由四根撐桿構成，支撐在主反射器背架結構上，四根撐桿在頂部組件連接在一起，構成一個穩定的空間桁架，用以支撐和調整副反射面，如圖5所示。

圖5 副反射器結構示意圖

1.2天線座架

天線座架是天線、饋電系統的支撐機構，又是天線驅動系統的執行機構。故要求它有良好的機械運轉性能和指向精度。

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。雙電機驅動，如圖6所示。傳動裝置、電機和電纜等部分均內置于密閉的空間內，可以有效防止風沙對天線的侵襲，提高了設備的防護性能。

圖6 天線座架結構示意圖

1.2.1方位組合

方位組合包括立柱、方位傳動裝置、雙電機、電纜卷繞機構等。立柱為鋼管結構，內部布置加強筋，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。立柱上方采用轉盤軸承，軸承外圈與立柱固定，內圈與方位大齒輪為一體，可繞方位軸轉動。方位傳動位于立柱密閉空間內，轉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，在波導及線纜穿入后密封，如圖7所示。

圖7 方位底座結構示意圖

電纜卷繞機構由掛鏈和滑動線盤組成，掛鏈上端固定在隨方位轉動的圓柱上，下端圓環與固定在立柱底部的導柱聯接，電纜則分開固定在中間的幾個圓環上，方位轉動時，電纜隨掛鏈一起扭轉，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，驅動天線方位轉動。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，從而提高天線設備的可靠性。

方位限位固定在方位軸的一側，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，這樣可將限位開關的范圍由±180°轉化為±90°，便于限位的調整。如圖9所示。

圖9 方位限位機構示意圖

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型箱體結構，其底部與方位轉臺連接，底部中間孔用來鋪設電纜和波導，內部兩側裝有俯仰傳動裝置。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。為了提高模塊化程度，俯仰和方位采用同一參數的末級齒輪副。俯仰傳動裝置均放置在封閉的空間內，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構。其內側與俯仰轉盤軸承內圈連接，通過兩個轉盤軸承構成俯仰軸，中間孔可用來穿過電纜和波導。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備以及方位和俯仰驅動機構等設備。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，為了避免干擾，避雷線與其它電纜分離，布置在天線外側，避雷線的俯仰旋轉部分預留余量，方位旋轉部位采用圓環型的滑軌，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）天線轉動范圍

方位：±180°，俯仰：0 ～ 90°，極化：±90°；

b）驅動角速度（方位俯仰相同）

0.01°/s ～ 5°/s（連續可調）；

c）極化轉速 0.05°/s ～ 2°/s；

d）指向精度＜0.1 r.m.s.

2.2測試結果

對天線實物進行測試，將機械性能結果進行匯總，結果如表1所示。

表1 天線機械性能測試結果匯總表

3 結束語

通過實物測試結果與指標要求進行對比，可看出天線結構性能各項指標均能滿足用戶指標要求，驗證了天線結構設計方案的合理性。目前，該天線系統已在國內兩處建站運行，各項性能良好穩定。

參考文獻：

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

[2]吳風高.雷達天線座結構設計的現狀和動態[J].西北電訊工程學院學報，1980（12）：20-35.

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