天線副面組件的折疊設計

王 紅，趙 奇，田亞朋

(1 中國電子科技集團公司第三十九研究所，陜西 西安 710065；2 陜西省天線與控制技術重點實驗室，陜西 西安 710065；3 西安現代控制技術研究所，陜西 西安 710065)

0 引言

天線副面是天線的重要組成部分,對于天線的副面調整有三種方法:第一種是天線副反射面的位姿調整,饋源系統都不動;第二種是副面組件和饋源系統作為整體進行調整;第三種是副面組件調整,饋源系統不動。文獻[1-11]是有關天線副反射面位姿的各種論述,是第一種方法的研究與應用。文獻[12]論述了副反射面和饋源網絡一起作二維運動,實現對副面的調整,是第二種方法的研究與應用。文中詳細論述了副面組件作為一整體,旋轉180°后,副面組件折疊在饋源系統的側面,是第三種方法的研究。

1 設計要求

為適應現代戰爭需求,天線需要具有足夠靈活的運輸轉移能力,對車載天線的需求逐步擴大。由于車輛運輸過程中有涵洞、橋梁等特殊地域的影響,對天線高度和寬度的限制。如對于口徑5 m的車載天線,在運輸過程中,由于高度的限制,需要將超高的副面組件完全折疊向下,收在喇叭頂面以下的要求。

2 副面組件折疊設計

如圖1所示,為實現通信系統信號的可靠穩定傳輸,工作狀態下副面是通過支撐件固定在喇叭頂的合適位置。以便更好發揮整個設備的最大效用。支套是天線饋源的組成部分,起到保護和支撐饋源的作用。

圖1 工作狀態下的副面組件位置Fig.1 Location of the sub-reflector assembly in the working state

文中論述的副面組件,需要折疊以降低運送高度,而且要求快速復原并進入工作狀態,因此副面組件需要一個轉軸組件,將原有的副面組件整體旋轉后實現折疊的效果。

2.1 轉軸組件的設計

轉軸組件的作用是使副面組件整體折疊向下,也就是副面組件作為一個整體圍繞支套頂部一側轉軸做順時180°的旋轉,完成副面組件從支套頂部翻轉后固定在支套側面。外現的變化就是:處在副面組件最底的底板,經旋轉折疊后處在了副面組件的最頂端。

設計轉軸組件,需要先確定轉軸組件的軸心。如圖2所示,通過幾何分析,點O就是要找的軸心,即后文提到的轉軸的軸心。副面組件折疊實物如圖3所示。

圖2 轉軸組件軸心求解簡化圖Fig.2 Simplified diagram of the axis of the rotating shaft assembly

圖3 副面組件折疊實物圖Fig.3 Folding physical map of the sub-reflector assembly

另外,由于副面組件是露天使用,避免不了各種天氣環境的考核。旋轉有很多種機械結構,通過實驗與對比,最后確定采用軸承形式。饋源采用的軸承一般是含油封的,但在遇見各種惡劣天氣會有可靠性差問題?？紤]副面重量,旋轉速度不快,價格等因素采用了自潤滑、免維護的晉信JFB650型號的15E7軸承。

轉軸組件的左右兩邊連軸與轉軸通過鍵連為一體,連軸與副面組件通過螺釘裝配為一體。左右兩邊的聯軸節與饋源主體同樣通過螺釘裝配在一起,聯軸節與軸承為過盈配合并與饋源成為一體。副面組件通過連軸連接轉軸,轉軸與軸承是間隙配合,所以轉軸可繞以兩個聯軸節定位的轉軸旋轉,實現了副面組件繞轉軸360°旋轉。

通過以上的分析研究,采用Proe軟件設計的副面轉軸組件如圖4所示。

圖4 轉軸組件Fig.4 The rotating shaft assembly

2.2 制動緩沖鎖定的設計

軸承除旋轉功能外,還需要具有制動和緩沖及鎖定裝置。

圓筒支套是固定的,可做為副面組件旋轉的基準,通過分析,緩沖裝置安裝在副面組件旋轉后與支套側壁相接之處。根據杠桿原理,制動裝置安裝在副面組件的上法蘭位置。

副面組件旋轉后有一定的沖擊力,為避免撞壞饋源,需要增加緩沖裝置。選丁睛橡膠板為緩沖材料。

當制動裝置碰到緩沖裝置后,通過兩個安裝在制動裝置上的蝶形不脫出螺桿迅速鎖定在緩沖裝置上。用于鎖定的蝶形不脫出螺桿如圖5所示。

圖5 蝶形不脫出螺桿三維圖Fig.5 3D view of the butterfly screw

2.3 快速復位設計

由于折疊空間受限,要求折疊復原精度高、速度快,同時還要考慮折疊操作的安全性,設計了與轉軸組件中軸為60°～90°的夾角止口,止口高度為2 mm,有利于副面組件精準復位。正對轉軸組件的副面組件底座裝有蝶形不脫出螺桿,以實現副面組件的快速復原功能,如圖6所示。

圖6 快速復位示意圖Fig.6 Schematic diagram of the rapid reset

3 仿真與測試

設計的可折疊天線副面實物如圖7所示,仿真得到的天線近軸輻射方向圖見圖8,從圖中可以看出,第一副瓣電平小于-14.0 dB。

圖7 可折疊的天線副面實物圖Fig.7 Physical map of the foldable antenna sub-reflector

圖8 仿真的天線方向圖Fig.8 Antenna orientation diagram of the simulation

圖9是天線副面組件折疊到支套后,再次恢復到支套頂端位置所測試的天線方向圖結果。對比圖8、圖9兩組天線方向圖,可發現在高頻段兩者吻合很好。

圖9 復原后的天線方向圖Fig.9 Restored antenna orientation diagram

4 結論

設計的天線副面組件的折疊裝置在天線饋源中運用良好,轉動自由、無卡頓、無碰撞。通過測試,其第一副瓣電平小于-14.0 dB,方向圖良好,說明設計是可行的。