CN108539360B - 卫星用折叠型指向天线装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种卫星用折叠型指向天线装置，支撑底座可安装到卫星星体的安装部位；俯仰转动机构连接支撑底座，并连接方位转动机构；方位转动机构连接天线组件；约束装置连接天线组件，天线组件可通过约束装置约束在方位转动机构上不可转动，且通过俯仰转动机构与支撑底座相对折叠；约束装置解除约束时，俯仰转动机构可相对转动，方位转动机构可相对转动，且俯仰转动机构的转动轴向与方位转动机构的转动轴向相垂直，天线组件可通过方位转动机构和俯仰转动机构在不同方向上转动指向。在有限的卫星安装使用空间范围内，实现天线安装并在天线展开后具备远离星体降低星体环境影响，及二维转动指向通信功能。
Description
技术领域
本发明涉及卫星用天线技术领域，尤其涉及的是一种卫星通信用的高增益窄波束二维指向天线。
背景技术
在某型号卫星工程中，需要研制具有二维转动功能的高增益天线用于对地通信。由于天线安装空间非常狭小，同时由于卫星载荷布局对天线的遮挡效应，要求天线在轨使用时需尽可能远离星体安装面，尽可能降低星体环境对天线辐射性能影响，同时天线需具备二维转动功能。
目前，公知的用于卫星的同类型二维指向天线，多采用展开锁定机构、X-Y型二维机构加高增益反射面天线的配置方案。采用上述经典方案，缺点在于：1)***布局复杂，占用资源多，需要独立的一套展开机构实现在轨展开功能；整个***共包含3套独立的驱动机构，导致***可靠性降低，成本高；2)如仅采用常规二维机构方案，则天线工作位置距卫星星体过近，天线辐射性能受星体影响大，无法满足工作性能需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种卫星用折叠型指向天线装置，在有限的卫星安装使用空间范围内，实现反射面天线安装并在天线展开后具备远离星体降低星体环境影响，且具备在二维转动指向通信功能。
为解决上述问题，本发明提出一种卫星用折叠型指向天线装置，包括：天线组件、支撑底座、俯仰转动机构、方位转动机构及约束装置；
所述支撑底座可安装到卫星星体的安装部位；所述俯仰转动机构的第一侧连接所述支撑底座，其第二侧连接所述方位转动机构的第一侧；所述方位转动机构的第二侧连接所述天线组件；所述约束装置连接天线组件，所述天线组件可通过所述约束装置约束在所述方位转动机构上不可转动，且通过所述俯仰转动机构与所述支撑底座相对折叠；所述约束装置解除约束时，所述俯仰转动机构的第一侧与第二侧之间可相对转动，所述方位转动机构的第一侧与第二侧之间可相对转动，且所述俯仰转动机构的转动轴向与所述方位转动机构的转动轴向相垂直，所述天线组件可通过所述方位转动机构和所述俯仰转动机构在不同方向上转动指向。
根据本发明的一个实施例，所述支撑底座的安装到所述安装部位的平面作为安装基准面，所述支撑底座及所述俯仰转动机构的高度使得所述天线组件折叠时，天线组件、方位转动机构及约束装置的最高点不高出所述俯仰转动机构和所述支撑底座的最高点，其最低点不低于所述俯仰转动机构和所述支撑底座的最低点。
根据本发明的一个实施例，还包括转动框架；所述方位转动机构通过所述转动框架连接到所述俯仰转动机构上，以增加所述天线组件在展开时远离卫星星体的位置。
根据本发明的一个实施例，所述约束装置为锁紧释放装置；卫星发射前，所述锁紧释放装置将所述天线组件压紧固定；而在卫星入轨后，所述锁紧释放装置解锁而释放所述天线组件。
根据本发明的一个实施例，所述约束装置为火工品锁紧释放装置，通过火工品起爆解锁而释放所述天线组件。
根据本发明的一个实施例，所述锁紧释放装置的一侧连接所述方位转动机构的转轴部位，另一侧连接所述俯仰转动机构的转轴部位；所述锁紧释放装置通过压紧所述方位转动机构的转轴部位和/或所述俯仰转动机构的转轴部位而实现两侧的压紧固定。
根据本发明的一个实施例，所述天线组件包括反射面天线及射频馈线；所述反射面天线用于天线射频信号的收发，实现对地通信；所述射频馈线用于所述反射面天线与卫星星体的收发装置连接。
根据本发明的一个实施例，所述反射面天线在所述方位转动机构上的安装姿态，使得其最大辐射波束指向垂直于所述方位转动机构的转动轴向。
根据本发明的一个实施例，所述反射面天线安装在装置展开后的最远端位置。
根据本发明的一个实施例，装置的最大展开程度满足允许的包络空间范围。
采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：
采用支撑底座安装在卫星星体上，可在***允许的包络空间范围内，将天线架设到包络内的最高位置，远离卫星本体，降低星体环境影响；在卫星允许的有限最大包络范围内，通过采用折叠型俯仰加方位转动机构形式架设天线组件，实现反射面天线安装，在天线展开后可远离星体降低星体环境影响，具备在二维转动指向通信功能，而在入轨之前可折叠并通过约束装置约束固定，从而满足狭小的天线安装空间。
附图说明
图1为本发明一实施例的卫星用折叠型指向天线装置折叠收拢状态的结构示意图；
图2为本发明一实施例的卫星用折叠型指向天线装置展开状态的正面结构示意图；
图3为本发明一实施例的卫星用折叠型指向天线装置展开状态的侧面结构示意图。
图中标记说明：
1-天线组件，2-支撑底座，3-俯仰转动机构，4-方位转动机构，5-约束装置，6-转动框架。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
参看图1-3，在一个实施例中，卫星用折叠型指向天线装置可以包括：天线组件1、支撑底座2、俯仰转动机构3、方位转动机构4及约束装置5。
天线组件1用来实现射频信号收发功能，其天线结构是指向性天线，通过本发明实施例的卫星用折叠型指向天线装置可实现展开折叠。支撑底座2可安装到卫星星体(图中未示出)的安装部位，用于在卫星星体的安装基准面上，在允许的高度空间上架高天线组件1。俯仰转动机构3的第一侧连接支撑底座2，俯仰转动机构3的第二侧连接方位转动机构4的第一侧，俯仰转动机构3具备将天线组件1收拢及展开的功能，发射时可以有效地将天线组件1收拢，以满足狭小的天线安装空间，而在入轨后可将天线组件1展开到较为远离星体的位置，且此时其转动轴处于可自由转动状态，可在俯仰方向上转动指向。方位转动机构4的第二侧连接所述天线组件1，在方位转动机构4的转动轴自由时，天线组件1可相对转动。所述约束装置5连接天线组件1，约束装置5是用来实现天线组件1在发射阶段收拢约束及在入轨阶段解锁的。
所述天线组件1可通过所述约束装置5约束在所述方位转动机构4上不可转动，且通过所述俯仰转动机构3与所述支撑底座2相对折叠；所述约束装置5解除约束时，所述俯仰转动机构3的第一侧与第二侧之间可相对转动，所述方位转动机构4的第一侧与第二侧之间可相对转动，且所述俯仰转动机构3的转动轴向与所述方位转动机构4的转动轴向相垂直，所述天线组件1可通过所述方位转动机构4和所述俯仰转动机构3在不同方向上转动指向。
方位转动机构4可以实现天线组件1在方位方向上的转动指向，俯仰转动机构3可以实现天线组件1在俯仰方向上的转动指向，从而使得天线组件1具备二维转动指向通信的功能。
采用支撑底座2安装在卫星星体上，可在***允许的包络空间范围内，将天线架设到包络内的最高位置，远离卫星本体，降低星体环境影响；在卫星允许的有限最大包络范围内，通过采用折叠型俯仰加方位转动机构形式架设天线组件1，实现反射面天线安装，在天线展开后可远离星体降低星体环境影响，具备在二维转动指向通信功能，而在入轨之前可折叠并通过约束装置5约束固定，从而满足狭小的天线安装空间。
在一个实施例中，支撑底座2的安装到卫星星体安装部位的平面作为安装基准面，支撑底座2及俯仰转动机构3的高度使得所述天线组件1折叠时，天线组件1、方位转动机构4及约束装置5的最高点不高出俯仰转动机构3和支撑底座2的最高点，天线组件1、方位转动机构4及约束装置5的最低点不低于俯仰转动机构3和支撑底座2的最低点。
具体的，天线组件1收拢时，俯仰转动机构3折叠收拢，此时天线组件1最大高度不超过俯仰转动机构3最高点305mm。卫星发射前，天线组件1通过俯仰转动机构3将天线组件1折叠收拢在星体表面，降低天线总高度；此时通过俯仰转动机构3以及支撑底座2将俯仰转动轴架高到允许的最大尺寸要求，此时天线最高点位于俯仰转动轴上，如是305mm高度。图1结构的水平方向在允许的400mm宽度尺寸上，通过充分利用俯仰转动机构3框架长度，使天线组件1安装在400mm尺寸范围内。天线组件1的天线结构的口径为350mm。综上，该天线安装空间包络要求不大于305mm*400mm*350mm，展开后天线辐射中心距星体安装面不小于500mm；天线具备两轴转动功能；以基准零度为准，两轴转动角度均不小于±30°。
通过采用本发明实施例，实现了天线折叠收拢时外形尺寸不大于305mm*400mm*350mm，满足包络要求；展开后如图2和3所示，天线辐射中心距星体安装面总高度达500mm；以图2和3所示状态为天线基准零位状态，天线在方位方向以及俯仰方向转动范围均不小于±30°，满足指标要求。
在一个实施例中，卫星用折叠型指向天线装置还可以包括转动框架6。所述方位转动机构4通过所述转动框架6连接到所述俯仰转动机构3上，以增加所述天线组件1在展开时远离卫星星体的位置。转动框架6满足在装置收拢状态时使得装置整体处于允许包络空间范围内，同时转动框架6尽可能地具备最长结构尺寸，在卫星入轨天线组件展开后，可将天线组件1架设到距星体安装面最远位置。
利用转动框架6配合支撑底座2，可以实现在折叠状态下整体装置的较小尺寸，而在展开状态下整体装置的较高高度。
在一个实施例中，所述约束装置5为锁紧释放装置。卫星发射前，所述锁紧释放装置将所述天线组件1压紧固定，使得天线组件1无法相对支撑底座2转动，从而整个装置锁定在折叠状态下；而在卫星入轨后，所述锁紧释放装置解锁而释放所述天线组件1，使得实现天线组件1转动的各个关节可转动，从而整个装置可实现展开并可根据需要的指向而调整转动角度。
优选的，所述约束装置5为火工品锁紧释放装置，通过火工品起爆解锁而释放所述天线组件1。火工品锁紧释放装置不仅可锁紧的更牢固，适应空间环境，可靠性高，而且可避免结构复杂的锁定解锁装置，参看图3，在解锁之后部分可与装置分离，减轻重量及体积。
优选的，锁紧释放装置的一侧连接所述方位转动机构4的转轴部位，锁紧释放装置的另一侧连接所述俯仰转动机构3的转轴部位。锁紧释放装置通过压紧方位转动机构4的转轴部位和/或俯仰转动机构3的转轴部位而实现两侧的压紧固定。
锁紧释放装置通过压紧转轴部位，使得转轴部位无法转动，而且，由于方位转动机构4的转轴部位和俯仰转动机构3的转轴部位的转向是不同的，因而通过锁紧释放装置一个整体将两个转轴部位压紧，可较好地限制两者的相对运动。锁紧释放装置可以仅压紧固定一个转动部位，例如是压紧方位转动机构，另一个转动部位顺势便被压紧。锁紧释放装置可以是对称地设置在各个转轴部位的两侧，通过夹紧的方式压紧，当一端对应的转轴部位被夹紧固定时，另一端也是被夹紧的。
在一个实施例中，天线组件1包括反射面天线及射频馈线。所述反射面天线用于天线射频信号的收发，实现对地通信。所述射频馈线用于所述反射面天线与卫星星体的收发装置连接。
优选的，所述反射面天线在所述方位转动机构4上的安装姿态，使得反射面天线的最大辐射波束指向垂直于所述方位转动机构4的转动轴向，从而辐射信号在指向上可最强。
优选的，所述反射面天线安装在装置展开后的最远端位置。
优选的，卫星用折叠型指向天线装置的最大展开程度满足允许的包络空间范围。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种卫星用折叠型指向天线装置，其特征在于，包括：天线组件、支撑底座、俯仰转动机构、方位转动机构及约束装置；
所述支撑底座可安装到卫星星体的安装部位；所述俯仰转动机构的第一侧连接所述支撑底座，其第二侧连接所述方位转动机构的第一侧；所述方位转动机构的第二侧连接所述天线组件；所述约束装置连接天线组件，所述天线组件可通过所述约束装置约束在所述方位转动机构上不可转动，且通过所述俯仰转动机构与所述支撑底座相对折叠；所述约束装置解除约束时，所述俯仰转动机构的第一侧与第二侧之间可相对转动，所述方位转动机构的第一侧与第二侧之间可相对转动，且所述俯仰转动机构的转动轴向与所述方位转动机构的转动轴向相垂直，所述天线组件可通过所述方位转动机构和所述俯仰转动机构在不同方向上转动指向。
2.如权利要求1所述的卫星用折叠型指向天线装置，其特征在于，所述支撑底座的安装到所述安装部位的平面作为安装基准面，所述支撑底座及所述俯仰转动机构的高度使得所述天线组件折叠时，天线组件、方位转动机构及约束装置的最高点不高出所述俯仰转动机构和所述支撑底座的最高点，其最低点不低于所述俯仰转动机构和所述支撑底座的最低点。
3.如权利要求2所述的卫星用折叠型指向天线装置，其特征在于，还包括转动框架；所述方位转动机构通过所述转动框架连接到所述俯仰转动机构上。
4.如权利要求1所述的卫星用折叠型指向天线装置，其特征在于，所述约束装置为锁紧释放装置；卫星发射前，所述锁紧释放装置将所述天线组件压紧固定；而在卫星入轨后，所述锁紧释放装置解锁而释放所述天线组件。
5.如权利要求4所述的卫星用折叠型指向天线装置，其特征在于，所述约束装置为火工品锁紧释放装置，通过火工品起爆解锁而释放所述天线组件。
6.如权利要求4所述的卫星用折叠型指向天线装置，其特征在于，所述锁紧释放装置的一侧连接所述方位转动机构的转轴部位，另一侧连接所述俯仰转动机构的转轴部位；所述锁紧释放装置通过压紧所述方位转动机构的转轴部位和/或所述俯仰转动机构的转轴部位而实现两侧的压紧固定。
7.如权利要求1所述的卫星用折叠型指向天线装置，其特征在于，所述天线组件包括反射面天线及射频馈线；所述反射面天线用于天线射频信号的收发，实现对地通信；所述射频馈线用于所述反射面天线与卫星星体的收发装置连接。
8.如权利要求7所述的卫星用折叠型指向天线装置，其特征在于，所述反射面天线在所述方位转动机构上的安装姿态，使得其最大辐射波束指向垂直于所述方位转动机构的转动轴向。
9.如权利要求7所述的卫星用折叠型指向天线装置，其特征在于，所述反射面天线安装在装置展开后的最远端位置。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的卫星用折叠型指向天线装置，其特征在于，装置的最大展开程度满足允许的包络空间范围。
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