CN109411880A - 一种机载动中通天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种机载动中通天线，涉及卫星通信技术领域。机载动中通天线包括反射面组件、馈源组件、极化调整组件、俯仰转台组件、方位转台组件和伺服控制组件；方位转台组件用于安装在机体上，俯仰转台组件安装在方位转台组件上，方位转台组可带动俯仰转台组件水平转动；反射面组件安装在俯仰转台组件上，俯仰转台组件可带动反射面组件俯仰转动，极化调整组件和馈源组件安装在反射面组件上，极化调整组件可带动馈源组件转动。机载动中通天线结构紧凑、重量轻、可靠性高，同时能满足机头座舱的布局要求。

Description

一种机载动中通天线
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，具体而言，涉及一种机载动中通天线。
背景技术
随着信息技术的快速发展，无人机在国防军事、政府安全等领域存在广泛的应用和发展潜力。无人机卫星中继数据链是无人机的重要分***，在超视距范围外，无人机与地面指挥中心的双向数据通信是通过地球同步卫星(GEO)进行数据中继。
机载动中通天线作为机载数据终端(SADT)的重要组成部分，在飞机飞行中实时跟踪对准目标卫星，实现遥测遥控指令的接收和载荷数据(高清视频、图像、数据等)的回传。该项技术的成功应用，极大地提高了无人机的侦查范围和作战能力。美军装备的“捕食者”无人机***采用Ku频段卫星中继数据链，侦察信心传输速率可达1.544Mbit/s，作用距离900～3700Km，续航时间大于20h；“全球鹰”无人机***也采用了Ku频段卫星中继数据链，在增加机载天线尺寸和功率输出的情况下，侦察信息传输速率可达1.5～50Mbit/s，作用距离5500Km。
机载动中通天线不同于传统的车载动中通天线和船载动中通天线，为满足无人机的工作使用环境，机载动中通天线要求结构更加紧凑、重量更轻、可靠性更高，同时能满足机头座舱的布局要求。
发明内容
本发明实施例提供一种机载动中通天线，其结构紧凑、重量轻、可靠性高，同时能满足机头座舱的布局要求。
本发明实施例提供的技术方案：
一种机载动中通天线包括反射面组件、馈源组件、极化调整组件、俯仰转台组件、方位转台组件和伺服控制组件；
所述方位转台组件用于安装在机体上，所述俯仰转台组件安装在所述方位转台组件上，所述方位转台组可带动所述俯仰转台组件水平转动；所述反射面组件安装在所述俯仰转台组件上，所述俯仰转台组件可带动所述反射面组件俯仰转动，所述极化调整组件和所述馈源组件安装在所述反射面组件上，所述极化调整组件可带动所述馈源组件转动。
进一步地，所述反射面组件包括主反射器、主反背架、副反射器、支撑筒和支撑杆，所述主反背架设置在所述主反射器的背面，所述主反射器的中间开设有通孔，所述支撑筒固定在所述主反背架上、且穿过所述通孔，所述支撑杆的一端连接在所述支撑筒上，所述支撑杆的另一端支撑所述副反射器。
进一步地，所述馈源组件包括喇叭、耦合器、收阻滤波器、极化关节、俯仰关节、发阻滤波器、低噪放下变频器、第一接收弯波导、第二接收弯波导、第一发射弯波导、第二发射弯波导和第三发射弯波导；
所述喇叭设置在所述副反射器与所述支撑筒之间，所述喇叭、所述耦合器、所述收阻滤波器、所述极化关节、所述第一发射弯波导、所述俯仰关节、所述第二发射弯波导和所述第三发射弯波导依次连接；所述耦合器、所述第一接收弯波导、所述发阻滤波器、所述第二接收弯波导和所述低噪放下变频器依次连接。
进一步地，所述极化调整组件包括步进电机、第一极化齿轮、第二极化齿轮、极化转轴、极化轴承和轴承座；
所述步进电机固定在所述主反背架上，所述第一极化齿轮安装在所述步进电机的输出轴上，所述第二极化齿轮与所述第一极化齿轮啮合，所述极化转轴的一端与所述第二极化齿轮固定连接，所述极化转轴的另一端***所述极化轴承的内圈，所述极化轴承安装在所述轴承座上，所述轴承座固定安装在所述主反背架上，所述极化转轴的中部开设有配合孔，所述配合孔与所述耦合器配合，使所述步进电机可驱动所述馈源组件自转。
进一步地，所述俯仰转台组件包括俯仰左侧板、俯仰右侧板、第一俯仰齿轮、第二俯仰齿轮、俯仰直流电机、俯仰支耳、第一俯仰轴承和第二俯仰轴承；
所述俯仰直流电机固定在所述俯仰左侧板上，所述第一俯仰齿轮安装在所述俯仰直流电机的输出轴上，所述第二俯仰齿轮与所述第一俯仰齿轮啮合，所述第二俯仰齿轮通过所述第一俯仰轴承安装在所述俯仰左侧板的轴承孔内，所述俯仰支耳通过所述第二俯仰轴承安装在所述俯仰右侧板的轴承孔内，所述主反背架的一端固定在所述第二俯仰齿轮上，所述主反背架的另一端固定在所述俯仰支耳上。
进一步地，所述俯仰转台组件还包括俯仰制动齿轮和俯仰制动器，所述俯仰制动齿轮和所述俯仰制动器安装在所述俯仰左侧板上，所述俯仰制动器与所述俯仰制动齿轮连接，所述俯仰制动齿轮与所述第二俯仰齿轮啮合。
进一步地，所述方位转台组件包括安装底座、方位轴承、方位转轴、方位底板、第一方位齿轮、第二方位齿轮和方位直流电机；
所述安装底座用于安装在机体上，所述方位转轴的一端通过所述方位轴承安装在所述方位底板上，所述方位转轴的另一端与所述安装底座连接，所述第一方位齿轮固定安装在所述安装底座上，所述方位直流电机安装在所述方位底板上，所述第二方位齿轮安装在所述方位直流电机的输出轴上，所述第二方位齿轮与所述第一方位齿轮啮合，所述俯仰左侧板固定连接在所述方位底板的一端，所述俯仰右侧板固定连接在所述方位底板的另一端。
进一步地，所述俯仰左侧板、所述方位底板和所述俯仰右侧板组合形成U形架结构。
进一步地，所述机载动中通天线还包括伺服控制组件，所述伺服控制组件包括主控单元、驱动单元和测量传感器件，所述主控单元和所述驱动单元安装在所述方位底板上，所述测量传感器件、所述主控单元和所述驱动单元依次电连接，所述驱动单元与所述步进电机、所述俯仰直流电机、所述方位直流电机分别电连接，所述测量传感器件用于实时采集被测对象的运动状态数据、并发送给所述主控单元，所述主控单元计算处理运动状态数据、并发送驱动指令给所述驱动单元，所述驱动单元根据驱动指令控制所述步进电机、所述俯仰直流电机和所述方位直流电机运作。
进一步地，所述测量传感器件包括陀螺仪、BD/GPS天线模块、航向姿态仪和信标接收机，所述陀螺仪用于采集被测对象的轴角数据，所述BD/GPS天线模块用于采集被测对象的位置坐标数据，所述航向姿态仪用于采集被测对象的姿态数据，所述信标接收机用于采集被测对象的卫星信标信号。
本发明实施例提供的机载动中通天线的有益效果是：
所述方位转台组可带动所述俯仰转台组件水平转动，所述俯仰转台组件可带动所述反射面组件俯仰转动，所述极化调整组件可带动所述馈源组件自转，机载动中通天线结构紧凑、重量轻、可靠性高，同时能满足机头座舱的布局要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的机载动中通天线的结构示意图。
图2为图1中反射面组件的相关结构示意图。
图3为图1中馈源组件的相关结构示意图。
图4为图1中极化调整组件的相关结构示意图。
图5为图1中俯仰转台组件和方位转台组件的相关结构示意图。
图标：1-机载动中通天线；2-反射面组件；3-主反射器；4-主反背架；5-副反射器；6-支撑筒；7-支撑杆；8-馈源组件；9-喇叭；10-耦合器；11-收阻滤波器；12-极化关节；13-俯仰关节；14-发阻滤波器；15-低噪放下变频器；16-第一接收弯波导；17-第二接收弯波导；18-第一发射弯波导；19-第二发射弯波导；20-第三发射弯波导；21-极化调整组件；22-步进电机；23-第二极化齿轮；24-极化转轴；25-俯仰转台组件；26-俯仰左侧板；27-俯仰右侧板；28-第一俯仰齿轮；29-第二俯仰齿轮；30-俯仰直流电机；31-俯仰支耳；32-俯仰制动齿轮；33-俯仰制动器；34-方位转台组件；35-安装底座；36-方位底板；37-第二方位齿轮；38-方位直流电机；39-伺服控制组件；40-主控单元；41-驱动单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1，本实施例提供了一种机载动中通天线1，机载动中通天线1包括反射面组件2、馈源组件8、极化调整组件21、俯仰转台组件25、方位转台组件34和伺服控制组件39。
方位转台组件34用于安装在机体上，俯仰转台组件25安装在方位转台组件34上，方位转台组可带动俯仰转台组件25水平转动。反射面组件2安装在俯仰转台组件25上，俯仰转台组件25可带动反射面组件2俯仰转动，极化调整组件21和馈源组件8安装在反射面组件2上，极化调整组件21可带动馈源组件8自转。方位转台组件34、俯仰转台组件25和极化调整组件21的共同作用下，使天线完成方位、俯仰和极化三轴转动，实现载体运动姿态隔离和目标卫星的跟踪。
请参阅图2，反射面组件2包括主反射器3、主反背架4、副反射器5、支撑筒6和支撑杆7。主反射器3为碳纤维蜂窝夹层材料制成，具有重量轻、刚性好等特点。主反背架4设置在主反射器3的背面，主反射器3的中间开设有通孔，支撑筒6固定在主反背架4上、且穿过通孔，支撑杆7的一端连接在支撑筒6上，支撑杆7的另一端支撑副反射器5。支撑杆7数量为四根，呈半圆弧状。
请参阅图3，馈源组件8包括喇叭9、耦合器10、收阻滤波器11、极化关节12、俯仰关节13、发阻滤波器14、低噪放下变频器15、第一接收弯波导16、第二接收弯波导17、第一发射弯波导18、第二发射弯波导19和第三发射弯波导20。
喇叭9设置在副反射器5与支撑筒6之间，喇叭9、耦合器10、收阻滤波器11、极化关节12、第一发射弯波导18、俯仰关节13、第二发射弯波导19和第三发射弯波导20依次连接。耦合器10、第一接收弯波导16、发阻滤波器14、第二接收弯波导17和低噪放下变频器15依次连接。
极化关节12用于隔离围绕极化轴的旋转，俯仰关节13用于隔离围绕俯仰轴的旋转。
请参阅图4，极化调整组件21包括步进电机22、第一极化齿轮、第二极化齿轮23、极化转轴24、极化轴承和轴承座。
步进电机22固定在主反背架4上，第一极化齿轮安装在步进电机22的输出轴上，第二极化齿轮23与第一极化齿轮啮合，极化转轴24的一端与第二极化齿轮23固定连接，极化转轴24的另一端***极化轴承的内圈，极化轴承安装在轴承座上，轴承座固定安装在主反背架4上，极化转轴24的中部开设有配合孔，配合孔与耦合器10配合，使步进电机22可驱动馈源组件8自转。也就是说，馈源组件8的旋转部分的下端固定在极化转轴24上，馈源组件8的旋转部分的上端通过轴承支撑在支撑筒6的顶部的中轴线上，形成稳固的支撑结构，避免馈源组件8在机体振动、冲击等情况下产生移位。
请参阅图5，俯仰转台组件25包括俯仰左侧板26、俯仰右侧板27、第一俯仰齿轮28、第二俯仰齿轮29、俯仰直流电机30、俯仰支耳31、第一俯仰轴承、第二俯仰轴承、俯仰制动齿轮32和俯仰制动器33。
俯仰直流电机30固定在俯仰左侧板26上，第一俯仰齿轮28安装在俯仰直流电机30的输出轴上，第二俯仰齿轮29与第一俯仰齿轮28啮合，第二俯仰齿轮29通过第一俯仰轴承安装在俯仰左侧板26的轴承孔内，俯仰支耳31通过第二俯仰轴承安装在俯仰右侧板27的轴承孔内。第一俯仰轴承和第二俯仰轴承均为同型号角接触球轴承、且背对背安装。
俯仰左侧板26上还安装有两个限位传感器，两个限位传感器分别感应俯仰下限位和俯仰上限位，同时是俯仰角的零位开关。
主反背架4的一端固定在第二俯仰齿轮29上，主反背架4的另一端固定在俯仰支耳31上。
俯仰制动齿轮32和俯仰制动器33安装在俯仰左侧板26上，俯仰制动器33与俯仰制动齿轮32连接，俯仰制动齿轮32与第二俯仰齿轮29啮合。俯仰直流电机30驱动第一俯仰齿轮28旋转，第一俯仰齿轮28与第二俯仰齿轮29啮合，从而带动主反背架4以及整个反射面组件2和馈源组件8在一定角度范围内做俯仰运动。
方位转台组件34包括安装底座35、方位轴承、方位转轴、方位底板36、第一方位齿轮、第二方位齿轮37和方位直流电机38。
安装底座35用于安装在机体上，方位转轴的一端通过方位轴承安装在方位底板36上，方位转轴的另一端与安装底座35固定连接，第一方位齿轮固定安装在安装底座35上，方位直流电机38安装在方位底板36上，第二方位齿轮37安装在方位直流电机38的输出轴上，第二方位齿轮37与第一方位齿轮啮合。方位直流电机38驱动第二方位齿轮37旋转，通过齿轮副的啮合带动方位底板36绕安装底座35的轴线做连续地回转运动。
俯仰左侧板26固定连接在方位底板36的一端，俯仰右侧板27固定连接在方位底板36的另一端。俯仰左侧板26、方位底板36和俯仰右侧板27组合形成U形架结构。
方位转台组件34还包括安装在方位转轴上的集电环和方位波导关节，用于隔离方位转轴的旋转运动。集电环用于传输电源及监控信号；方位波导关节为一路同轴一路波导的类型，分别用于传输下行中频信号和上行高频信号。
馈源组件8的低噪放下变频器15通过同轴射频电缆与方位波导关节的同轴射频接口连接，形成下行接收通道。馈源组件8的第三发射弯波导20与方位波导关节的波导口连接，形成上行发射通道。
伺服控制组件39包括主控单元40、驱动单元41和测量传感器件，主控单元40和驱动单元41安装在方位底板36上，测量传感器件、主控单元40和驱动单元41依次电连接，驱动单元41与步进电机22、俯仰直流电机30、方位直流电机38分别电连接，测量传感器件用于实时采集被测对象的运动状态数据、并发送给主控单元40，主控单元40计算处理运动状态数据、并发送驱动指令给驱动单元41，驱动单元41根据驱动指令控制步进电机22、俯仰直流电机30和方位直流电机38运作。
测量传感器件包括陀螺仪、BD/GPS天线模块、航向姿态仪和信标接收机，陀螺仪用于采集被测对象的轴角数据，BD/GPS天线模块用于采集被测对象的位置坐标数据，航向姿态仪用于采集被测对象的姿态数据，信标接收机用于采集被测对象的卫星信标信号。
本实施例提供的机载动中通天线1的有益效果是：
通过驱动单元41控制步进电机22、俯仰直流电机30和方位直流电机38运作，使天线完成方位、俯仰和极化三轴转动，实现载体运动姿态隔离和目标卫星的跟踪。机载动中通天线1结构紧凑、重量轻、可靠性高，同时能满足机头座舱的布局要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机载动中通天线，其特征在于，所述机载动中通天线包括反射面组件(2)、馈源组件(8)、极化调整组件(21)、俯仰转台组件(25)和方位转台组件(34)；
所述方位转台组件(34)用于安装在机体上，所述俯仰转台组件(25)安装在所述方位转台组件(34)上，所述方位转台组可带动所述俯仰转台组件(25)水平转动；所述反射面组件(2)安装在所述俯仰转台组件(25)上，所述俯仰转台组件(25)可带动所述反射面组件(2)俯仰转动，所述极化调整组件(21)和所述馈源组件(8)安装在所述反射面组件(2)上，所述极化调整组件(21)可带动所述馈源组件(8)转动。
2.根据权利要求1所述的机载动中通天线，其特征在于，所述反射面组件(2)包括主反射器(3)、主反背架(4)、副反射器(5)、支撑筒(6)和支撑杆(7)，所述主反背架(4)设置在所述主反射器(3)的背面，所述主反射器(3)的中间开设有通孔，所述支撑筒(6)固定在所述主反背架(4)上、且穿过所述通孔，所述支撑杆(7)的一端连接在所述支撑筒(6)上，所述支撑杆(7)的另一端支撑所述副反射器(5)。
3.根据权利要求2所述的机载动中通天线，其特征在于，所述馈源组件(8)包括喇叭(9)、耦合器(10)、收阻滤波器(11)、极化关节(12)、俯仰关节(13)、发阻滤波器(14)、低噪放下变频器(15)、第一接收弯波导(16)、第二接收弯波导(17)、第一发射弯波导(18)、第二发射弯波导(19)和第三发射弯波导(20)；
所述喇叭(9)设置在所述副反射器(5)与所述支撑筒(6)之间，所述喇叭(9)、所述耦合器(10)、所述收阻滤波器(11)、所述极化关节(12)、所述第一发射弯波导(18)、所述俯仰关节(13)、所述第二发射弯波导(19)和所述第三发射弯波导(20)依次连接；所述耦合器(10)、所述第一接收弯波导(16)、所述发阻滤波器(14)、所述第二接收弯波导(17)和所述低噪放下变频器(15)依次连接。
4.根据权利要求3所述的机载动中通天线，其特征在于，所述极化调整组件(21)包括步进电机(22)、第一极化齿轮、第二极化齿轮(23)、极化转轴(24)、极化轴承和轴承座；
所述步进电机(22)固定在所述主反背架(4)上，所述第一极化齿轮安装在所述步进电机(22)的输出轴上，所述第二极化齿轮(23)与所述第一极化齿轮啮合，所述极化转轴(24)的一端与所述第二极化齿轮(23)固定连接，所述极化转轴(24)的另一端***所述极化轴承的内圈，所述极化轴承安装在所述轴承座上，所述轴承座固定安装在所述主反背架(4)上，所述极化转轴(24)的中部开设有配合孔，所述配合孔与所述耦合器(10)配合，使所述步进电机(22)可驱动所述馈源组件(8)自转。
5.根据权利要求4所述的机载动中通天线，其特征在于，所述俯仰转台组件(25)包括俯仰左侧板(26)、俯仰右侧板(27)、第一俯仰齿轮(28)、第二俯仰齿轮(29)、俯仰直流电机(30)、俯仰支耳(31)、第一俯仰轴承和第二俯仰轴承；
所述俯仰直流电机(30)固定在所述俯仰左侧板(26)上，所述第一俯仰齿轮(28)安装在所述俯仰直流电机(30)的输出轴上，所述第二俯仰齿轮(29)与所述第一俯仰齿轮(28)啮合，所述第二俯仰齿轮(29)通过所述第一俯仰轴承安装在所述俯仰左侧板(26)的轴承孔内，所述俯仰支耳(31)通过所述第二俯仰轴承安装在所述俯仰右侧板(27)的轴承孔内，所述主反背架(4)的一端固定在所述第二俯仰齿轮(29)上，所述主反背架(4)的另一端固定在所述俯仰支耳(31)上。
6.根据权利要求5所述的机载动中通天线，其特征在于，所述俯仰转台组件(25)还包括俯仰制动齿轮(32)和俯仰制动器(33)，所述俯仰制动齿轮(32)和所述俯仰制动器(33)安装在所述俯仰左侧板(26)上，所述俯仰制动器(33)与所述俯仰制动齿轮(32)连接，所述俯仰制动齿轮(32)与所述第二俯仰齿轮(29)啮合。
7.根据权利要求5所述的机载动中通天线，其特征在于，所述方位转台组件(34)包括安装底座(35)、方位轴承、方位转轴、方位底板(36)、第一方位齿轮、第二方位齿轮(37)和方位直流电机(38)；
所述安装底座(35)用于安装在机体上，所述方位转轴的一端通过所述方位轴承安装在所述方位底板(36)上，所述方位转轴的另一端与所述安装底座(35)连接，所述第一方位齿轮固定安装在所述安装底座(35)上，所述方位直流电机(38)安装在所述方位底板(36)上，所述第二方位齿轮(37)安装在所述方位直流电机(38)的输出轴上，所述第二方位齿轮(37)与所述第一方位齿轮啮合，所述俯仰左侧板(26)固定连接在所述方位底板(36)的一端，所述俯仰右侧板(27)固定连接在所述方位底板(36)的另一端。
8.根据权利要求7所述的机载动中通天线，其特征在于，所述俯仰左侧板(26)、所述方位底板(36)和所述俯仰右侧板(27)组合形成U形架结构。
9.根据权利要求7所述的机载动中通天线，其特征在于，所述机载动中通天线还包括伺服控制组件(39)，所述伺服控制组件(39)包括主控单元(40)、驱动单元(41)和测量传感器件，所述主控单元(40)和所述驱动单元(41)安装在所述方位底板(36)上，所述测量传感器件、所述主控单元(40)和所述驱动单元(41)依次电连接，所述驱动单元(41)与所述步进电机(22)、所述俯仰直流电机(30)、所述方位直流电机(38)分别电连接，所述测量传感器件用于实时采集被测对象的运动状态数据、并发送给所述主控单元(40)，所述主控单元(40)计算处理运动状态数据、并发送驱动指令给所述驱动单元(41)，所述驱动单元(41)根据驱动指令控制所述步进电机(22)、所述俯仰直流电机(30)和所述方位直流电机(38)运作。
10.根据权利要求9所述的机载动中通天线，其特征在于，所述测量传感器件包括陀螺仪、BD/GPS天线模块、航向姿态仪和信标接收机，所述陀螺仪用于采集被测对象的轴角数据，所述BD/GPS天线模块用于采集被测对象的位置坐标数据，所述航向姿态仪用于采集被测对象的姿态数据，所述信标接收机用于采集被测对象的卫星信标信号。
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