CN109616741A - 有源驱动二维展开式天线 - Google Patents

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于爽
王浩淼
罗小乐
李舒扬
瞿佳蔚
顾敏泓
王涵
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Abstract

本发明提供了一种有源驱动二维展开式天线，包括：安装基板、隔热垫、驱动机构基座、回形框架、天线基座、X轴驱动电机组件、Y轴驱动电机组件、连接架、锁紧释放机构，本发明结构紧凑，高度方向上尺寸小，提供有较大尺寸安装平面可适用于大安装面要求的载荷，机构整体刚度大，从而保证了输出精度；所采用的抱抓方式具有较大的锁紧接触面，可实现高强度的锁紧。

Description

有源驱动二维展开式天线
技术领域
本发明涉及一种有源驱动二维展开式天线。
背景技术
随着现代航空航天技术的成熟发展，空间探测活动越来越频繁、任务也越来越复杂，尤其以空间站、登月计划和火星探测工程为代表。与此同时，星地或者星间传输的数据量也不断增加。为了满足传输数据量增加的需求，通常是通过提高天线增益来提高数据传输速度。这使得天线的波束宽度也变得很窄，而指向不确定性会成特定区域的增益降低，甚至造成通信链路连接不畅。因此，很多天线被设计成具有二维转动和定向的功能。
随着星载天线增益增高，天线口径和重量越来越大，结构越来越复杂，用于安装二维指向机构的空间有限，同时也给二维指向机构的安装操作带来很大的困难。同时，出于建立星地或者星间链路需要，星载天线对特定区域的指向精度要求也很高，这需要由二维指向机构来实现。
由于发射阶段振动环境非常恶劣，需要将天线机构收拢至指定状态锁紧固定，避免天线机构不受控造成自身损坏及碰撞其它载荷。现有的有些星载天线，仅依靠电机的保持力矩实现指向机构的位置保持，保持刚度低且易受外界干扰的影响，存在较大安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有源驱动二维展开式天线，能够解决现有的星载天线，仅依靠电机的保持力矩实现指向机构的位置保持，保持刚度低且易受外界干扰的影响，存在较大安全隐患的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种有源驱动二维展开式天线，包括：安装基板、隔热垫、驱动机构基座、回形框架、天线基座、X轴驱动电机组件、Y轴驱动电机组件、连接架、锁紧释放机构，其中，
所述驱动机构基座和锁紧释放机构安装于所述安装基板上，所述驱动机构基座与安装基板之间有所述隔热垫做隔离，所述锁紧释放机构与安装基板之间有所述隔热垫做隔离；
所述X轴驱动电机组件固定安装于所述驱动机构基座上，所述X轴驱动电机组件的输出端与所述回形框架固定连接，所述X轴驱动电机组件通过所述回形框架绕X轴方向转动；
所述Y轴驱动电机组件固定安装于所述回形框架上，所述Y轴驱动电机组件的输出端与所述天线基座固定连接，所述Y轴驱动电机组件通过所述天线基座绕Y轴方向转动；
在所述天线基座的X轴和Y轴方向上各固定连接有一个所述连接架，相应位置的锁紧释放机构在锁紧状态下将所述连接架卡住，限制所述X轴驱动电机组件和Y轴驱动电机组件转动。
进一步的，在上述有源驱动二维展开式天线中，所述X轴驱动电机组件和Y轴驱动电机组件的旋转轴线十字交叉。
进一步的，在上述有源驱动二维展开式天线中，所述十字交叉的X轴驱动电机组件和Y轴驱动电机组件的长宽高包络尺寸为300mm×275mm×168mm，所述十字交叉的X轴驱动电机组件和Y轴驱动电机组件的重心所述距驱动机构基座的底面高度为84mm。
进一步的，在上述有源驱动二维展开式天线中，所述回形框架采用对称结构，所述回形框架、驱动机构基座均为两端支撑。
进一步的，在上述有源驱动二维展开式天线中，所述X轴驱动电机组件和Y轴驱动电机组件组成模块化结构。
进一步的，在上述有源驱动二维展开式天线中，所述锁紧释放机构在卡住所述连接架后，具有大于等于7100N的锁紧力。
进一步的，在上述有源驱动二维展开式天线中，所述锁紧释放机构展开由扭转弹簧驱动，锁紧时扭转力矩为0.4N.m，展开到位状态力矩为0.17N.m。
进一步的，在上述有源驱动二维展开式天线中，所述锁紧释放机构上设置有卡爪，所述卡爪在锁紧状态下将所述连接架卡住，所述卡爪的内表面喷涂有碳化钨膜。
进一步的，在上述有源驱动二维展开式天线中，所述碳化钨膜涂层的厚度为0.2mm±0.05mm；所述碳化钨膜的结合强度大于等于45MPa；当工作载荷为3.0KN时，所述碳化钨膜的摩擦副的静摩擦系数大于等于0.5。
进一步的，在上述有源驱动二维展开式天线中，所述有源驱动二维展开式天线内有接触且相对转动的面均涂覆有MoS2固体润滑膜
与现有技术相比，本发明由于采取了上述设计方案，使之与现有技术方案相比，具有以下的优点：
本发明提供的有源驱动二维展开式天线，结构紧凑，高度方向上尺寸小，提供有较大尺寸安装平面可适用于大安装面要求的载荷，机构整体刚度大，从而保证了输出精度；所采用的抱抓方式具有较大的锁紧接触面，可实现高强度的锁紧。
附图说明
图1是本发明一实施例的有源驱动二维展开式天线的锁紧状态示意图；
图2是本发明一实施例的有源驱动二维展开式天线的释放状态示意图；
图3是本发明一实施例的有源驱动二维展开式天线的指向状态示意图；
其中，1-安装基板，2-隔热垫，3-回形框架，4-驱动机构基座，5-X轴驱动电机组件，6-Y轴驱动电机组件，7-天线基座，8-连接架，9-锁紧释放机构，901-火工品切割器，902-卡爪，903-压紧杆，904-压紧头套，905-扭转弹簧。
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，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1～3所示，本发明提供一种有源驱动二维展开式天线，包括：安装基板1、隔热垫2、驱动机构基座4、回形框架3、天线基座7、X轴驱动电机组件5、Y轴驱动电机组件6、连接架8、锁紧释放机构9，其中，
所述驱动机构基座4和锁紧释放机构9安装于所述安装基板1上，所述驱动机构基座4与安装基板1之间有所述隔热垫2做隔离，所述锁紧释放机构9与安装基板1之间有所述隔热垫2做隔离；
所述X轴驱动电机组件5固定安装于所述驱动机构基座4上，所述X轴驱动电机组件5的输出端与所述回形框架3固定连接，所述X轴驱动电机组件5通过所述回形框架3绕X轴方向转动；
所述Y轴驱动电机组件6固定安装于所述回形框架3上，所述Y轴驱动电机组件6的输出端与所述天线基座7固定连接，所述Y轴驱动电机组件6通过所述天线基座7绕Y轴方向转动；
在所述天线基座7的X轴和Y轴方向上各固定连接有一个所述连接架8，相应位置的锁紧释放机构9在锁紧状态下将所述连接架8卡住，限制所述X轴驱动电机组件5和Y轴驱动电机组件6转动，实现驱动指向机构的锁紧；需要释放时，火工品切割器901起爆，锁紧释放机构9释放，驱动指向机构可以在X轴驱动电机组件5和Y轴驱动电机组件6的驱动下实现天线展开指向。
在此，本发明适用于空间飞行器有二维指向功能要求的天线，具有集成化程度高、结构简单紧凑、机构刚度大、锁紧力矩大、锁紧释放可靠等优点。
本发明的有源驱动二维展开式天线一实施例中，所述X轴驱动电机组件5和Y轴驱动电机组件6的旋转轴线十字交叉，从而提高了结构紧凑性，零位状态下，所述十字交叉的X轴驱动电机组件5和Y轴驱动电机组件6的长宽高包络尺寸为300mm×275mm×168mm，所述十字交叉的X轴驱动电机组件5和Y轴驱动电机组件6的重心所述距驱动机构基座4的底面高度为84mm。
本发明的有源驱动二维展开式天线一实施例中，所述回形框架3采用对称结构，所述回形框架3、驱动机构基座4均为两端支撑，提高了结构刚度从而保证了指向输出精度。
本发明的有源驱动二维展开式天线一实施例中，所述X轴驱动电机组件5和Y轴驱动电机组件6组成模块化结构，可在不影响指向机构整体安装状态的情况下独立拆卸进行维护，或更换驱动组件以获得不同的转动性能指标适应需求；
本发明的有源驱动二维展开式天线一实施例中，所述锁紧释放机构9在卡住(抱和)所述连接架8后，具有大于等于7100N的锁紧力，可有效锁紧驱动指向机构，避免其在振动环境下不受控制。
本发明的有源驱动二维展开式天线一实施例中，所述锁紧释放机构9展开由扭转弹簧905驱动，锁紧时扭转力矩为0.4N.m，展开到位状态力矩为0.17N.m，剩余力矩将卡爪压紧在底座上，避免其***影响指向机构运动。
本发明的有源驱动二维展开式天线一实施例中，所述锁紧释放机构9上设置有卡爪902，所述卡爪902在锁紧状态下将所述连接架8卡住，为保证所述卡爪902与连接架8接触面的摩擦力，所述卡爪902的内表面喷涂有碳化钨(WC)膜。
本发明的有源驱动二维展开式天线一实施例中，所述碳化钨(WC)膜涂层的厚度为0.2mm±0.05mm；所述碳化钨(WC)膜的结合强度大于等于45MPa；当工作载荷为3.0KN时，所述碳化钨(WC)膜的摩擦副的静摩擦系数大于等于0.5。
本发明的有源驱动二维展开式天线一实施例中，所述有源驱动二维展开式天线内有接触且相对转动的面均涂覆有MoS2固体润滑膜，该固体润滑膜可为相对运动件提供真空环境下的润滑效果以减小摩擦阻力。
具体的，图1是本发明提供的一种有源驱动二维展开式天线的锁紧状态示意图。
在该状态下，锁紧释放机构9处于锁紧状态，具体的，锁紧释放机构9的卡爪902与二维指向机构上相应连接架面贴合，通过压紧杆903锁紧，此时驱动机构无法运动，可在发射阶段抵抗环境振动；
图2是本发明提供的一种有源驱动二维展开式天线的释放状态示意图；
到达在轨状态后，通过指令控制火工品切割器901触发，将压紧杆903切断，此时在扭转弹簧905作用下左右卡爪902展开，运动至限位状态时由于扭转弹簧905存在剩余力矩，可将卡爪902压紧在限位结构处。此时锁紧释放机构9完全释放到位，且不会对驱动指向机构造成运动干涉。
图3是本发明提供的一种有源驱动二维展开式天线的指向状态示意图；
在X轴驱动电机5和Y轴驱动电机6的驱动下，机构可实现两个方向的旋转，两轴的运动相互独立，其叠加效果为整个驱动指向机构的输出，实现对安装在天线基座7上天线的二维指向。
综上所述，本发明由于采取了上述设计方案，使之与现有技术方案相比，具有以下的优点：
本发明提供的有源驱动二维展开式天线，结构紧凑，高度方向上尺寸小，提供有较大尺寸安装平面可适用于大安装面要求的载荷，机构整体刚度大，从而保证了输出精度；所采用的抱抓方式具有较大的锁紧接触面，可实现高强度的锁紧。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种有源驱动二维展开式天线，其特征在于，包括：安装基板、隔热垫、驱动机构基座、回形框架、天线基座、X轴驱动电机组件、Y轴驱动电机组件、连接架、锁紧释放机构，其中，
所述驱动机构基座和锁紧释放机构安装于所述安装基板上，所述驱动机构基座与安装基板之间有所述隔热垫做隔离，所述锁紧释放机构与安装基板之间有所述隔热垫做隔离；
所述X轴驱动电机组件固定安装于所述驱动机构基座上，所述X轴驱动电机组件的输出端与所述回形框架固定连接，所述X轴驱动电机组件通过所述回形框架绕X轴方向转动；
所述Y轴驱动电机组件固定安装于所述回形框架上，所述Y轴驱动电机组件的输出端与所述天线基座固定连接，所述Y轴驱动电机组件通过所述天线基座绕Y轴方向转动；
在所述天线基座的X轴和Y轴方向上各固定连接有一个所述连接架，相应位置的锁紧释放机构在锁紧状态下将所述连接架卡住，限制所述X轴驱动电机组件和Y轴驱动电机组件转动。
2.如权利要求1所述的有源驱动二维展开式天线，其特征在于，所述X轴驱动电机组件和Y轴驱动电机组件的旋转轴线十字交叉。
3.如权利要求2所述的有源驱动二维展开式天线，其特征在于，所述十字交叉的X轴驱动电机组件和Y轴驱动电机组件的长宽高包络尺寸为300mm×275mm×168mm，所述十字交叉的X轴驱动电机组件和Y轴驱动电机组件的重心所述距驱动机构基座的底面高度为84mm。
4.如权利要求1所述的有源驱动二维展开式天线，其特征在于，所述回形框架采用对称结构，所述回形框架、驱动机构基座均为两端支撑。
5.如权利要求1所述的有源驱动二维展开式天线，其特征在于，所述X轴驱动电机组件和Y轴驱动电机组件组成模块化结构。
6.如权利要求1所述的有源驱动二维展开式天线，其特征在于，所述锁紧释放机构在卡住所述连接架后，具有大于等于7100N的锁紧力。
7.如权利要求1所述的有源驱动二维展开式天线，其特征在于，所述锁紧释放机构展开由扭转弹簧驱动，锁紧时扭转力矩为0.4N.m，展开到位状态力矩为0.17N.m。
8.如权利要求1所述的有源驱动二维展开式天线，其特征在于，所述锁紧释放机构上设置有卡爪，所述卡爪在锁紧状态下将所述连接架卡住，所述卡爪的内表面喷涂有碳化钨膜。
9.如权利要求1所述的有源驱动二维展开式天线，其特征在于，所述碳化钨膜涂层的厚度为0.2mm±0.05mm；所述碳化钨膜的结合强度大于等于45MPa；当工作载荷为3.0KN时，所述碳化钨膜的摩擦副的静摩擦系数大于等于0.5。
10.如权利要求1至9任一项所述的有源驱动二维展开式天线，其特征在于，所述有源驱动二维展开式天线内有接触且相对转动的面均涂覆有MoS2固体润滑膜。
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