CN113922088A - 一种低轨卫星天线转台和低轨卫星天线 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种低轨卫星天线转台和低轨卫星天线，其中低轨卫星天线转台包括：天线主体；所述天线主体连接有转动装置，所述转动装置包括用于带动所述天线主体进行俯仰运动的俯仰组件，以及用于带动所述天线主体进行横滚运动的横滚组件；所述俯仰组件以及所述横滚组件均能独立运行，以带动所述天线主体能够同时进行俯仰及横滚动作。通过本申请中的能够分别独立运行的俯仰组件以及横滚组件，使得转动装置能够同时带动天线主体进行俯仰及横滚动作，从而增大了天线主体的活动范围，对低轨卫星进行过顶不丢星的跟踪。
Description
技术领域
本申请涉及卫星天线技术领域，具体而言，涉及一种低轨卫星天线转台和低轨卫星天线。
背景技术
针对于低轨卫星通信的应用，需要地面终端实现无缝切星，并且当卫星从正头顶过境时，天线可以不间断的跟踪。当前纯机械的地面终端，都可以解决过顶问题，诸如传统的X-Y形式天线，和A-E形式天线。
现有几种常用的转台机构对卫星过顶跟踪和转动包络线体积都存在着以下现实缺陷。
A-E(方位-俯仰)结构形式最常见，适用于多种天线转台的应用，但是当低轨卫星过顶时，则存在跟踪盲区，软件算法不能解决是A轴迅速转动180度还是E轴向90度方向转动。
X-Y为两个扇形结构，可以实现360°的整球运动指向，常用于低轨卫星的跟踪。然而不管是大型地面站还是便携式，由于纵向叠加的两个旋转轴心距离天线口面距离无法缩减，导致运动包络都很大。以7.5米地面站为例需要14.2米直径的球形罩，成本和占地需求都很大，相应的整机重量也过重。
除了上述两种结构，Starlink的相控阵+A-E机械转台为当今最先进且简洁的结构形式。但其两轴机械为分时运动，A-E两轴不能同时工作。如果不是相控阵的天线有电扫补偿，也存在上述过顶的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种低轨卫星天线转台和低轨卫星天线，该低轨卫星天线转台和低轨卫星天线能够同时进行俯仰及横滚动作，从而在减小整机体积重量的前提下解决过顶丢星问题。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种低轨卫星天线转台，包括：天线主体；
所述天线主体连接有转动装置，所述转动装置包括用于带动所述天线主体进行俯仰运动的俯仰组件，以及用于带动所述天线主体进行横滚运动的横滚组件；
所述俯仰组件以及所述横滚组件均能独立运行，以带动所述天线主体能够同时进行俯仰及横滚动作。
通过本申请中的能够分别独立运行的俯仰组件以及横滚组件，使得转动装置能够同时带动天线主体进行俯仰及横滚动作，从而增大了天线主体的活动范围，对低轨卫星进行过顶不丢星的跟踪。
在可选的实施方式中，所述横滚组件安装在底座上，包括横滚驱动组件以及横滚传动组件，所述横滚驱动组件固定安装在所述底座上。
在可选的实施方式中，所述横滚驱动组件包括横滚伺服电机，所述横滚传动组件包括连接在所述横滚伺服电机输出轴上的横滚齿轮，以及与所述横滚齿轮啮合连接的横滚齿条，所述横滚齿条可活动地连接在所述底座上。
在可选的实施方式中，所述横滚齿条为U形结构，在其曲形的外侧面上设置有与所述横滚齿轮相配合的齿牙；所述底座上穿插设置有横滚轴，所述横滚齿条的内侧面为光滑曲面，所述横滚轴上连接有能够配合所述光滑曲面从动滑动的横滚轴承。
在可选的实施方式中，所述俯仰组件连接在所述横滚组件上，包括俯仰驱动组件以及俯仰传动组件，所述俯仰驱动组件连接在所述横滚齿条上。
在可选的实施方式中，所述俯仰驱动组件包括俯仰伺服电机，所述横滚齿条的顶部两侧分别连接有支臂，所述俯仰伺服电机安装在其中一个所述支臂上。
在可选的实施方式中，所述支臂之间连接有俯仰轴，所述俯仰传动组件包括连接在所述俯仰轴端部的扇形齿轮，以及连接在所述俯仰伺服电机输出轴上的俯仰齿轮，所述俯仰齿轮与所述扇形齿轮啮合连接。
在可选的实施方式中，所述天线主体包括弧面结构的天线罩，在零位状态，所述横滚齿条的轴线与所述俯仰轴的轴线在竖直方向上重合，且所述横滚齿条的中点及所述俯仰轴的中点与所述天线罩的中心重合。
在可选的实施方式中，还包括控制装置，所述横滚伺服电机及所述俯仰伺服电机分别与所述控制装置电连接。
第二方面，本发明提供一种低轨卫星天线，包括前述实施方式中任一项所述的低轨卫星天线转台。
通过本发明中的地轨卫星天线，能够简化卫星天线的转动结构，减少卫星天线的占地面积，同时保证了在对低轨卫星追踪过程中运行的稳定可靠性。
本申请的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的某些实施例，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为本申请实施例提供的低轨卫星天线转台的结构示意图；
图2为图1其中一侧的结构示意图；
图3为图1另一侧的结构示意图。
图标：1-天线主体；11-天线罩；
2-横滚组件；21-横滚齿条；22-横滚齿轮；23-横滚伺服电机；24-横滚轴；25-横滚轴承；26-从动齿轮；27-支臂；
3-俯仰组件；31-俯仰轴；32-俯仰伺服电机；33-扇形齿轮；34-俯仰齿轮；
4-固定底座；41-限位板。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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申请中的具体含义。
参见图1-图3，本发明提供的低轨卫星天线转台，包括：天线主体1；
所述天线主体1连接有转动装置，所述转动装置包括用于带动所述天线主体1进行俯仰运动的俯仰组件3，以及用于带动所述天线主体1进行横滚运动的横滚组件2；
所述俯仰组件3以及所述横滚组件2均能独立运行，以带动所述天线主体1能够同时进行俯仰及横滚动作。
本发明中的低轨卫星天线转台，主要是对天线在追踪低轨卫星时的移动进行控制。针对于低轨卫星通信的应用，需要地面终端实现无缝切星，并且当卫星从正头顶过境时，天线可以不间断的跟踪。现有转台结构虽然能够解决过顶丢星的问题，但是在结构组成或者软件控制方面都存在现实缺陷，集成度低、结构复杂。
通过将俯仰组件3以及横滚组件2结合在一起，能够形成两者的有机组合，并且通过两者独立运行的形式，能够使转动装置同时带动天线主体1进行俯仰及横滚动作，从而在空间上增大了天线主体1的活动范围，解决在低轨卫星过顶时，天线主体1不能转动至对应接收状态的丢星追踪。
本发明中的转动装置设置在固定底座4与天线主体1之间，天线主体1的转动包括俯仰转动以及横滚转动，俯仰转动是在横滚转动的基础上进行的。具体地，横滚组件2能够带动天线主体1以及俯仰组件3同时进行横滚动作，俯仰组件3带动天线主体1以及功能组件进行俯仰动作。
基于横滚组件2所能带来的转动形式，横滚组件2具体安装在天线转台的固定底座4上，在横滚动作时，以固定底座4为基础，带动已述的装置移动。
横滚组件2具体包括横滚驱动组件以及横滚传动组件，其中横滚驱动组件固定安装在固定底座4上，并为横滚动作提供驱动力。
横滚驱动组件包括固定安装在固定底座4上的横滚伺服电机23，横滚传动组件包括连接在横滚伺服电机23输出轴上的横滚齿轮22，以及与横滚齿轮22啮合连接的横滚齿条21，横滚伺服电机23输出的动力带动横滚齿轮22转动，基于横滚伺服电机23的固定安装，横滚齿轮22在转动时能够带动横滚齿条21进行移动，横滚齿条21可活动地连接在固定底座4上，能够在横滚齿轮22的转动作用下在固定底座4上进行偏移摆动，从而带动连接在横滚齿条21上的组件进行横滚移动。
本实施例中的横滚齿条21具体为U形结构，横滚齿轮22具体啮合连接在横滚齿条21的外侧面上。U形结构的横滚齿条21包括具有齿牙的外侧面即底面，以及具有光滑面的内侧面即顶面，且外侧面及内侧面均为曲面结构。
在配合连接时，通过外侧面上的齿牙与横滚齿轮22相啮合，保证将横滚伺服电机23动力输出，同时为了限制横滚齿条21的任意横摆，在固定底座4上设置有相对安装的限位板41，在限位板41之间穿插设置有上下布置的两对横滚轴24，横滚齿条21穿过两对横滚轴24之间的空隙，并使横滚齿条21在两块限位板41之间的空隙横摆。通过该种设置方式，能够保证横滚齿条21在横摆时的可靠性，防止出现偏移。
通过本发明中的U形结构的横滚齿条21，能够带动天线主体1满足±90°的运动范围，从而可调整在追踪卫星时的朝向角度，扩宽追踪卫星的种类。
为了协同横滚齿条21与横滚齿轮22之间的传动，在位于上部的横滚轴24上安装有横滚轴承25，在位于下部的横滚轴24上安装有从动齿轮26，通过横滚轴承25能够有效地使位于内侧面即顶面的光滑平面配合横滚齿条21的横摆移动，从动齿轮26同时增强了与位于外侧面即底面上齿牙的啮合关系，进一步保证了在横摆时的稳定可靠。
本实施例中的俯仰组件3连接在横滚组件2上，能够在横滚组件2的带动下独立地控制天线主体1以及附属功能设备进行俯仰动作。俯仰组件3包括俯仰驱动组件以及俯仰传动组件，俯仰驱动组件以及俯仰传动组件均具体连接在横滚齿条21上。
具体地，在横滚齿条21的顶部两侧分别连接有支臂27，两个支臂27均为直段型的支撑臂，俯仰驱动组件具体包括安装在其中一个支臂27上的俯仰伺服电机32，通过俯仰伺服电机32进行动力输出来控制天线主体1的俯仰动作。
本实施例中包括水平布置的俯仰轴31，天线主体1的俯仰动作主要是通过该俯仰轴31的转动来实现的。具体地，俯仰轴31水平布置在两个支臂27之间，在俯仰轴31位于俯仰伺服电机32的端部连接有扇形齿轮33，同样在俯仰伺服电机32的输出轴上连接有俯仰齿轮34，通过扇形齿轮33与俯仰齿轮34的啮合连接实现俯仰伺服电机32的动力传输。
俯仰伺服电机32在运行时带动俯仰齿轮34转动，通过俯仰齿轮34与扇形齿轮33的啮合带动扇形齿轮33转动，扇形齿轮33在转动过程中带动俯仰轴31在两个支臂27之间转动，从而间接地带动天线主体1进行俯仰动作。
本发明中的扇形齿轮33的角度为近似120°的扇形齿轮33，扇形齿轮33上的齿牙设置在齿轮边缘，通过俯仰齿轮34的转动，能够使天线主体1满足±90°或者±80°的运动范围。通过天线主体1的上述运动范围，能够使俯仰动作的幅度较大，从而能够实现对低轨卫星的过顶追踪。
扇形齿轮33安装在俯仰轴31的其中一端，为了平衡俯仰轴31另一端的受力，保持在零位状态下俯仰轴31的平衡，在俯仰轴31另一端还可安装平衡配重块(图中未示出)，通过将平衡配重块连接在俯仰轴31的另一端，能够有效俯仰轴31在自然情况下的静平衡，从而最大限度的减小转动惯量，降低传动部件的风险性。
天线主体1包括弧面结构的天线罩11，在零位状态下，横滚齿条21的轴线与俯仰轴31的轴线在竖直方向上重合，具体地，天线主体1的零位状态是在不发生横滚以及俯仰动作的状态，横滚齿条21的中点及俯仰轴31的中点均与天线罩11的中心重合。通过将各个旋转轴设置在几何中心上，保证包络尺寸最小，减小了天线转台的体积重量，保证了结构的精简。
本发明中的横滚伺服电机23及俯仰伺服电机32主要通过控制装置来进行，通过将横滚伺服电机23及俯仰伺服电机32均与控制装置电连接的形式，能够接收控制装置发送的控制信号，进行在俯仰以及横滚角度上的移动。
通过本发明中的转动装置，以及集成设置的形式，保证了天线转台的整体刚度，减小传动***传递运动时的弹性变形，从而提高传动结构及整体设备的谐振频率，减少对伺服带宽的限制，消除对整个***的稳定性、动态响应及精度的不利影响。
通过采用齿轮与齿条或者扇形齿轮33的一级齿轮传动，进而减少传动链，减小传动环节的传动误差和回程误差，同时，齿轮啮合也可以提高***的固有频率，从而减小负载的振荡频率，缩短***的调整时间。
本发明中的天线转台以低速稳定性为主，为了保证传动***精度，同时做好各级精度指标的分配，减小传动链的传动误差和回程误差，提高***的传动刚性和固有频率，采用提高末级速比使传动***误差减小，既可保证***的传动精度。
采用齿轮传动方式，效率高，可靠性高，但传统的齿轮成本高，重量高。为此根据材料特性设计了不同材质的齿轮配合使用，并采用新的加工、热处理工艺。使得既满足使用要求又减轻重量，降低成本。
具体地，本发明中的传动组件由航空铝加工而成，将底座与各轴传动以及轴承固定在一起，电机组件与限位开关安装在固定底座4上，通过电机组件带动减速机构转动实现各轴的转动。各轴传动链主要由电机、减速器组件与齿轮传动组成，零位开关用来进行初始位置的检测。电机、减速器选用一体化设计，具有重量轻、体积小以及精度高等特点。另外，横滚齿条21以及俯仰轴31均为中空结构，方便整机线缆的走线。
通过本发明中的低轨卫星天线转台，能够形成俯仰以及横滚的集成结构，通过将横滚齿条21以及俯仰轴31设置为轴线重合的形式，能够在最大程度上减少底部包络的体积，从而最大限度的简化解耦股，大幅度降低成本。
本发明还提供了一种包括上述低轨卫星天线转台的低轨卫星天线，能够简化卫星天线的转动结构，减少卫星天线的占地面积，同时保证了在对低轨卫星追踪过程中运行的稳定可靠性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低轨卫星天线转台，其特征在于，包括：天线主体；
所述天线主体连接有转动装置，所述转动装置包括用于带动所述天线主体进行俯仰运动的俯仰组件，以及用于带动所述天线主体进行横滚运动的横滚组件；
所述俯仰组件以及所述横滚组件均能独立运行，以带动所述天线主体能够同时进行俯仰及横滚动作。
2.根据权利要求1所述的低轨卫星天线转台，其特征在于，所述横滚组件安装在底座上，包括横滚驱动组件以及横滚传动组件，所述横滚驱动组件固定安装在所述底座上。
3.根据权利要求2所述的低轨卫星天线转台，其特征在于，所述横滚驱动组件包括横滚伺服电机，所述横滚传动组件包括连接在所述横滚伺服电机输出轴上的横滚齿轮，以及与所述横滚齿轮啮合连接的横滚齿条，所述横滚齿条可活动地连接在所述底座上。
4.根据权利要求3所述的低轨卫星天线转台，其特征在于，所述横滚齿条为U形结构，在其曲形的外侧面上设置有与所述横滚齿轮相配合的齿牙；所述底座上穿插设置有横滚轴，所述横滚齿条的内侧面为光滑曲面，所述横滚轴上连接有能够配合所述光滑曲面从动滑动的横滚轴承。
5.根据权利要求3所述的低轨卫星天线转台，其特征在于，所述俯仰组件连接在所述横滚组件上，包括俯仰驱动组件以及俯仰传动组件，所述俯仰驱动组件以及所述俯仰传动组件均连接在所述横滚齿条上。
6.根据权利要求5所述的低轨卫星天线转台，其特征在于，所述俯仰驱动组件包括俯仰伺服电机，所述横滚齿条的顶部两侧分别连接有支臂，所述俯仰伺服电机安装在其中一个所述支臂上。
7.根据权利要求6所述的低轨卫星天线转台，其特征在于，所述支臂之间连接有俯仰轴，所述俯仰传动组件包括连接在所述俯仰轴端部的扇形齿轮，以及连接在所述俯仰伺服电机输出轴上的俯仰齿轮，所述俯仰齿轮与所述扇形齿轮啮合连接。
8.根据权利要求7所述的低轨卫星天线转台，其特征在于，所述天线主体包括弧面结构的天线罩，在零位状态，所述横滚齿条的轴线与所述俯仰轴的轴线在竖直方向上重合，且所述横滚齿条的中点及所述俯仰轴的中点均与所述天线罩的中心重合。
9.根据权利要求6所述的低轨卫星天线转台，其特征在于，还包括控制装置，所述横滚伺服电机及所述俯仰伺服电机分别与所述控制装置电连接。
10.一种低轨卫星天线，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的低轨卫星天线转台。
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