一种适用于高轨卫星的带初始指向功能的二维指向天线的制作方法

本发明涉及基于高轨卫星的二维指向天线技术领域，特别涉及一种带初始指向功能的二维指向天线。

背景技术：

在地球静止轨道通信卫星工程中，需要研制具有二维转动功能的高增益天线用于对地传输数据。由于卫星对地面安装空间限制，天线需要在卫星给定的狭小空间范围内，实现初始入轨定点后初始指向地面站，并具备在两个维度内自由转动指向的功能。

而目前，公知的用于卫星的同类型带指向机构数传天线采用标准两维指向机构，首先收拢锁紧，入轨解锁展开，然后具备在两维方向内转动能力。或者采用两维指向机构加展开机构方案，首先由展开机构控制天线展开到初始零位，然后以初始零位为基准，在两维指向机构带动下指向目标进行通信。

第一种方案适用于天线可大角度倾斜安装，解锁后锁紧设备不影响天线转动功能，不需新的锁紧释放装置的设计；第二种方案适用于卫星资源充裕的情况，可通过多种机构的组合实现天线指向功能。这两种设计均不能实现入轨即可具备基本的工作能力的效果。

另外一般卫星天线在入轨后，存在一种常见风险：如解锁装置无法正常展开，则会导致天线在轨无法指向所需地面站，导致通信功能丧失，严重的导致整个卫星任务失败。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的技术方案是：

一种适用于高轨卫星的带初始指向功能的二维指向天线，其特征在于，包括：

一天线本体；

一x-y型二维指向机构，具有x轴维度和y轴维度的旋转自由度，用于控制所述天线本体的空间角度；且，所述x-y型二维指向机构的初始状态指向既定角度位置；

一锁紧释放装置，其在发射前通过锁紧x-y型二维指向机构而将天线本体固定；入轨后，所述锁紧释放装置解锁并展开，释放天线本体，且不影响x-y型二维指向机构的转动；

一热控组件，将x-y型二维指向机构和锁紧释放装置包覆起来；以及，

机架，所述x-y型二维指向机构和锁紧释放装置安装于所述机架上。

优选的，所述x-y型二维指向机构包括设于所述机架上的两组转动组件，该两组转动组件分别控制天线本体在x轴维度的转动和在y轴维度的转动。

优选的，所述转动组件包括驱动机构和框架，所述框架与所述驱动机构可拆卸连接；两组转动组件中的两个框架之间可拆卸连接，且其中一组转动组件连接天线本体。

优选的，所述既定角度位置通过x-y型二维指向机构的安装角度以及初始状态下两组转动组件的初始转角进行确定。

优选的，x轴和y轴为同一平面内的两相互垂直的两个轴。

优选的，所述锁紧释放装置包括两组锁紧释放组件，该两组锁紧释放组件与转动组件一一对应，并用于锁紧或释放各自对应的转动组件。

优选的，所述锁紧释放组件包括相对的设置于机架上的锁紧臂、连接两锁紧臂的锁紧杆，以及设于所述锁紧臂上的火工品切割器；转动组件包括伸出机构，锁紧时，所述伸出机构被夹紧在两锁紧臂之间；释放时，所述火工品切割器切断所述锁紧杆。

优选的，所述锁紧释放组件还包括弹性机构；所述火工品切割器切断锁紧杆之后，所述弹性机构控制锁紧臂沿预定路径展开并落至机架上。

优选的，所述热控组件包括热控多层和多层骨架；所述热控多层设置在所述多层骨架上，并将x-y型二维指向机构和锁紧释放装置完全包覆。

优选的，所述热控组件还包括锗膜，所述锗膜和所述热控多层包裹于天线本体的外部。

优选的，所述天线本体包括筒型框架，所述筒型框架的外部包裹有所述热控多层。

优选的，所述热控多层具有一定的裕度。

优选的，所述天线本体为高增益反射面天线，其增益高、波束窄、对地指向覆盖区域小。

优选的，还包括波导反馈组件，所述波导反馈组件设于所述机架上。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

1、本发明解决了在安装空间受限、空间资源紧张的卫星上，实现高增益数传天线在卫星发射时收拢锁紧固定、入轨后天线初始指向目标工作，解锁后可二维转动指向通信功能。

2、本发明中，既定角度位置通过x-y型二维指向机构相对于机架的安装角度，以及x-y型二维指向机构自身在其x轴维度和其y轴维度的旋转角度来共同实现，以解决天线本体入轨后即指向工作目标。

3、锁紧释放装置解锁后，其能够展开，从而不影响x-y型二维指向机构以及天线本体的运动。

附图说明

图1为本发明的二维指向天线的示意图；

图2为本发明二维指向天线的示意图；

图3为本发明的x-y型二维指向机构的示意图；

图4为本发明的二维指向天线的示意图；

图5为本发明的锁紧释放装置示意图。

其中，1、天线本体，101、筒型框架，201、x轴的驱动机构，202、x轴的框架，203、y轴的驱动机构，204、y轴的框架，205、连接件，206、伸出机构，301、锁紧臂，302、锁紧杆，303、火工品切割器，304、弹性机构，4、热控组件，5、机架。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例加以详细说明。

请参阅图1-5，一种适用于高轨卫星的带初始指向功能的二维指向天线，包括天线本体1、x-y型二维指向机构、锁紧释放装置以及机架5，其中：

x-y型二维指向机构具有x轴维度和y轴维度的旋转自由度。x-y型二维指向机构用于控制天线本体1的空间角度。且，x-y型二维指向机构的初始状态指向既定角度位置。换言之，首先，x-y型二维指向机构连接天线本体1，并通过在x轴维度和y轴维度的旋转控制天线本体1的空间角度；其次，x-y型二维指向机构的初始状态即指向既定角度位置；该处的初始状态理解为二维指向天线在发射之前的状态，该处的既定角度位置理解为二维指向天线入轨定点后指向既定的地面站的角度位置；本发明中，既定角度位置通过x-y型二维指向机构相对于机架5的安装角度，以及x-y型二维指向机构自身在其x轴维度和其y轴维度的旋转角度来共同实现。

锁紧释放装置在发射阶段通过锁紧x-y型二维指向机构来将天线本体1固定，入轨后，锁紧释放装置解锁并展开，释放天线本体1，且不干涉x-y型二维指向机构的转动。换言之，一方面，二维天线在入轨展开前，锁紧释放装置始终锁紧x-y型二维指向机构，当然，该过程中，x-y型二维指向机构始终处于初始状态。另一方面，锁紧释放装置在入轨定点后，能够自我解锁，释放x-y型二维指向机构，从而释放天线本体1。另外，锁紧释放装置解锁后，其能够展开，从而不影响x-y型二维指向机构以及天线本体1的运动。

热控组件4将x-y型二维指向机构和锁紧释放装置包覆起来，以保证两者的工作环境，例如工作温度等。

机架5用于安装x-y型二维指向机构和锁紧释放装置。合理布置各零部件在机架5上的安装位置，以使二维指向天线的结构足够紧凑，并互不干涉。

本发明通过在入轨定点前使x-y型二维指向机构处于初始状态，从而实现入轨后天线本体1指向既定角度位置，进而二维天线入轨后即可进行工作。

请继续参阅图3-4，x-y型二维指向机构可采用不同的物理结构，只要能够实现天线本体1在两个维度的转动即在本发明的保护范围之内。

在一个实施例中，x-y型二维指向机构包括设置于机架5上的两组转动组件，该两组转动组件分别控制天线在x轴维度和y轴维度的转动。换言之，控制天线本体1在两个维度的旋转的转动组件是相互独立、互不干扰的，且这两个转动组件可采用同样的物理结构。为便于表述，令这两组转动组件分为x轴转动组件、y轴转动组件。

在一个实施例中，转动组件包括驱动机构和框架，驱动机构用于框架对应连接，两组转动组件中的两个框架之间可拆卸连接，且其中一组转动组件连接天线本体1。详细来说：驱动机构和框架共同相对于机架5转动连接，具体可通过驱动机构与机架5转动连接实现。位于上面的框架与天线本体1连接，驱动机构实现x-y型二维指向机构相对于机架5的转动，从而实现天线本体1的转动。

以图3为例，框架类似于l型结构，包括垂直设置的主板和侧板，其中，两个框架的主板在位置关系上相对设置，两个框架的侧板在侧向上相邻设置，两个侧板通过连接件205可拆卸连接，从而当任意一轴向旋转时，整个x-y型二维指向机构都进行转动。x轴的驱动机构201设置在x轴的框架202上，y轴的驱动机构203设置在y轴的框架204上。图3中y轴的框架204位于上方，因此天线本体1连接在y轴的框架204上，在其他实施例中，当x轴的框架202位于上方时，天线本体1安装于x轴的框架202上。

进一步的，驱动机构包括步进电机、减速机以及测角设备，其中，步进电机和减速机均设于其对应的框架上，测角设备设于步进电机上，并检测步进电机的转角。步进电机经减速机连接机架5，并实现其对应的转动组件相对于基架的转动。

在一个实施例中，上述的既定角度位置通过x-y型二维指向机构的安装角度以及初始状态下两组转动组件的初始转角进行确定。详细来说：在发射阶段，两组转动组件相对于机架5按照一定的角度进行安装，并且两组转动组件自身的预先转动一定角度，从而保证入轨后x-y型二维指向机构和天线本体1能够指向既定角度位置。

在一个实施例中，x轴和y轴位于同一平面内，且两轴相互垂直。详细来说：x轴和y轴处于同一平面，从而最大程度上降低了x-y型二维指向机构的纵向尺寸和质心，降低了二维指向天线受外力的影响。在本发明中，x轴和y轴仅表示两个相互垂直的维度，并不指代具体的方向，而具体的方向是依据二维指向天线的需要进行确定。

请继续参阅图5，在一个实施例中，锁紧释放装置包括两组锁紧释放组件，该两组锁紧释放组件与传动组件一一对应，并用于锁紧或释放各自对应的转动组件。

详细来说：两组锁紧释放组件相互独立，互补干涉，各自控制器对应的转动组件。两组锁紧释放装置可采用同样的物理方案。在入轨定点前，锁紧释放组件锁紧其对应的转动组件，入轨定点后，锁紧释放组件释放转动组件并展开。

在一个实施例中，锁紧释放组件包括相对设置于机架5上的锁紧臂301、连接两锁紧臂301的锁紧杆302以及设于锁紧臂301上的火工品切割器303。转动组件包括伸出机构206，锁紧时，伸出机构206被夹紧在两锁紧臂301之间；释放时，火工品切割器303切断锁紧杆302。

详细来说，锁紧臂301成对设置并与机架5活动连接，入轨定点前，伸出机构206为两锁紧臂301之间，且锁紧杆302贯穿两锁紧臂301并使该两锁紧臂301之间产生相向的作用力，从而将伸出机构206夹持住，进而锁紧转动组件。解锁时，火工品切割器303直接切断锁紧杆302，两锁紧臂301之间的锁紧力消失，然后锁紧臂301展开，x-y型二维指向机构得以释放。

在一个实施例中，锁紧释放组件还包括弹性机构304，锁紧释放组件还包括弹性机构304，弹性机构304设置在锁紧臂301上，当火工品切割器303切断锁紧杆302之后，锁紧臂301在弹性机构304的作用下沿预定路径进行展开并落至机架5上。

详细来说：弹性机构304设置在机架5上，并连接锁紧臂301，弹性机构304中具有弹性件和导向件，锁紧状态下，弹性件成压缩状态，解锁后，弹性件的受力系统被打破，从而摊开锁紧臂301以实现新的受力平衡。导向件对锁紧臂301进行导向，使其顺着所述预定路径展开，以不干涉x-y型二维指向机构和天线本体1的运动。

请继续参阅图2，在一个实施例中，热控组件4包括热控多层和多层骨架，热控多层设置在多层骨架上，并将x-y型二维指向机构和锁紧释放装置完全包裹。

详细来说：多层骨架绕x-y型二维指向机构和锁紧释放机构的外围进行设置，使热控组件4保持一定的形状，热控多层通过绑扎、胶结等工艺固定在多层骨架上。另外，多层骨架和热控多层还可以连通机架5整体包裹起来。本方案在高轨空间环境中给各活动零部件提供了凉糕的工作温度环境。

在一个实施例中，热控组件4还包括锗膜，锗膜和热控多层包裹在天线本体1的外部，即，天线本体1也被包裹起来。

在一个实施例中，如图1-2所示，天线本体1包括筒型框架101，该筒型框架101连接转动组件。筒型框架101的外部也包括有热控多层，以进行隔热。

需要说明的是：上述任一实施例中的热控多层具有一定的裕度，以避免影响x-y型二维指向机构和天线本体1的运动。

在一个实施例中，天线本体1为口径为1m的大口径高增益反射面天线，其具有增益高、波束窄、对地指向覆盖区域小的特点。

在一个实施例中，二维指向天线还包括波导反馈组件，该波导反馈组件布置在机架5上。天线本体1与波导馈线主要用于实现接收发射机传动的射频信号并向外辐射功能。

以上公开的仅为本申请的部分具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。