Ka波段电磁监测天线的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种Ka波段电磁监测天线，其射频结构一体化且具有高刚度，其特征在于，由天线单元、多个波导和波同转换器组成，其中，微波信号经由波同转换器进入，通过多个波导的波导腔传输，并通过天线单元发射，微波信号的接收与发射的传输方向相反。因此，本实用新型的波导与支撑支架一体化设计，组成一个零件，波导中的射频通路的连通过程也即支架的搭建过程，可实现快速高精度的装配，且整体刚度较高。波导外壁设计加强筋，加强筋从上至下尺寸放大，形成较好的力传导路径，提高了刚度。
【专利说明】
Ka波段电磁监测天线
技术领域
[0001]本实用新型属于但不限于航天器天线技术领域，具体涉及一种Ka波段电磁监测天线。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，天线主要用于长期监测卫星间通讯链路ka频段有意和无意的干扰信号，测量干扰信号频率和功率，采集干扰信号样本并回传地面。天线的天线单元面向星夕卜，用于接收空间中的干扰信号。天线的波同转换与卫星内部的信号处理装置连接。为了尽可能减小周围环境对信号的影响，天线需要架高到足够的高度。现有技术的设计方案是，将天线单元用支架架高，通过若干波导将卫星舱内信号通道和天线单元连接。然而，该方案存在以下难点:
[0003]1、若干波导与支架形成封闭的尺寸链，由于加工和装配精度不易保证，装配难度较大；
[0004]2、若干波导连接后必须固定在支架上，以防止波导处局部刚度较低，这将增加多个封闭的装配尺寸链，不易实施；
[0005]3、Ka频段射频通道的装配要求高，调整环节过多影响电性能；
[0006]4、整体重量偏高，增加发射成本。
[0007]专利号为CN102447156A的题为“伞式可展开网状天线”的专利提出了一种波导型支撑杆，通过波导型支撑杆实现馈电通路及天线支撑。这种波导型支撑杆并没有在结构刚度设计上进一步细化。这是因为复杂的波导外形不利于天线展开。
[0008]专利号为CN104466345A的题为“一种天线、低噪放及混频器连接机构”的专利提出了一种支撑系统，通过支撑梁和挡板形成一个支撑结构，中间使用波导组件连接馈电系统。这种波导连接方式为一般技术，结构较复杂，装配具有一定难度。
[0009]综上所述，目前，对于天线架高后的馈电波导及支撑方式的设计尚缺少一种结构简单、刚度优良的技术。
【实用新型内容】
[0010]为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种射频、结构一体化设计的高刚度天线方案。
[0011]本实用新型提出了一种Ka波段电磁监测天线，其射频结构一体化且具有高刚度，其特征在于，由天线单元、多个波导和波同转换器组成，其中，微波信号经由波同转换器进入，通过多个波导的波导腔传输，并通过天线单元发射，微波信号的接收与发射的传输方向相反。
[0012]波同转换器是可选的，并且当微波信号通过波导法兰输入时，不经过波同转换器而直接与多个波导连接。
[0013]多个波导采用一体化设计，以便同时具有射频通道和支架的功能，其中，射频通道的连通与支架的搭建执行快速高精度装配且实现高整体刚度。另外，在多个波导周围，设置有加强筋，其中，加强筋的尺寸从上向下逐渐放大，从而形成了好的力传导路径且进一步提高了刚度。
[0014]在本实用新型中，波同转换器的一个端口与多个波导中的一个波导口连接，而另一个端口为标准射频输出接口，用于连接卫星舱内射频信号。
[0015]因此，采用本实用新型中的天线，与现有技术相比，可以实现以下的有益效果:
[0016]I)波导中的射频通路的连通过程也即支架的搭建过程，可实现快速高精度的装配；
[0017]2)加强筋从上至下尺寸放大，形成较好的力传导路径提高了这种细长型天线的刚度；
[0018]3)波导和支架一体化设计，结构刚度较高，一次装配完成，不存在调整环节；
[0019]4)装配过程不存在封闭尺寸链，便于实施；
[0020]5)轻量化设计，最大限度降低重量。
【附图说明】
[0021 ]图1是本实用新型的Ka波段电磁监测天线的结构示意图；
[0022]图2是图1所示天线中的天线单元的结构示意图；
[0023]图3是图1所示天线中的波导I的结构示意图；
[0024]图4是图1所示天线中的波导2的结构示意图；
[0025]图5是图1所示天线中的波导3的结构示意图；
[0026]图6是图1所示天线中的波同转换的结构示意图；以及
[0027]图7示出了采用本实用新型的天线获得的一阶固有频率分析结果。
【具体实施方式】
[0028]应了解，本实用新型的主要思路在于提出一种射频、结构一体化设计的高刚度天线，由天线单元、波导I……波导N和波同转换组成。微波信号由波同转换进入，通过波导I……波导N的波导腔传输，最后通过天线单元发射信号。信号的接收过程与发射过程传输方向相反。微波信号通过波导法兰输入时可以不使用波同转换，直接与波导连接。波导I……波导N和支架采用一体化设计，即波导I……波导N既有射频通道又具有支架的功能，波导中的射频通路的连通过程也即支架的搭建过程，可实现快速高精度的装配，且整体刚度较高。波导周围设计了加强筋，加强筋从上至下尺寸放大，形成较好的力传导路径，提高了刚度。若不采用一体化设计，天线除波导I……波导N以外，还需要增加天线单元支架以及各段波导的支撑支架，装配难度较大，射频通道的可靠性受到影响。
[0029]下面结合附图1-7及【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0030]如图1所示，本实用新型涉及的一种射频、结构一体化设计的高刚度天线由天线单元1、波导2、波导3、波导4和波同转换5组成，如图1?6所示。
[0031]如图2所示，天线单元I的顶端为扼流圈，用于辐射微波信号。中间为圆筒，通过法兰与波导2连接。天线单元I和波导2之间通过4XM3的螺钉连接，安装面设计2处定位销孔，用于装配定位。
[0032]如图3所示，波导2的上端与天线单元I连接，连接时需使用销钉定位，保证内腔对准。波导2内腔为上圆下方，均匀过渡，加工时需使用线切割技术。外壁设计四个加强筋，加强筋尺寸均匀放大，增强结构刚度及强度。安装孔与加强筋对齐，形成良好的传力路径。波导2下端法兰与波导3之间通过4XM3的螺钉连接，安装面设计2处定位销孔，用于装配定位。
[0033]如图4所示，波导3的上端与波导2连接，连接时需使用销钉定位，保证内腔对准。夕卜壁设计四个加强筋，加强筋尺寸在波导2的基础上均匀放大，将力传至四个安装孔。波导3下端法兰与波导4之间通过4XM3的螺钉连接，安装面设计2处定位销孔，用于装配定位。
[0034]如图5所示，波导4的上端与波导3连接，连接时需使用销钉定位，保证内腔对准。夕卜壁设计四个加强筋，加强筋尺寸在波导3的基础上均匀放大，将力传至四个安装孔。波导4的下端设计了BJ260标准波导口，用于连接波同转换5。波导4和波同转换5之间通过4XM3的螺钉连接，安装面设计2处定位销孔，用于装配定位。
[0035]如图6所示，波同转换5的一端与波导4的BJ260标准波导口连接，另一端为标准射频同轴连接器接口，用于连接卫星舱内射频信号。
[0036]通过力学分析软件Patran+Nastran分析和建模，计算得天线一阶固有频率为187.46Hz。通过振动台系统上实时监测加速度响应的方法，测得其一阶固有频率为192.27Hz ；实测天线重量为0.65Kg。
[0037]综上所述，本实用新型可根据天线单元I的架高要求，增加或减少中间波导零件数量。另外，微波信号通过波导法兰输入时，可以不使用波同转换5，直接与波导4连接。
[0038]本实用新型的波导与支撑支架一体化设计，组成一个零件，波导中的射频通路的连通过程也即支架的搭建过程，可实现快速高精度的装配，且整体刚度较高。波导外壁设计加强筋，加强筋从上至下尺寸放大，形成较好的力传导路径，提高了刚度。
[0039]以上仅为本实用新型的较佳实施例，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种Ka波段电磁监测天线，其射频结构一体化且具有高刚度，其特征在于，由天线单元、多个波导和波同转换器组成， 其中， 微波信号经由所述波同转换器进入，通过所述多个波导的波导腔传输，并通过所述天线单元发射， 所述微波信号的接收与发射的传输方向相反。2.根据权利要求1所述的Ka波段电磁监测天线，其特征在于，所述波同转换器是可选的，并且当所述微波信号通过波导法兰输入时，不经过所述波同转换器而直接与所述多个波导连接。3.根据权利要求1所述的Ka波段电磁监测天线，其特征在于，所述多个波导采用一体化设计，以便同时具有射频通道和支架的功能， 其中，所述射频通道的连通与所述支架的搭建执行快速高精度装配且实现高整体刚度。4.根据权利要求3所述的Ka波段电磁监测天线，其特征在于，在所述多个波导周围，设置有加强筋， 其中，所述加强筋的尺寸从上向下逐渐放大，从而形成了好的力传导路径且进一步提高了刚度。5.根据权利要求1所述的Ka波段电磁监测天线，其特征在于，所述波同转换器的一个端口与所述多个波导中的一个波导口连接，而另一个端口为标准射频同轴连接器接口，用于连接卫星舱内射频信号。
【文档编号】H01Q1/50GK205429137SQ201521132584
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年12月30日
【发明人】俞笔奇, 马炳, 韩运忠, 李鸿斌
【申请人】北京空间飞行器总体设计部