一种星载数传天线的制作方法

本实用新型涉及天线技术领域，特别是指一种星载数传天线，可用于星地和星间的数据传输。

背景技术：

随着航天事业的发展，对星载数传天线的需求日益增多。同时，星载天线对其自身的电气性能、结构形式、材料工艺、重量尺寸、可靠性等方面具有相对严格的要求。星载天线不仅需要满足重量尺寸指标的要求，也要适应发射阶段的冲击振动环境，并适应空间的电离辐射、真空、高低温循环交变等环境的考验。

现有的星载数传天线，往往通过采取不同的设计思路，以满足空间使用环境的要求。但是，星载天线还是普遍存在着如下设计难点：

1、天线重量和自身结构刚度强度的相互制约；

2、馈源支撑件对馈源波束的遮挡问题；

3、馈源相心与反射面焦点的定位精度问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提出一种星载数传天线，其具有结构简单、重量轻、刚度强度高的特点，能够增强天线的电气性能。

基于上述目的，本实用新型提供的技术方案是：

一种星载数传天线，包括反射面、馈源、圆波导、圆极化器和馈源支架；所述反射面包括蜂窝铝夹层以及设于蜂窝铝夹层两面的前、后碳纤维蒙皮，所述蜂窝铝夹层的边缘侧面外露，所述蜂窝铝夹层的正中设有连接预埋件，所述圆波导的前端具有垛齿；所述馈源为具有凹槽和凸起的壳体结构，馈源一面的凹槽恰好构成馈源另一面的凸起，在正对反射面的一面上，所述凹槽和凸起包括位于馈源中心的锥形凸起以及与锥形凸起同心的环形凹槽和环形凸起，所述凹槽和凸起相间设置；所述圆波导和圆极化器均通过所述连接预埋件与所述反射面固定连接，所述馈源支架分别与所述馈源和圆波导连接，并使馈源的相心与反射面的焦点相重合。

可选的，所述馈源支架包括前固定环、后固定环以及用于连接前固定环和后固定环的连接棱，所述圆波导的外壁上具有环形凸台，所述馈源支架的后固定环套在所述圆波导上，并通过螺钉与所述环形凸台固定连接，所述馈源支架的前固定环通过螺钉与所述馈源的环形边缘固定连接。

可选的，所述蜂窝铝夹层的边缘处设有铆接预埋件，所述前、后碳纤维蒙皮通过穿过铆接预埋件的铆钉固定在蜂窝铝夹层的正反面上。

可选的，所述连接预埋件为环形结构，所述连接预埋件的盘面上具有螺孔，所述连接预埋件的外侧壁上具有用于嵌入所述蜂窝铝夹层中的卡板，所述圆波导的后端以及圆极化器的前端均具有连接座，所述连接座上具有螺孔，所述圆波导从连接预埋件的中央圆孔穿过，所述圆波导的连接座以及所述圆极化器的连接座依次从后部压在所述连接预埋件的盘面上，圆波导、圆极化器和连接预埋件之间通过贯穿三者螺孔的螺钉固定连接。

可选的，所述连接预埋件和馈源支架均为钛合金材质，所述圆波导的表面具有导电氧化工艺处理层。

从上面的叙述可以看出，本实用新型技术方案的有益效果在于：

1、本实用新型采用蜂窝铝夹层作为反射面的主体结构，具有重量轻、刚度强度高特点；蜂窝铝夹层的边缘侧面外露，有利于在太空真空环境中排出夹层内的空气，防止夹层内空气涨破蒙皮；此外，蜂窝铝还具有热膨胀系数低的特点，可以适应太空中高低温交变的工作环境，保证反射面的反射精度。

2、本实用新型中的圆波导前端具有垛齿，且馈源为具有凹槽和凸起的壳体结构，通过调整垛齿的高度和间隙，以及凹槽/凸起的深度/高度和间隙，可以调制电磁波的场强分布和空间能量分布规律，提高电磁波在主反射面的分布性能，增强天线的增益和交叉极化电气指标。

3、进一步地，本实用新型在蜂窝铝夹层的边缘处设置铆接预埋件，通过铆钉将碳纤维蒙皮固定在蜂窝铝夹层的正反面上，具有结构简单、固定牢固的优点。

4、进一步地，本实用新型的馈源支架包括两个固定环以及两个固定环之间的连接棱，这种结构轻巧而通透，降低了馈源支架对馈源波束的遮挡；此外，该馈源支架可以采用一体化加工方式制造，能够保证前后固定环的同轴度，保证馈源相心与反射面焦点的准确定位，从而可以进一步增强天线的电气性能。

总之，本实用新型采用了全新的设计思路，天线的整体结构简单而合理，使天线具备了重量轻、刚度强度高的特点。同时，采用钛合金馈源支架，降低了对馈源波束的遮挡，可以保证馈源相心与反射面焦点的准确定位，增强了天线的电气性能。实践表明，本天线电气性能良好，在轨工作性能稳定可靠。

附图说明

为了更加清楚地描述本专利，下面提供一幅或多幅附图，这些附图旨在对本专利的背景技术、技术原理和/或某些具体实施方案做出辅助说明。需要注意的是，这些附图可以给出也可以不给出一些在本专利文字部分已有描述且属于本领域普通技术人员公知常识的具体细节；并且，因为本领域的普通技术人员完全可以结合本专利已公开的文字内容和/或附图内容，在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，因此下面这些附图可以涵盖也可以不涵盖本专利文字部分所叙述的所有技术方案。此外，这些附图的具体内涵需要结合本专利的文字内容予以确定，当本专利的文字内容与这些附图中的某个明显结构不相符时，需要结合本领域的公知常识以及本专利其他部分的叙述来综合判断到底是本专利的文字部分存在笔误，还是附图中存在绘制错误。特别地，以下附图均为示例性质的图片，并非旨在暗示本专利的保护范围，本领域的普通技术人员通过参考本专利所公开的文字内容和/或附图内容，可以在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，这些新附图所代表的技术方案依然在本专利的保护范围之内。

图1是本实用新型实施例中星载数传天线的一种结构示意图；

图2是图1的剖视图；

图3是图1馈源支架的结构示意图；

图4是钛合金预埋件部分的剖面图；

图5是本实用新型实施例中星载数传天线发射工作波束的示意图。

图中标号的含义为：基座1、圆极化器2、钛合金预埋件3、反射面4、铆接预埋件5、圆波导6、垛齿60、圆波导连接座61、钛合金馈源支架7、前固定环71、后固定环72、连接棱73、馈源8、凹槽和凸起80、射频连接器9。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，同时，为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，并使权利要求书的保护范围得到充分支持，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。

一种星载数传天线，包括反射面、馈源、圆波导、圆极化器和馈源支架；所述反射面包括蜂窝铝夹层以及设于蜂窝铝夹层两面的前、后碳纤维蒙皮，所述蜂窝铝夹层的边缘侧面外露，所述蜂窝铝夹层的正中设有连接预埋件，所述圆波导的前端具有垛齿；所述馈源为具有凹槽和凸起的壳体结构，馈源一面的凹槽恰好构成馈源另一面的凸起，在正对反射面的一面上，所述凹槽和凸起包括位于馈源中心的锥形凸起以及与锥形凸起同心的环形凹槽和环形凸起，所述凹槽和凸起相间设置；所述圆波导和圆极化器均通过所述连接预埋件与所述反射面固定连接，所述馈源支架分别与所述馈源和圆波导连接，并使馈源的相心与反射面的焦点相重合。

可选的，所述馈源支架包括前固定环、后固定环以及用于连接前固定环和后固定环的连接棱，所述圆波导的外壁上具有环形凸台，所述馈源支架的后固定环套在所述圆波导上，并通过螺钉与所述环形凸台固定连接，所述馈源支架的前固定环通过螺钉与所述馈源的环形边缘固定连接。

可以在馈源支架的上端面和下端面设置装配止口，并通过一体成型工艺确保馈源支架的同轴度，从而保证馈源相心与反射面焦点的准确定位。这种馈源支架除了必要的支撑结构外，大部分区域都是镂空的，这就减少了对馈源波束的遮挡，可以增强天线的电气性能。

可选的，所述蜂窝铝夹层的边缘处设有铆接预埋件，所述前、后碳纤维蒙皮通过穿过铆接预埋件的铆钉固定在蜂窝铝夹层的正反面上。

可选的，所述连接预埋件为环形结构，所述连接预埋件的盘面上具有螺孔，所述连接预埋件的外侧壁上具有用于嵌入所述蜂窝铝夹层中的卡板。具体来说，在反射面的制作过程中，首先按照连接预埋件的形状尺寸将蜂窝铝夹层的中部去空，然后在室温条件下将连接预埋件嵌入蜂窝铝夹层的中部，并加注胶体，粘接前后面的碳纤维蒙皮，形成反射面的整体结构，随后将反射面的整体结构放置到热真空罐完成高温成型。

此外，所述圆波导的后端以及圆极化器的前端均具有连接座，所述连接座上具有螺孔，所述圆波导从连接预埋件的中央圆孔穿过，所述圆波导的连接座以及所述圆极化器的连接座依次从后部压在所述连接预埋件的盘面上，圆波导、圆极化器和连接预埋件之间通过贯穿三者螺孔的螺钉固定连接。

可选的，所述连接预埋件和馈源支架均为钛合金材质，所述圆波导的表面具有导电氧化工艺处理层。

此外，星载数传天线可通过基座与卫星连接，基座设置于反射面的背面，可以与连接预埋件及圆极化器固定连接。

具体来说，如图1～4所示，一种星载数传天线，该天线可工作于X频段。其包括基座1、圆极化器2，反射面4和馈源8。基座是天线与卫星星体连接的过渡件。圆极化器用于电磁波的左右旋极化调制，圆极化器的末端设有射频连接器9，用于天线射频信号的传输。圆极化器前端通过钛合金预埋件3与反射面相连。钛合金预埋件具有质量轻，比刚度、比强度高，热膨胀系数低的特点，可以适应空间高低温交变的工作环境。

本天线在反射面的中心处设置了钛合金的连接预埋件，通过合理的构型设计，利用连接预埋件，将天线反射面与基座、圆极化器及圆波导连接为一个整体，实现了电气元件和结构功能件的结合，减少了装配环节，降低了电气损耗，解决了天线重量与自身刚度强度相互制约的问题，是对现有技术的一种重要改进。

此外，本天线的反射面为碳纤维蜂窝夹层结构，并且，在反射面的边沿处内嵌有铆接预埋件5，可将反射面的前后碳纤维蒙皮和中部的铝蜂窝连接为一个整体，增强碳纤维蜂窝夹层结构的安全裕度。

反射面的中央设有圆波导6，圆波导表面采用导电氧化工艺处理，用于X频段电磁波的传输。圆波导的前端具有垛齿结构60，后端具有连接座61。在圆波导的前部设有馈源8，馈源8上具有凹槽和凸起80，用于接收圆波导传输的电磁波束，并作用到反射面表面，继而传输到外部空间。

在圆波导的前端设有特殊构型的钛合金馈源支架7，钛合金馈源支架7由前固定环71、后固定环72和连接棱73构成。这种钛合金馈源支架为镂空结构，极大地降低了对馈源波束的遮挡，同时，可以保证馈源相心与反射面焦点的准确定位。

本天线的馈源为具有凹槽和凸起的壳体结构。通过调整圆波导垛齿的高度和间隙，以及馈源凹槽/凸起的深度/高度和间隙，可以调制电磁波的场强分布和空间能量分布规律，提高电磁波在主反射面的分布性能，增强天线的增益和交叉极化电气指标。

图5所示为本数传天线发射工作波束的示意图，圆极化器将电磁波束信号进行极化调制后，将其通过圆波导发射到馈源表面。天线波束经过馈源和反射面之后，发射到外部空间，实现数据传输功能。

本天线结构简单而稳定，电气性能良好，在轨工作性能稳定可靠。

需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。

此外，出于简化叙述的目的，本专利也可能没有列举一些寻常的具体实施方案，这些方案是本领域普通技术人员在理解了本专利技术方案后能够自然而然想到的，显然，这些方案也应包含在本专利的保护范围之内。

出于简化叙述的目的，上述各具体实施方式对于技术细节的公开程度可能仅仅达到本领域技术人员可以自行决断的程度，即，对于上述具体实施方式没有公开的技术细节，本领域普通技术人员完全可以在不付出任何创造性劳动的情况下，在本专利技术方案的充分提示下，借助于教科书、工具书、论文、专利、音像制品等等已公开文献予以完成，或者，这些细节是在本领域普通技术人员的通常理解下，可以根据实际情况自行作出决定的内容。可见，即使不公开这些技术细节，也不会对本专利技术方案的公开充分性造成影响。

总之，在结合了本专利说明书对权利要求书保护范围的解释作用的基础上，任何落入本专利权利要求书涵盖范围的具体实施方案，均在本专利的保护范围之内。