一种轻量化Ka频段反射面天线及其制造方法与流程

本发明属于反射面天线技术领域，特别是指一种轻量化ka频段反射面天线及其制造方法，适用于中小口径、高精度、工作频率在ka频段以上的圆对称反射面天线的设计与制造技术。

背景技术：

随着通信测控、深空探测技术的飞速发展，天线发挥了不可替代的重要作用，相关技术对天线工作频率、型面精度、轻量化的要求越来越高。在满足反射面板型面精度的前提下，如何实现天线系统的轻量化是工程中需要面临的一个重要问题。

目前，传统的反射面天线普遍采用以下结构：封闭中心体通过钢板拼焊接而成、反射体骨架由矩形钢管辐射梁及环向拉杆构成。这种结构中，面板调整支座的定位需在特定样板上配焊实现，且其反射面板采用铝合金板材和z型筋铆接结构，需要通过调整支座及调整螺杆进行面板调整。

上述反射面天线主要存在以下不足：

1、天线系统重量显著提高，刚度差；

2、面板调整支座配焊工艺复杂，易引起焊接变形；

3、铝合金板材和z型筋在铆接过程中贴模性较差，易产生变形，难以达到成型后的精度。

技术实现要素：

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种轻量化ka频段反射面天线及其制造方法，该天线具有重量轻、结构简单、调整效率高、可靠性高的特点。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种轻量化ka频段反射面天线，其包括桁架支撑、位于桁架支撑之上的中心反射面、位于中心反射面外围的主反射面、位于中心反射面中央上方的馈源网络支撑装置、位于馈源网络支撑装置中的馈源网络，以及架于馈源网络支撑装置上方的副反射体；

所述主反射面包括多瓣主反射面单元，各主反射面单元结构相同；所述主反射面单元包括铝蜂窝主体、设于铝蜂窝主体正反两面的蒙皮，以及嵌入铝蜂窝主体中的六对预埋件；对于每一主反射面单元，第一对预埋件为两个底部预埋件，分别位于主反射面单元的背面底部两侧，第二对～第五对预埋件在主反射面单元的背面从下到上顺次设置，且每一对预埋件均分别设于主反射面单元的背面两侧，第六对预埋件为两个顶部预埋件，分别位于主反射面单元的上沿两端，其中，第二、第三、第五对预埋件均为两个面板调整连接预埋件，第四对预埋件为两个拉杆连接预埋件；相邻的两个主反射面单元之间通过顶部连接件和面板调整组件连接，主反射面与桁架支撑之间通过根部调整连接组件和拉杆组件连接；每一顶部连接件用于连接分别位于两个主反射面单元上的相邻两个顶部预埋件，每一面板调整组件用于连接分别位于两个主反射面单元上的相邻的两个调整连接预埋件，所述根部调整连接组件与所述底部预埋件一一对应连接，所述拉杆组件的下端与所述桁架支撑连接，上端同时连接分别位于两个主反射面单元上的相邻的两个拉杆连接预埋件；

所述根部调整连接组件包括连接板、第一系列组合垫和根部调整件，所述连接板固定于所述桁架支撑上，所述根部调整件具有第一支板和第二支板，所述第一系列组合垫位于第一支板与连接板之间，第一支板、第一系列组合垫和连接板之间通过螺钉固定连接，所述第二支板通过螺钉与主反射面单元上的底部预埋件固定连接，所述第一支板上具有一个圆孔和一个竖向长圆孔；

所述面板调整组件包括第二系列组合垫和两个结构相同的面板调整件，所述面板调整件具有第三支板和第四支板，所述第三支板通过螺钉与主反射面单元上的调整连接预埋件固定连接，所述第二系列组合垫夹在面板调整组件中的两个第四支板之间，面板调整组件中的第二系列组合垫以及两个第四支板通过螺钉固定连接，所述第四支板上具有一个圆孔和一个法向长圆孔；

所述拉杆组件的下端通过螺钉与所述桁架支撑固定连接，所述拉杆组件的上端具有周向长圆孔，所述拉杆组件通过穿过该周向长圆孔的螺钉与所述拉杆连接预埋件固定连接。

具体的，所述桁架支撑包括中心支筒、位于中心支筒下部的法兰，以及通过加强筋固定于中心支筒上部的圈梁，所述连接板固定于所述圈梁上，所述拉杆组件的下端通过螺钉与所述法兰固定连接；桁架支撑通过中心支筒、法兰、加强筋、圈梁、连接板拼焊加工而成，其作用是为整个天线系统提供有效支撑。

具体的，所述拉杆组件包括杆体、上接头和下接头，在杆体与上、下接头相应连接位置涂胶粘剂，室温固化冷却，通过螺钉与所述杆体固定连接。

此外，本发明还提供一种上述轻量化ka频段反射面天线的制造方法，其包括以下步骤：

（1）设计制造桁架支撑、中心反射面、主反射面单元、馈源网络、馈源网络支撑装置和副反射体，将桁架支撑、中心反射面、馈源网络、馈源网络支撑装置和副反射体固定连接；

（2）设计制造拉杆组件、面板调整件、根部调整件和顶部连接件，并加工多组不同厚度的第一系列组合垫和第二系列组合垫，此时面板调整件的第四支板以及根部调整件的第一支板上仅具有长圆孔，所述顶部连接件上不带连接孔；

（3）通过外部工装设备将主反射面单元拼装到位；

（4）依次安装拉杆组件、根部调整组件，然后按照自下而上的顺序安装面板调整组件；

（5）根据摄影测量结果，在朝天状态下，对主反射面单元进行初次调整，直至主面精度达到0.2mm的要求；然后在水平状态及45度状态下，对主反射面单元进行再次调整，直至主面精度达到0.3mm的要求；

（6）将主反射面单元拆卸并再装5次，若再装后的主面精度达到0.3mm，则转入步骤（7），否则，对主反射面单元进行再次调整，并重复步骤（5）和（6）；

（7）在面板调整件的第四支板上、根部调整件的第一支板上配作销孔，顶部连接件上配作连接孔，并通过销螺栓将面板调整组件、根部调整连接组件进行最终固定，螺钉将顶部连接件进行最终固定，完成反射面天线的装配；

所述步骤（5）和（6）中初次调整和再次调整的方式为：

（001）通过根部调整件的竖向长圆孔对主反射面单元的根部进行竖向调整，此竖向调整是对相邻的主反射面单元进行间接的法向调整，并通过选择不同厚度的第一系列组合垫对主反射面单元的根部进行径向调整；

（002）通过面板调整件的法向长圆孔对该面板调整件处两个相邻主反射面单元之间的相对位置进行法向调整，并通过选择不同厚度第二系列组合垫对相邻两个主反射面单元进行周向调整。

具体的，所述主反射面单元的制造方式为：

（101）建立蒙皮曲面三维模型，依据三维模型设计主反射面单元模具；

（102）运用三维设计软件确定蒙皮展开的外形尺寸，采用碳纤维材质加工形成蒙皮；

（103）根据有限元分析结果，设计主反射面单元中的各个预埋件，并采用钢板加工形成预埋件；

（104）根据主反射面单元模具，采用铝蜂窝制造主反射面单元的主体，同时将预埋件嵌入铝蜂窝主体中；

（105）通过抽真空方式在铝蜂窝主体上吸附蒙皮，并在蒙皮曲面与预埋件的连接位置处涂胶粘剂，室温固化冷却，完成六对预埋件的精确定位，最终形成主反射面单元。

采用上述技术方案所取得的有益效果在于：

1.本发明采用半封闭的实现面板调整组件对主反射面的相对位置进行径向、周向及法向调整，且面板调整组件中的系列组合垫方便快捷，实现了主反射面位姿的三自由度高效调整。

2.本发明中的面板调整组件将反射面整体互连，该结构比刚度大、保型性好；且面板调整组件直接与面板预埋件连接，省去了配焊工艺过程，避免了焊接变形，能够进一步提高位置精度。

3.本发明采用开放的桁架支撑及可调节的拉杆组件，极大地简化了天线背架的设计，并有效降低了天线系统的整体重量，特别适合于圆对称反射面天线的结构设计。

4.本发明中的主反射面单元独立与天线背架相连接，能够实现反射面板相对位置的精确定位，进而保证反射面板的整体精度，具有比刚度大、精度高的特点。

总之，本发明大大提高了反射面天线的面型精度及调节效率，减轻了天线系统的整体重量，特别适用于中小口径、工作频段在ka频段以上的圆对称反射面天线。

附图说明

图1是本发明实施例中反射面天线的总装结构示意图。

图2是本发明实施例中反射面天线的总装结构仰视图。

图3是图1中桁架支撑的装配关系结构示意图。

图4是图1中主反射面单元的结构示意图。

图5是图4的俯视图。

图6是本发明实施例中拉杆组件的结构示意图。

图7是图6中拉杆组件的a向放大结构示意图。

图8是图6中拉杆组件的b向放大结构示意图。

图9是本发明实施例中一个根部调整组件及第一圈面板调整组件的装配关系结构示意图。

图10是本发明实施例中第二圈面板调整组件的结构示意图。

图11是本发明实施例中一个面板调整组件与预埋件的连接结构示意图。

图12是本发明实施例中根部调整件的结构示意图。

图13是本发明实施例中面板调整件的结构示意图。

图14是图1中主反射面单元顶部的结构示意图。

图中：1、桁架支撑；2、中心反射面；3、主反射面单元；4、拉杆组件；5、馈源网络支撑装置；6、副反射体；7、根部面板调整组件；8、第一圈面板调整组件；9、第二圈面板调整组件；10、第三圈面板调整组件；11、中心支筒；12、加强筋；13、上连接法兰；14、下连接法兰；15、圈梁；16、加强圈；17、蒙皮；18、底部预埋件；19、第一圈连接预埋件；20、第二圈连接预埋件；21、拉杆连接预埋件；22、第三圈连接预埋件；23、顶部预埋件；24、杆体；25、上接头；26、下接头；27、馈源网络；28、馈源套筒；29、根部调整件；30、面板调整件；31、第一系列组合垫；32、第二系列组合垫；33、顶部连接件；71、第一支板；72、第二支板；710、竖向长圆孔；81、第三支板；82、第四支板；820、法向长圆孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

如图1～12所示，一种轻量化ka频段反射面天线，它包括桁架支撑1、中心反射面2、主反射面单元3、拉杆组件4、馈源网络支撑装置5、副反射体6以及多个面板调整组件7～10，其中，馈源网络支撑装置5上设有馈源套筒28，馈源套筒28内设有馈源网络27。各主反射面单元3的结构均相同，主反射面单元3包括铝蜂窝主体、设于铝蜂窝主体正反两面的蒙皮17，以及嵌于铝蜂窝主体中的六对预埋件18～23。对于每一主反射面单元3，第一对预埋件为两个底部预埋件18，分别位于主反射面单元的背面底部两侧，第二对～第五对预埋件在主反射面单元的背面从下到上顺次设置，且每一对预埋件均分别设于主反射面单元的背面两侧，第六对预埋件为两个顶部预埋件23，分别位于主反射面单元的上沿两端，其中，第二、第三、第五对预埋件均为两个连接预埋件，第四对预埋件为两个拉杆连接预埋件21。相邻的两个主反射面单元之间通过顶部连接件33和面板调整组件8～10连接，主反射面与桁架支撑之间通过根部调整组件7和拉杆组件4连接；每一顶部连接件33用于连接分别位于两个主反射面单元上的相邻的两个顶部预埋件23，每一面板调整组件用于连接分别位于两个主反射面单元上的相邻的两个连接预埋件，所述根部调整组件与所述底部预埋件一一对应连接，所述拉杆组件的下端与所述桁架支撑连接，上端同时连接分别位于两个主反射面单元上的相邻的两个拉杆连接预埋件；

所述根部调整组件包括连接板（如图9所示，未标号）、第一系列组合垫31和根部调整件29，所述连接板固定于所述桁架支撑上，所述根部调整件29具有第一支板71和第二支板72，所述第一系列组合垫31位于第一支板与连接板之间，第一支板、第一系列组合垫和连接板之间通过螺钉固定连接，所述第二支板通过螺钉与主反射面单元上的底部预埋件固定连接，所述第一支板71上具有一个圆孔和一个竖向长圆孔710；

所述面板调整组件8～10包括第二系列组合垫32和两个结构相同的面板调整件30，所述面板调整件30具有第三支板81和第四支板82，所述第三支板81通过螺钉与主反射面单元上的连接预埋件固定连接，所述第二系列组合垫32夹在面板调整组件中的两个第四支板82之间，面板调整组件中的第二系列组合垫32以及两个第四支板通过螺钉固定连接，所述第四支板82上具有一个圆孔和一个法向长圆孔820；

所述拉杆组件的下端通过螺钉与所述桁架支撑固定连接，所述拉杆组件的上端具有周向长圆孔（如图8所示，未标号），所述拉杆组件通过穿过该周向长圆孔的螺钉与所述拉杆连接预埋件固定连接。

具体的，仍见图3，所述桁架支撑包括中心支筒11，中心支筒的下部分别具有下连接法兰14，中心支筒的筒壁上设有多个加强筋12，加强筋的外缘设有上连接法兰13，上连接法兰13上设有圈梁15，连接板（如图3所示，未标号）固定于圈梁15上，下连接法兰14处还设有加强圈16，拉杆组件的下端通过螺钉与下连接法兰14固定连接。桁架支撑通过中心支筒11、加强筋12、上连接法兰13、下连接法兰14、圈梁15、连接板16拼焊加工而成，其作用是为整个天线系统提供有效支撑。

具体的，仍见图6～8，所述拉杆组件4包括杆体24、上接头25和下接头26，在杆体24与上接头25、下接头26相应连接位置涂胶粘剂，室温固化冷却，通过螺钉与所述杆体24固定连接。

上述轻量化ka频段反射面天线的制造方法包括以下步骤：

s1、设计制造桁架支撑：

依据技术指标要求和有限元分析结果，确定中心支筒11；加强筋12；上连接法兰13及下连接法兰14；圈梁15及加强圈16的最大外形尺寸，依次设计中心支筒11；加强筋12；上连接法兰13及下连接法兰14；圈梁15及加强圈16，采用钢板焊接加工形成桁架支撑1，具有大刚度、结构简单的优点，为整个天线系统提供有效支撑。

本实施例中，中心支筒11可采用市售钢板q345b材质拼焊自制而成；加强筋12、上连接法兰13、下连接法兰14可采用市售钢板q345b材质机加工自制而成；圈梁15、加强圈16可采用市售钢板q345b材质拼焊而成。中心支筒11、加强筋12、上连接法兰13、下连接法兰14、圈梁15、加强圈16在特定工装上整体焊接加工形成桁架支撑1。

s2、设计制造中心反射面：

依据桁架支撑1的连接位置，设计中心反射面2，采用铸造铝合金zl104铸造加工形成中心反射面2，经过数控加工成形，表面精度σ≤0.1。通过螺钉将中心反射面与桁架支撑1固定。

本实施例中，中心反射面2采用铸造铸造铝合金zl104铸造成型，通过市售不锈钢螺钉将中心反射面与桁架支撑1固定，在特定模具上将中心反射面2数控加工成型，加工后的表面精度要求σ≤0.1。

s3、设计制造高精度的主反射面单元：

建立蒙皮曲面三维模型，依据三维模型设计主反射面单元模具，运用三维设计工具软件确定蒙皮展开的外形尺寸，采用碳纤维材质加工形成蒙皮，铝蜂窝制造反射面单元主体；根据有限元分析结果，设计面板预埋件，采用市售钢板加工形成，将预埋件嵌入铝蜂窝主体中；抽真空吸附蒙皮，运用特殊工装在蒙皮曲面与面板预埋件相应连接位置涂胶粘剂，室温固化冷却，进行六对预埋件的精确定位，最终完成高精度主反射面单元的制造。

本实施例中，可采用碳纤维材质加工形成蒙皮17；铝蜂窝制造反射面单元主体；面板预埋件18～23采用市售钢板q345b材质机加工自制而成，将预埋件嵌入铝蜂窝主体中；；抽真空吸附蒙皮，运用特殊工装在蒙皮17曲面与面板预埋件18～23相应连接位置涂特定胶粘剂，经过室温固化冷却，进行六对预埋件的精确定位，最终形成高精度主反射面单元3。在主反射面单元3工作面的特征点处贴靶标。

s4、设计制造拉杆组件4：

依据桁架支撑1及主反射面单元中面板预埋件18～23的相对位置，确定杆体24的长度，设计周向可调节的上接头25及下接头26，采用碳纤维材质加工形成拉杆24，市售圆钢加工形成上、下接头25～26，借助特殊工装在拉杆24与上、下接头25、26相应连接位置涂胶粘剂，室温固化冷却；最后在接头相应位置配打螺孔，螺钉固定，完成拉杆组件4的制造。

本实施例中，可以采用碳纤维材质加工形成杆体24；上接头25及下接头26采用市售圆钢20材质机加工自制而成；然后在拉杆24与上、下接头25、26相应连接位置涂胶粘剂，经过室温固化冷却；在接头相应位置配打螺孔，螺钉固定，最终形成拉杆组件4。

s5、设计制造馈源网络支撑装置及副反射体：

依据总体技术指标，设计馈源网络、馈源套筒及副反射体，采用铝合金加工形成馈源网络及馈源套筒，采用铸造铝合金zl104铸造并加工形成副反射体；最后在相应连接位置配打孔，螺钉固定，完成馈源网络支撑装置及副反射体的制造。

本实施例中，馈源网络及馈源套筒采用市售铝合金5a06加工成型；副反射体采用铸造铝合金zl104铸造成型，在特定模具上数控加工成型；在相应连接位置配打孔，螺钉固定，最终形成馈源网络支撑装置及副反射体。

s6、设计制造根部面板调整组件7及外侧面板调整组件8～10：

依据拉杆组件4及主反射面单元3的面板预埋件18～23的相对位置，确定面板调整组件7～10的相应位置，设计根部调整件29及第一系列组合垫31构成根部面板调整组件7，面板调整件30及第二系列组合垫32依次构成外侧面板调整组件8～10，采用市售钢板加工形成根部面板调整组件7及外侧面板调整组件8～10。

本实施例中，根部调整件29采用市售钢板q345b材质机加工自制而成，第一系列组合垫31采用市售铝板2a12材质机加工自制而成,从而构成根部面板调整组件7。面板调整件30采用市售钢板q345b材质机加工自制而成，第二系列组合垫32采用市售铝板2a12材质机加工自制而成,从而依次构成外侧面板调整组件8～10。

s7、进行反射面板型面精度的粗调：

在外侧第一圈面板调整组件8及外侧第二圈面板调整组件9位置附近增加外部工装支撑，拉杆组件4安装到位后螺钉固定，根部面板调整组件7及外侧面板调整组件8～10依次安装到相应位置后螺钉固定，确定主反射面单元3的相对位置。

本实施例中，将拉杆安装到位后螺钉固定，依次在主反射面单元4的相应位置安装根部面板调整组件7及外侧面板调整组件8～10，最后通过螺钉固定，进而完成反射面板型面精度的粗调。

s8、进行反射面板型面精度的精调：

根据摄影测量结果，在朝天状态下，通过根部面板调整组件7的长圆孔进行竖向调整，此竖向调整是对主反射面单元进行间接的法向调整，，并通过第一系列组合垫31进行径向调整，此外，通过外侧面板调整组件8～10的长圆孔分别进行法向调整，并通过外侧面板调整组件8～10间的第二系列组合垫32进行周向调整。

初始状态下的主面精度达到0.2mm的要求后，在水平状态及45°状态下调整测量，直到面精度满足0.3mm的要求；反复拆装几次直到再装精度达到0.3mm的要求，即可在拉杆组件4与桁架支撑1的连接位置、拉杆组件4与主反射面单元3的连接位置、根部调整组件7及外侧面板调整组件8～10的相应位置处销螺栓定位，螺钉固定，完成反射面板型面精度的精调。

本实施例中，可以根据反射面板型面精度的测量结果，分别通过根部面板调整组件7的长圆孔实现面板的法向调整，通过与根部面板调整组件7相连的调整垫板实现面板的径向调整，通过外侧面板调整组件8～10的长圆孔实现面板的法向调整，通过外侧面板调整组件8～10间的调整垫片实现面板的周向调整。从而实现对主发射面位姿的法向、径向、周向的三自由度高效调整。

本发明中，每块主反射面单元独立与桁架支撑相连接，通过采用半封闭的面板调整组件，可以实现主反射面单元位姿的径向、周向及法向调整，实现三自由度高效调整，进而保证了反射面板的位置精度。面板调整组件将反射面实现整体互连，比刚度大、保型性好；面板调整组件直接与面板预埋件连接，省去配焊工艺过程，避免了焊接变形，提高了位置精度。此外，开放的桁架支撑及可调节的主拉杆组件，极大简化天线背架的设计，结构简单，有效降低了天线系统的整体重量、安装便捷。反射面单元独立与天线背架相连接，可实现反射面板相对位置的精确定位，保证了反射面板的整体精度，满足了中小型天线反射体重量轻、高精度、高效率的要求。

以上所述，仅是本发明的最佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构改变，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。