一种磁天线支架

1.本发明涉及航空、航天、陆地、海洋等领域中具有移动发射、接收和定位功能的棒状磁天线技术，尤其涉及一种高可靠性正交三分量棒状磁天线支架。


背景技术：

2.棒状磁天线广泛应用于航空、航天、陆地、海洋等领域，具有低频无线电发射、接收和定位的作用。磁天线支架是三分量棒状磁天线的支撑结构，与伸杆配合使得棒状磁天线指向所需要的空间方位。磁场是矢量，具有三个彼此正交的分量，需要传感器支架也具有彼此正交安装这三个分量的功能。棒状三分量磁天线通常需要安放在一个无磁支架上，两两相互正交，并且需要与调理电路部分保持一定距离，所以通常把磁天线安装在一定长度的伸杆末端。磁天线经常工作在振动强烈的移动环境中，因此对磁天线支架的抗振性能要求高。乌克兰lemi llc公司的lemi-150三分量磁天线支架、法国科学院demeter卫星低频磁场探测的三分量磁天线支架和themis卫星低频磁场探测的三分量磁天线支架采用分立塑料部件组合支架通过金属螺钉紧固且两两正交的组装方式，这种结构在强烈的振动环境下，容易因螺孔应力集中导致结构可靠性问题。tc-2卫星的低频磁场波动分析仪的三分量磁天线(或称为磁传感器)采用正六面体塑料框架作为支架。正六面体框架上有三对相互正交的磁天线套筒安装螺纹孔和两个金属螺钉固定孔，使三分量磁天线两两正交固定。因此，磁天线支架的正六面体塑料框架支架在强烈的振动环境下，同样容易因螺孔应力集中导致结构可靠性问题。
3.最后，由于磁天线用于发射、接收低频无线电信号，传统支架上安装固定用的金属螺钉会产生磁噪声干扰，所以需要磁天线支架及紧固件为自身无磁噪声的非金属材料。
4.因此，需要设计一种抗振的、无磁噪声的高可靠性正交三分量棒状磁天线支架。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种抗振的、无磁噪声的高可靠性正交三分量棒状磁天线支架，以克服传统的正六面体塑料框架支架、分立塑料部件组合支架等采用金属螺钉紧固磁天线的装配方式，存在磁噪声干扰的问题和在振动强烈的移动环境中因螺孔应力集中容易导致结构可靠性的问题。
6.为实现上述发明目的，提出一种抗振的、无磁噪声的高可靠性正交三分量棒状磁天线支架，包括：一体化的紧凑型空心圆柱型支架主体结构和三个完全相同的磁天线套筒结构。
7.其特征在于，一体化的紧凑型空心圆柱型支架主体结构作为高可靠性三分量棒状磁天线支架的主体部分，有磁天线套筒结构和伸杆的安装接口。三个完全相同的磁天线套筒结构在空心圆柱型支架主体结构上的安装接口采用一体化设计，且三个完全相同的磁天线套筒结构之间两两相互正交，用于安装三分量磁天线。
8.优选地，所述磁天线套筒结构之一的轴线垂直于空心圆柱型支架主体结构的轴线
且与其相交，并且所述磁天线套筒结构之一关于空心圆柱型支架主体结构轴线对称。
9.优选地，所述磁天线套筒结构之二的轴线与空心圆柱型支架主体结构的轴线呈45度角，其轴线在空心圆柱型支架主体结构内部的线段中点与空心圆柱型支架主体结构轴线的垂直距离大于磁天线套筒结构的外半径。
10.优选地，所述磁天线套筒结构之三位于所述磁天线套筒结构之二绕空心圆柱型支架主体结构的轴线旋转180度所在的空间位置。
11.优选地，所述磁天线套筒结构之二和所述磁天线套筒结构之三的几何中心连线与空心圆柱型支架主体结构的轴线垂直，且所述磁天线套筒结构之二和所述磁天线套筒结构之三的几何中心关于垂足对称。
12.优选地，所述磁天线套筒结构二和所述磁天线套筒结构三的几何中心连线的中点，与所述磁天线套筒结构之一的几何中心之间的距离大于1倍磁天线套筒结构外半径，但小于2倍磁天线套筒结构外半径。
13.优选地，所述的高可靠性正交三分量棒状磁天线支架材料无金属部件，采用工程塑料制作。
14.优选地，所述空心圆柱型支架主体结构外直径大于磁天线套筒结构外直径的2倍且小于磁天线套筒结构外直径的2.5倍。
15.优选地，所述磁天线套筒结构与空心圆柱型支架主体结构之间有磁天线套筒结构的卡槽，防止磁天线套筒扭转。
16.优选地，所述磁天线套筒结构与空心圆柱型支架主体结构之间通过胶接固定。
17.优选地，所述高可靠性正交三分量棒状磁天线支架主体结构安装固定采用胶接工艺，无金属螺钉和部件，无磁噪声。
18.优选地，所述高可靠性正交三分量棒状磁天线支架的空心圆柱型支架主体结构的任意一端都可以作为伸杆的安装接口。
19.优选地，所述高可靠性正交三分量棒状磁天线支架伸杆的安装接口上有防止扭转的固定卡槽。
20.优选地，所述高可靠性正交三分量棒状磁天线支架伸杆的安装接口上有防止轴线方向移动的定位孔。
21.优选地，所述高可靠性正交三分量棒状磁天线支架与伸杆之间采用胶接方式固定。
22.优选地，所述高可靠性正交三分量棒状磁天线支架上三个正交分量磁天线形成的坐标系与安装参考坐标系之间的关系为：
[0023][0024]
其中，x、y、z为高可靠性正交三分量棒状磁天线支架坐标系的三个正交分量，x0、y0和z0为支架安装参考坐标系三个正交分量。为高可靠性正交三分量
棒状磁天线上三个正交分量形成的坐标系与参考坐标系之间的转换系数。根据安装参考坐标系原点及三分量正方向选择的方向不同，m也可以取其他值。
[0025]
本发明的优点在于：提出了一种抗振的、无磁噪声的高可靠性正交三分量棒状磁天线支架。本发明提供的高可靠性正交三分量棒状磁天线支架采用一体化的紧凑型空心圆柱型支架主体结构，无金属部件和紧固件，应力对称分布，应力集中系数低于1.2。克服了传统的正六面体塑料框架支架、分立塑料部件组合支架等采用金属螺钉紧固磁天线的装配方式，在振动强烈的移动环境中因螺孔应力集中容易导致结构可靠性的问题。
附图说明
[0026]
图1为一种高可靠性正交三分量棒状磁天线支架的三维示意图。
[0027]
图2为一种高可靠性正交三分量棒状磁天线支架的三维框线图。
[0028]
图3为一种高可靠性正交三分量棒状磁天线支架的三维俯视图。
[0029]
图4为一种高可靠性正交三分量棒状磁天线支架的三维左视图。
[0030]
图5为一种高可靠性正交三分量棒状磁天线支架与伸杆连接的三维示意图。
[0031]
图6为一种高可靠性正交三分量棒状磁天线支架三个正交分量磁天线形成的坐标系与参考坐标系关系示意图。
[0032]
图中标号如下：
[0033]
1为空心圆柱型支架主体结构，2为磁天线套筒结构，3为磁天线套筒结构，4为磁天线套筒结构，5为固定卡槽，6为定位孔，
[0034]
7、8、9为磁天线套筒结构在空心圆柱型支架主体结构上防止扭转的卡槽，10为伸杆。
具体实施方式
[0035]
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
[0036]
本发明提供一种抗振的、正交的、无磁的高可靠性三分量棒状磁天线支架，用作电磁监测试验卫星有效载荷感应式磁力仪的三分量棒状磁天线支架。如图1所示的实施例中，包括：一个空心圆柱型支架主体结构1，三个完全相同的磁天线套筒结构2、3、4。
[0037]
如图1所示的实施例中，电磁监测试验卫星有效载荷感应式磁力仪的三分量棒状磁天线支架空心圆柱型支架主体结构的外直径为70mm，磁天线套筒结构的外直径为30mm。
[0038]
如图1所示的实施例中，空心圆柱型支架主体结构1作为高可靠性三分量棒状磁天线支架的主体部分，其一端作为安装接口，有用于对伸杆进行限位的两个对称的固定卡槽5和两个对称的定位孔6。三个磁天线套筒结构在空心圆柱型支架主体结构上的安装接口采用一体化设计，且三个磁天线套筒结构之间两两互相正交，用于安装三分量磁天线。空心圆柱型支架主体结构1有防止磁天线套筒扭转的卡槽7、8、9。
[0039]
如图2所示的实施例中，磁天线套筒结构2的轴线垂直于空心圆柱型支架主体结构1的轴线且与其相交，并且磁天线套筒结构2关于空心圆柱型支架主体结构轴线对称。
[0040]
如图3所示的实施例中，磁天线套筒结构3和磁天线套筒结构4的几何中心连线与空心圆柱型支架主体结构1的轴线垂直，且磁天线套筒结构3和磁天线套筒结构4的几何中心关于垂足对称。
[0041]
如图4所示的实施例中，磁天线套筒结构3的轴线与空心圆柱型支架主体结构1的轴线呈45度角。如图3所示的实施例中，磁天线套筒结构3轴线在空心圆柱型支架主体结构内部的线段中点与空心圆柱型支架主体结构1轴线的垂直距离为16mm，大于磁天线套筒结构的外半径15mm。
[0042]
如图4所示的实施例中，磁天线套筒结构4位于磁天线套筒结构3绕空心圆柱型支架主体结构1的轴线旋转180度所在的空间位置。
[0043]
如图3所示的实施例中，磁天线套筒结构3和磁天线套筒结构4的几何中心连线与空心圆柱型支架主体结构1的轴线垂直。且磁天线套筒结构3和磁天线套筒结构4的几何中心关于垂足对称。
[0044]
如图4所示的实施例中，磁天线套筒结构3和磁天线套筒结构4的几何中心连线的中点，与磁天线套筒结构2的几何中心之间的距离为18mm，大于1倍磁天线套筒结构外半径15mm但小于2倍磁天线套筒结构外半径30mm。
[0045]
如图2所示的实施例中，磁天线套筒结构2、3、4与空心圆柱型支架主体结构安装接口上的磁天线套筒的卡槽7、8、9防止磁天线套筒2、3、4扭转。磁天线套筒结构2、3、4与空心圆柱型支架主体结构1之间通过胶接固定。
[0046]
如图5所示的实施例中，高可靠性三分量棒状磁天线支架伸杆10的安装接口上对伸杆限位的固定卡槽5和防止伸杆轴线方向移动的定位孔6。磁天线支架的空心圆柱型支架主体结构1与伸杆10之间采用胶接方式固定。
[0047]
如图1所示的实施例中，空心圆柱型支架主体结构1与磁天线套筒结构2、3、4无金属部件和紧固件，采用高强度的且耐高温的工程塑料聚酰亚胺制作。
[0048]
如图6所示的实施例中，电磁监测试验卫星有效载荷感应式磁力仪传感器底板上的一个安装孔定义成参考点，电磁监测试验卫星有效载荷感应式磁力仪的高可靠性三分量棒状磁天线支架的三个正交分量磁天线支架坐标系到安装参考坐标系的转换关系如下：
[0049][0050]
其中，坐标系转换系数m已在上式给出，为高可靠性三分量棒状磁天线支架的磁天线形成的坐标系下交流磁场观测矢量的三分量，x
sc
、y
sc
、z
sc
为安装参考坐标系下交流磁场观测矢量的三分量。
[0051]
另外，本发明所举的实施例仅作为一种，不可看作限制本发明的因素。例如：
[0052]
所述高可靠性三分量棒状磁天线支架的空心圆柱型支架主体结构的任意一端都可以作为伸杆的安装接口。
[0053]
所述高可靠性正交三分量棒状磁天线支架采用特种工程塑料制作，具备耐高低温的特性。所述高可靠性三分量棒状磁天线支架采用胶接工艺，无金属部件，完全消除了来自传统的三分量磁天线支架的磁噪声。通过了加速度为24g@20-100hz的正弦振动、功率谱密度总均方根值为40grms的随机振动、加速度为6db/oct@100-600hz和1000g@600-4000hz的冲击振动鉴定级试验和﹣120℃到+120℃热循环鉴定级试验。因此，本发明的三分量棒状磁天线支架在航空、航天、陆地、海洋等移动环境中具有高可靠性。