《一種空間二維天線轉動機構》是西安空間無線電技術研究所於2010年9月29日申請的發明專利，該專利的公布號為CN102013573A，專利公布日為2011年4月13日，發明人是張文會、宋劍鳴、冀有志、張學剛、張春、史明、張劍、許智。
《一種空間二維天線轉動機構》第一支架為十字正交結構，分別記為X軸和Y軸，X軸、Y軸兩端的支臂方向相反；支座截面為U形結構，支座置於第一支架的X軸兩端支臂內部形成一個方腔，支座的轉動單元連線接口與X軸傳動連線接口連線；第二支架截面為U形結構；第二支架支臂兩端置於第一支架的Y軸支臂外部形成一個方腔，第二支架的傳動連線接口與第一支架Y軸的轉動單元連線接口連線；兩個轉動單元的輸出軸分別與兩個方腔內部的轉動單元連線接口連線，分別作為X、Y兩軸的驅動部分；兩個轉軸分別穿過兩個方腔內的轉動支撐接口，轉軸一端通過法蘭固定在方腔內壁，擋圈置於兩個軸承中間後依次安裝在方腔外轉軸上，通過端蓋壓緊。
2017年12月11日，《一種空間二維天線轉動機構》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種空間二維天線轉動機構》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種空間二維天線轉動機構
- 公布號：CN102013573A
- 公布日：2011年4月13日
- 申請號：2010102980627
- 申請日：2010年9月29日
- 申請人：西安空間無線電技術研究所
- 地址：陝西省西安市長安區西街150號
- 發明人：張文會、宋劍鳴、冀有志、張學剛、張春、史明、張劍、許智
- Int. Cl. ：H01Q3/08(2006.01)I
- 專利代理機構：中國航天科技專利中心
- 代理人： 安麗
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
機械可動天線是指採用機械方式實現天線波束移動的天線技術，常用在高增益點波束天線上，實現對預定目標的指向或跟蹤，並建立通信鏈路。隨著中國跟蹤與數據中繼衛星的建設，低軌道用戶星為了與中繼衛星建立星間鏈路實現星間信號傳輸，都裝備有機械可動的高增益終端天線，天線工作在Ka頻段，天線通常採用程控跟蹤或程控跟蹤與自動跟蹤結合的跟蹤方式實現對中繼衛星的跟蹤並建立星間通信鏈路傳輸數據信號。
機械可動終端天線要實現對中繼衛星的跟蹤需要大角度轉動，通常要求是覆蓋上半球空間，要實現如此大角度的轉動功能，需要兩維大角度轉動的機構才能實現。常用的兩維機構有方位-俯仰型或X-Y型，方位-俯仰型要求方位轉動360°，俯仰轉動0°至90°，方位-俯仰型有兩個局限性，一是過頂有盲區，二是多路波導饋電難以實現，而X-Y型則可解決以上的局限，首先X-Y型機構在過頂跟蹤時沒有盲區，其次X-Y型實現多通道饋電相對容易，因此機械可動終端天線常用X-Y型二維轉動機構，一般要求每軸轉動±90°即可實現上半球覆蓋。
截至2010年9月，常用的中繼終端天線的射頻通道包括2個S電纜和3路射頻波導。要解決波導在穿過轉動軸時既要滿足轉動功能又要傳輸微波信號的難題，特別是高頻段信號常用的解決的方法是採用微波旋轉關節。機械可動終端天線實現對中繼衛星跟蹤的關鍵是二維轉動機構在實現兩維大角度轉動同時滿足多路饋電的要求，同時滿足反射器安裝、鎖緊和展開等天線其他部件的接口要求，此外還要滿足空間套用的小型化、輕量化及環境適應性要求。機械可動天線在衛星對地通信中套用較多，但套用的二維天線轉動機構一般轉動角度小，饋電相對簡單，轉動支架多採用單臂支撐，支撐剛度低，即使有大角度轉動的二維天線轉動機構，一般也不涉及多通道饋電問題，相對容易實現。
發明內容
專利目的
《一種空間二維天線轉動機構》的目的是：克服2010年9月前技術的不足，提供一種適用於中繼星用戶終端天線和其他星間鏈路天線套用的二維天線轉動機構。
技術方案
《一種空間二維天線轉動機構》的技術解決方案是：一種空間二維天線轉動機構，包括支座、第一支架、第二支架、兩個轉動單元、轉軸、擋圈和端蓋，四個軸承；第一支架為十字正交結構，分別記為X軸和Y軸，X軸、Y軸兩端的支臂方向相反，X軸一端支臂上設定傳動連線接口，另一端支臂上設定轉動支撐接口；Y軸一端支臂上設定轉動單元連線接口，另一端支臂上設定轉動支撐接口；支座截面為U形結構，U形結構一端為轉動單元連線接口，另一端為轉動支撐接口；支座置於第一支架的X軸兩端支臂內部形成一個方腔，支座的轉動單元連線接口與X軸傳動連線接口連線；第二支架截面為U形結構，U形結構一端為傳動連線接口，另一端為轉動支撐接口；第二支架支臂兩端置於第一支架的Y軸支臂外部形成一個方腔，第二支架的傳動連線接口與第一支架Y軸的轉動單元連線接口連線；兩個轉動單元的輸出軸分別與兩個方腔內部的轉動單元連線接口連線，分別作為X、Y兩軸的驅動部分；兩個轉軸分別穿過兩個方腔內的轉動支撐接口，轉軸一端通過法蘭固定在方腔內壁，擋圈置於兩個軸承中間後依次安裝在方腔外轉軸上，通過端蓋壓緊，分別形成X、Y兩軸的轉動支撐部分。
所述的第一支架採用減輕腔結構，減輕腔兩面表面粘接加強面板。所述的轉動單元包括步進電機、諧波減速器和旋轉變壓器；由步進電機通過電纜接收轉動指令轉動，通過諧波減速器傳動帶動輸出軸轉動，輸出軸帶動支架轉動實現機構的轉動，機構轉動角度信息的反饋通過旋轉變壓器實現。
所述第一支架的X軸、Y軸交點處設定電纜接口。所述第二支架的U形底面設定饋源接口、反射器接口及鎖緊接口。所述的第一支架的Y軸靠近轉動支撐接口的一側設定旋轉關節支架接口。所述的支座的底面靠近轉動支撐接口的一側設定波導接口。所述的支座的底面中間設定展開臂接口，並在支座底面中間開孔作為波導和電纜接口。
該發明的技術工作原理是：由步進電機接收轉動指令轉動，通過諧波減速器傳動帶動輸出軸轉動，輸出軸帶動支架轉動實現機構的轉動，機構轉動角度信息的反饋通過旋轉變壓器實現。X、Y兩軸分布為空間正交分布，X軸轉動時帶動第一支架及Y軸整體實現機構X軸的轉動，Y軸轉動帶動第二支架轉動實現機構Y軸的轉動。原理圖見圖1所示。
改善效果
《一種空間二維天線轉動機構》的有益效果為：
（1）該發明結構緊湊，能適應大角度轉動空間天線安裝尺寸和多路饋電波導及旋轉關節布局要求和空間天線狹小安裝空間要求，接口和環境適應性好；採用輕量化設計，用雙臂支撐和結構加強，減輕了天線的重量，提高了系統的剛度和可靠性。
（2）該發明支座、第一支架兩軸、第二支架採用整體U型結構，並採取加強措施，既可有效提高結構的剛度和強度，同時也為波導、旋轉關節和電纜提供可靠的安裝固定的空間和接口，可以較好的保證轉動的穩定性。
（3）該發明結構方案接口兼容性好，能夠較好的實現與饋電部件、鎖緊部件和展開或固定部件的連線功能，適應性好。
（4）該發明在支座、第一支架兩軸、第二支架上設定通腔，即可作為波導、電纜接口，便於實現天線饋電連線，又起到結構減重作用。
附圖說明
圖1為《一種空間二維天線轉動機構》二維轉動機構原理圖；
圖2為該發明二維轉動機構構成圖；
圖3為該發明二維轉動機構轉動單元外形圖；
圖4a、4b為該發明第一支架減輕腔上下兩面加強前狀態；
圖5a、5b為該發明第一支架減輕腔加強後狀態；
圖6為該發明二維轉動機構外形圖；
圖7為該發明二維轉動機構接口示意圖；
圖8～圖11為該發明二維轉動機構轉動不同角度示意。
技術領域
《一種空間二維天線轉動機構》涉及一種空間套用天線轉動機構，可用於各類機械可動的空間通信天線和跟蹤天線的二維轉動功能。屬於空間天線技術領域。
權利要求
1.《一種空間二維天線轉動機構》特徵在於：包括支座（1）、第一支架（7）、第二支架（8）、兩個轉動單元（2）、轉軸（3）、擋圈（4）和端蓋（5），四個軸承（6）；第一支架（7）為十字正交結構，分別記為X軸和Y軸，X軸、Y軸兩端的支臂方向相反，X軸一端支臂上設定傳動連線接口，另一端支臂上設定轉動支撐接口；Y軸一端支臂上設定轉動單元連線接口，另一端支臂上設定轉動支撐接口；支座（1）截面為U形結構，U形結構一端為轉動單元連線接口，另一端為轉動支撐接口；支座（1）置於第一支架（7）的X軸兩端支臂內部形成一個方腔，支座（1）的轉動單元連線接口與X軸傳動連線接口連線；第二支架（8）截面為U形結構，U形結構一端為傳動連線接口，另一端為轉動支撐接口；第二支架（8）支臂兩端置於第一支架（7）的Y軸支臂外部形成一個方腔，第二支架（8）的傳動連線接口與第一支架（7）Y軸的轉動單元連線接口連線；兩個轉動單元（2）的輸出軸分別與兩個方腔內部的轉動單元連線接口連線，分別作為X、Y兩軸的驅動部分；兩個轉軸（3）分別穿過兩個方腔內的轉動支撐接口，轉軸（3）一端通過法蘭固定在方腔內壁，擋圈置於兩個軸承中間後依次安裝在方腔外的轉軸（3）上，通過端蓋（5）壓緊，分別形成X、Y兩軸的轉動支撐部分。
2.根據權利要求1所述的一種空間二維天線轉動機構，其特徵在於：所述的第一支架（7）採用減輕腔結構，減輕腔兩面表面粘接加強面板。
4.根據權利要求1所述的一種空間二維天線轉動機構，其特徵在於：所述第一支架（7）的X軸、Y軸交點處設定電纜接口。
5.根據權利要求1所述的一種空間二維天線轉動機構，其特徵在於：所述第二支架（8）的U形底面設定饋源接口、反射器接口及鎖緊接口。
6.根據權利要求1所述的一種空間二維天線轉動機構，其特徵在於：所述的第一支架（7）的Y軸靠近轉動支撐接口的一側設定旋轉關節支架接口。
7.根據權利要求1所述的一種空間二維天線轉動機構，其特徵在於：所述的支座（1）的底面靠近轉動支撐接口的一側設定波導接口。
8.根據權利要求1所述的一種空間二維天線轉動機構，其特徵在於：所述的支座（1）的底面中間設定展開臂接口，並在支座（1）底面中間開孔作為波導和電纜接口。
實施方式
如圖2所示，一種空間二維天線轉動機構，包括支座1、第一支架7、第二支架8、兩個轉動單元2、轉軸3、擋圈4和端蓋5，四個軸承6；第一支架7為十字正交結構，分別記為X軸和Y軸，X軸、Y軸兩端的支臂方向相反，X軸一端支臂上設定傳動連線接口，另一端支臂上設定轉動支撐接口；Y軸一端支臂上設定轉動單元連線接口，另一端支臂上設定轉動支撐接口；支座1截面為U形結構，U形結構一端為轉動單元連線接口，另一端為轉動支撐接口；支座1置於第一支架7的X軸兩端支臂內部形成一個方腔，支座1的轉動單元連線接口與X軸傳動連線接口連線，如圖6所示；第二支架8截面為U形結構，U形結構一端為傳動連線接口，另一端為轉動支撐接口；第二支架8支臂兩端置於第一支架7的Y軸支臂外部形成一個方腔，第二支架8的傳動連線接口與第一支架7Y軸的轉動單元連線接口連線；兩個轉動單元2的輸出軸分別與兩個方腔內部的轉動單元連線接口連線，分別作為X、Y兩軸的驅動部分；兩個轉軸3分別穿過兩個方腔內的轉動支撐接口，轉軸3一端通過法蘭固定在方腔內壁，擋圈置於兩個軸承中間後依次安裝在方腔外轉軸3上，通過端蓋5壓緊，分別形成X、Y兩軸支撐端的轉動支撐部分。
如圖3a所示，所述的轉動單元2包括步進電機21、諧波減速器22和旋轉變壓器23；由步進電機21通過電纜接收轉動指令轉動，通過諧波減速器22傳動帶動輸出軸轉動，輸出軸帶動支架轉動實現機構的轉動，機構轉動角度信息的反饋通過旋轉變壓器23實現。轉動單元2由一個步進電機21、一個諧波減速器22、一個旋轉變壓器23、兩個軸承24、一個輸出軸25、兩個擋圈26及外殼I27、外殼II28及端蓋29構成，如圖3b；諧波減速器22輸入端與電機21轉軸連線，諧波減速器22輸出端與輸出軸25連線，諧波減速器22安裝在外殼I27內，旋轉變壓器23內圈和軸承24內圈安裝於輸出軸25，旋轉變壓器23外圈、擋圈26和軸25承外圈安裝於外殼II28；安裝諧波減速器22的外殼I27與安裝旋轉變壓器23和軸承24的輸出軸25及外殼II28、端蓋29連線組成轉動單元2。
如圖4a、4b所示，第一支架7採用減輕腔結構，為提高機構的剛度和強度，在第一支架7的減輕腔兩面表面粘接加強面板9，如圖5a、5b所示。
如圖7所示，該發明結構可以滿足多個接口的設定，第一支架7的X軸、Y軸交點處設定電纜接口D，第一支架7的Y軸靠近轉動支撐接口的一側設定旋轉關節支架接口C，第二支架8的U形底面設定饋源接口E、反射器接口F及鎖緊接口G。支座1的底面靠近轉動支撐接口的一側設定波導接口B。支座1的底面中間位置設定展開臂接口A，並在支座1底面中間開孔作為波導和電纜接口。
如圖2、圖6、圖7所示，該發明實施後結構簡單、緊湊，實現的二維機構可以在X軸±90°、Y軸±90°範圍的轉動，實現對半球空間的覆蓋。圖8至圖11為二維轉動機構各個軸在±90°轉動的過程。同時每個軸的各轉動結構件通過整體支架在同一個旋轉軸上安裝，可以保證各零部件的同軸度和旋轉穩定性，提高系統的剛度和強度；轉動單元為集成化模組，可以實現單軸的轉動功能，方便裝配和測試；機構的支架設定不同的連線接口，可方便的實現與其它部件的連線。
榮譽表彰
2017年12月11日，《一種空間二維天線轉動機構》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
