王 紅，趙 奇，田亞朋

(1 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十九研究所，陜西 西安 710065；2 陜西省天線與控制技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065；3 西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所，陜西 西安 710065)

0 引言

天線副面是天線的重要組成部分,對(duì)于天線的副面調(diào)整有三種方法:第一種是天線副反射面的位姿調(diào)整,饋源系統(tǒng)都不動(dòng);第二種是副面組件和饋源系統(tǒng)作為整體進(jìn)行調(diào)整;第三種是副面組件調(diào)整,饋源系統(tǒng)不動(dòng)。文獻(xiàn)[1-11]是有關(guān)天線副反射面位姿的各種論述,是第一種方法的研究與應(yīng)用。文獻(xiàn)[12]論述了副反射面和饋源網(wǎng)絡(luò)一起作二維運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)對(duì)副面的調(diào)整,是第二種方法的研究與應(yīng)用。文中詳細(xì)論述了副面組件作為一整體,旋轉(zhuǎn)180°后,副面組件折疊在饋源系統(tǒng)的側(cè)面,是第三種方法的研究。

1 設(shè)計(jì)要求

為適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)需求,天線需要具有足夠靈活的運(yùn)輸轉(zhuǎn)移能力,對(duì)車(chē)載天線的需求逐步擴(kuò)大。由于車(chē)輛運(yùn)輸過(guò)程中有涵洞、橋梁等特殊地域的影響,對(duì)天線高度和寬度的限制。如對(duì)于口徑5 m的車(chē)載天線,在運(yùn)輸過(guò)程中,由于高度的限制,需要將超高的副面組件完全折疊向下,收在喇叭頂面以下的要求。

2 副面組件折疊設(shè)計(jì)

如圖1所示,為實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)信號(hào)的可靠穩(wěn)定傳輸,工作狀態(tài)下副面是通過(guò)支撐件固定在喇叭頂?shù)暮线m位置。以便更好發(fā)揮整個(gè)設(shè)備的最大效用。支套是天線饋源的組成部分,起到保護(hù)和支撐饋源的作用。

圖1 工作狀態(tài)下的副面組件位置Fig.1 Location of the sub-reflector assembly in the working state

文中論述的副面組件,需要折疊以降低運(yùn)送高度,而且要求快速?gòu)?fù)原并進(jìn)入工作狀態(tài),因此副面組件需要一個(gè)轉(zhuǎn)軸組件,將原有的副面組件整體旋轉(zhuǎn)后實(shí)現(xiàn)折疊的效果。

2.1 轉(zhuǎn)軸組件的設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)軸組件的作用是使副面組件整體折疊向下,也就是副面組件作為一個(gè)整體圍繞支套頂部一側(cè)轉(zhuǎn)軸做順時(shí)180°的旋轉(zhuǎn),完成副面組件從支套頂部翻轉(zhuǎn)后固定在支套側(cè)面。外現(xiàn)的變化就是:處在副面組件最底的底板,經(jīng)旋轉(zhuǎn)折疊后處在了副面組件的最頂端。

設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)軸組件,需要先確定轉(zhuǎn)軸組件的軸心。如圖2所示,通過(guò)幾何分析,點(diǎn)O就是要找的軸心,即后文提到的轉(zhuǎn)軸的軸心。副面組件折疊實(shí)物如圖3所示。

圖2 轉(zhuǎn)軸組件軸心求解簡(jiǎn)化圖Fig.2 Simplified diagram of the axis of the rotating shaft assembly

圖3 副面組件折疊實(shí)物圖Fig.3 Folding physical map of the sub-reflector assembly

另外,由于副面組件是露天使用,避免不了各種天氣環(huán)境的考核。旋轉(zhuǎn)有很多種機(jī)械結(jié)構(gòu),通過(guò)實(shí)驗(yàn)與對(duì)比,最后確定采用軸承形式。饋源采用的軸承一般是含油封的,但在遇見(jiàn)各種惡劣天氣會(huì)有可靠性差問(wèn)題。考慮副面重量,旋轉(zhuǎn)速度不快,價(jià)格等因素采用了自潤(rùn)滑、免維護(hù)的晉信JFB650型號(hào)的15E7軸承。

轉(zhuǎn)軸組件的左右兩邊連軸與轉(zhuǎn)軸通過(guò)鍵連為一體,連軸與副面組件通過(guò)螺釘裝配為一體。左右兩邊的聯(lián)軸節(jié)與饋源主體同樣通過(guò)螺釘裝配在一起,聯(lián)軸節(jié)與軸承為過(guò)盈配合并與饋源成為一體。副面組件通過(guò)連軸連接轉(zhuǎn)軸,轉(zhuǎn)軸與軸承是間隙配合,所以轉(zhuǎn)軸可繞以?xún)蓚€(gè)聯(lián)軸節(jié)定位的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)了副面組件繞轉(zhuǎn)軸360°旋轉(zhuǎn)。

通過(guò)以上的分析研究,采用Proe軟件設(shè)計(jì)的副面轉(zhuǎn)軸組件如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)軸組件Fig.4 The rotating shaft assembly

2.2 制動(dòng)緩沖鎖定的設(shè)計(jì)

軸承除旋轉(zhuǎn)功能外,還需要具有制動(dòng)和緩沖及鎖定裝置。

圓筒支套是固定的,可做為副面組件旋轉(zhuǎn)的基準(zhǔn),通過(guò)分析,緩沖裝置安裝在副面組件旋轉(zhuǎn)后與支套側(cè)壁相接之處。根據(jù)杠桿原理,制動(dòng)裝置安裝在副面組件的上法蘭位置。

副面組件旋轉(zhuǎn)后有一定的沖擊力,為避免撞壞饋源,需要增加緩沖裝置。選丁睛橡膠板為緩沖材料。

當(dāng)制動(dòng)裝置碰到緩沖裝置后,通過(guò)兩個(gè)安裝在制動(dòng)裝置上的蝶形不脫出螺桿迅速鎖定在緩沖裝置上。用于鎖定的蝶形不脫出螺桿如圖5所示。

圖5 蝶形不脫出螺桿三維圖Fig.5 3D view of the butterfly screw

2.3 快速?gòu)?fù)位設(shè)計(jì)

由于折疊空間受限,要求折疊復(fù)原精度高、速度快,同時(shí)還要考慮折疊操作的安全性,設(shè)計(jì)了與轉(zhuǎn)軸組件中軸為60°～90°的夾角止口,止口高度為2 mm,有利于副面組件精準(zhǔn)復(fù)位。正對(duì)轉(zhuǎn)軸組件的副面組件底座裝有蝶形不脫出螺桿,以實(shí)現(xiàn)副面組件的快速?gòu)?fù)原功能,如圖6所示。

圖6 快速?gòu)?fù)位示意圖Fig.6 Schematic diagram of the rapid reset

3 仿真與測(cè)試

設(shè)計(jì)的可折疊天線副面實(shí)物如圖7所示,仿真得到的天線近軸輻射方向圖見(jiàn)圖8,從圖中可以看出,第一副瓣電平小于-14.0 dB。

圖7 可折疊的天線副面實(shí)物圖Fig.7 Physical map of the foldable antenna sub-reflector

圖8 仿真的天線方向圖Fig.8 Antenna orientation diagram of the simulation

圖9是天線副面組件折疊到支套后,再次恢復(fù)到支套頂端位置所測(cè)試的天線方向圖結(jié)果。對(duì)比圖8、圖9兩組天線方向圖,可發(fā)現(xiàn)在高頻段兩者吻合很好。

圖9 復(fù)原后的天線方向圖Fig.9 Restored antenna orientation diagram

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)的天線副面組件的折疊裝置在天線饋源中運(yùn)用良好,轉(zhuǎn)動(dòng)自由、無(wú)卡頓、無(wú)碰撞。通過(guò)測(cè)試,其第一副瓣電平小于-14.0 dB,方向圖良好,說(shuō)明設(shè)計(jì)是可行的。