一种大型阵列天线转台的结构设计

2022-01-04韩贵梅卢兴明武织才

河北省科学院学报 2021年4期

韩贵梅,卢兴明,武织才

(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄 050081)

在卫星通信、深空探测、光学遥感及导航定位等领域，天线起着重要的作用，其中天线结构是天线功能实现的基础。本文所述天线为某无线电侦测系统的重要组成部分，在结构设计时需要考虑侦测天线的机动性、可靠性、安全性、工艺性及环境适应性。为适应侦测频段的需求，天线的面形精度要求高。考虑到运输和架设的易操作性，天线最大结构件体积不能超过5.4m方舱运输车辆的空间限制，需要对结构进行分块设计。另外，天线的自重会影响天线结构的面型精度和指向精度，因此在设计过程中结合有限元方法，以验证设计的天线结构满足指标要求。

1 结构设计

与传统天线相比，抛物面侦测天线由1套5.4m抛物面天线、1套3m抛物面天线、转台结构和4套匿影馈源等四部分组成。其中，3m抛物面天线和匿影馈源用于实现5.4m天线波束副瓣匿影功能。设计时主要考虑以下条件。

工作风速：25m/s；天线方位角度范围：0～360°；俯仰可调角度方位：-90～+3°；方位角速度：0°/s ～6°/s ；方位最大角加速度≥1.2°/s2；系统总重量<4.5t；第一旁瓣：≤-14dB。

匿影要求：增设辅助匿影天线，实现反射面天线在方位360°范围内和波束副瓣匿影功能。

1.1 天线反射器设计

天线反射器组合是由一个5.4m天线反射器、一个3m天线反射器和4套匿影馈源组成。5.4m天线反射器作为主反射器结构与座架连接，3m天线反射器通过高刚度背架固定在5.4m天线顶端，与主反射器波束方向一致。

1.1.1 5.4m天线反射体设计

5.4m天线反射器结构主要由主反射面、馈源支架、馈源支撑杆组成。为实现天线的快速安装，将天线的主反射面异型分割为中间与两侧三部分。

为提高天线反射面的精度，减轻重量，面板和背筋采用一体成型，面板和背架都采用碳纤维夹层结构，二者在模具上胶粘成型。成型时分别预埋金属连接件，与馈源支撑杆、座架相连接。侧面板与中面板采用10组高精度定位锥连接，定位锥通过预埋工装在模具上精准定位，整体面板拼装精度≤0.35mm。

其中，5.4m天线中反射面宽度为2m，在反射面背部布置弧形的腹板梁作为天线背架。天线背架由两道主要承力的箱型横梁与多个横、斜腹板组成，所有筋梁沿天线的自身曲线贴合整体焊接而成。3m天线连接支耳设计在承力箱型梁顶端，实现了3m天线支撑力的有效传递。为减轻重量，侧反射面的面板和背架采用一体成型设计，保证面板具有良好的面型精度[1]。面板和背架都采用碳纤维夹层结构，二者在模具上胶粘成型。背架结构如图1所示。

图1 5.4m天线反射体骨架结构

1.1.2 3m天线设计

3m天线结构分为天线面、馈源支架和天线支架三部分，结构示意图如图2所示。

图2 3m天线反射体结构

天线反射面采用碳纤维复合材料，结构采用蜂窝夹层形式，整体成型，保证具有良好的面型精度。面板直径3m，反射面表面要求进行喷铝金属化处理，面板精度≤0.2mm。

馈源支架是一个独立的结构，用于支撑馈源网络，馈源支架由4根支杆和一个定位安装支架组成。天线支架由底板、方管和天线连接法兰焊接后数控加工成型，底板与5.4m天线背架连接。

1.2 伺服转台

伺服转台是用于支撑天线并完成方位、俯仰运动的系统。伺服转台选用方位—俯仰转台式座架[2]。包括方位转台、方位驱动、俯仰支架、俯仰驱动、方位和俯仰同步等。其特点是方位轴采用大转盘形式，可以0～360°连续旋转。俯仰驱动系统置于方位转盘上，采用丝杠结构，运动范围为-3°～90°。其优点是运动相对独立，承载能力大，结构紧凑，轴向尺寸小，稳定性好，有足够的强度和刚度，便于工作、收藏、运输等。伺服转台示意图见图3。