专利名称：一种具有自动调节天线反射面热变形的天线装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及反射面天线领域中的一种具有自动调节天线反射面 热变形的天线装置，特别适用于大口径、大温差工作环境、工作在高
频段，尤其是天线口径大于25米、工作环境温差在5(TC以上、工作 频率在Ka频段以上的各种形式的反射面天线用作高精度主、副反射 面的调整组件制造。
背景技术：
随着天线工作频率越来越高，对反射面精度(通常用表面均方根 值o来描述)的要求相应越来越高，在影响反射面精度o的诸因素之 中，除了制造和装配技术之外，工作环境的影响是不容忽视的因素， 尤其是天线口径大于25米、工作频率在Ka频段以上，各种形式的 大口径、高精度反射面天线，环境因素对反射面精度o的影响凸现， 特别是环境大温差热因素的影响尤为突出，迄今为止，业界对如何消 除或有效减小在大温差环境中热因素的影响，还没有可行的技术先 例。目前，露天环境工作在各频段的大口径反射面天线的反射面，在 与天线背架的连接结构设计方面，都是采用传统的技术方案进行设 计，特别是在钢材背架和铝材反射面之间的调整连接组件的设计，都 采用诸如螺杆等组件直接硬连接的方法，这种连接方法在结构的热性 能上存在如下不足
传统的调整连接组件方法，是在组成天线反射面的每块反射面单 元的四个角部与天线背架之间，分别用四组螺杆、螺母等标准件直接进行刚性连接，这种连接方法虽然能够满足每块反射面单元的安装和 调整，但是却不能协调钢材背架和铝材反射面单元之间由于钢、铝不 同材料线膨胀系数而引起的变形差值，从而导致反射面整体表面精度 O的恶化，形成了大口径高精度反射面的关键技术弱点。这是因为在 对天线反射面精度O产生影响的热变形因素有三个，艮口
a. 天线背架的热变形因素；
b. 反射面单元的热变形因素；
C.背架与反射面不同材质，在传统的刚性连接约束下，产生的变形 不协调因素。
理论和计算结果表明，前两个因素虽然不能人为控制，但是因为 本身的材料同一，热变形较均匀，所以它对反射面的整体精度o的影 响不大，不构成主要因素，而在后一个因素中，由于背架和反射面单 元的材料不同，材料线膨胀系数不同，但二者之间所采用的刚性连接 方法，使得刚度相对较弱的铝质反射面单元的变形屈服于刚度相对较 强的钢质背架变形，从而引起反射面精度o的恶化。这一因素不但对 反射面精度o影响十分明显，可构成主要因素，必须在制造中加以控 制。
本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供 一种具有自动调节天线反射面热变形的天线装置，并且本实用新型的 反射面调整组件装置不但适用于大口径、大温差工作环境和高精度的 反射面天线的单元调整，而且还具有调整组件结构简单、重量轻、易 加工，调整方便，价格成本低廉，性能稳定可靠等特点。本实用新型的目的是这样实现的
本实用新型它包括由单自由度调整座2、调整螺杆3、单自由度
轴5、小标准件6构成的单自由度调整件1，由双自由度调整座8、 调整螺杆3、双自由度轴9、小标准件6构成的双自由度调整件7， 天线反射面单元IO，反射面背架ll;
所述的调整螺杆3通过单自由度轴5、采用小标准件6安装在单 自由度调整座2的内、外支臂间，组装成单自由度调整件l;
所述的调整螺杆3通过双自由度轴9、采用小标准件6安装在双 自由度调整座8的内、外支臂间，组装成双自由度调整件7;
将两套单自由度调整件1分别安装在反射面单元10非工作面的 两个内调整点上，使单自由度轴5的轴线与天线反射面的半径方向一 致；
将两套双自由度调整件7分别安装在反射面单元10非工作面的 两个外调整点上，使双自由度轴9的轴线与天线反射面的半径方向一 致；
采用大标准件4将安装有单自由度调整件1和双自由度调整件7 的反射面单元10通过调整螺杆3安装到天线背架11相应位置的调整 板上；
采用大标准件4分别调整单自由度调整件1的调整螺杆3的高度 及双自由度调整件7的调整螺杆3的高度，使反射面单元10位置满 足安装要求；锁紧标准件4后即形成反射面单元的温度自适应反射面 调整组件。本实用新型双自由度调整座8的内、外支臂间距尺寸a为调整螺 杆3的配合孔长度尺寸b与反射面单元10和天线背架11在工作温差 下热变形量的差值AL之和，即a二b + AL,式中AL二LXAt(a, 一a 2)，其中
L为反射面单元的径向公称尺寸，单位为毫米
At为工作温差，单位为'C
c^为反射面单元的材料线膨胀系数，单位为i(rxr1
a2为背架的材料线膨胀系数，单位为10—6°C—\
本实用新型调整螺杆3至双自由度调整座8的内支臂的距离为 L，调整螺杆3至双自由度调整座8外支臂的距离为U， L/L2与反射 面单元10调整时的环境温度相关，满足下式L/L2二At2/A^，式
中
L为调整螺杆3至双自由度调整座8的内支臂的距离，单位为毫
米
L为调整螺杆3至双自由度调整座8的外支臂的距离，单位为毫
米
Ati二t—ti， At2=t2—t， t为调整时的环境温度，t^至t2为环 境温差，单位为t:。
采用大标准件4将安装有单自由度调整件1和双自由度调整件7 的反射面单元10通过调整螺杆3安装到天线背架11相应位置的调整 板上。
采用大标准件4分别调整单自由度调整件1的调整螺杆3的高度及双自由度调整件7的调整螺杆3的高度，使反射面单元10位置满
足安装要求；锁紧标准件4后即形成反射面单元的具有自动调节天线 反射面热变形的天线装置。
本实用新型单自由度调整座2、由双自由度调整座8均采用铝或 不锈钢制造，调整螺杆3、单自由度轴5、双自由度轴9、均采用不 锈钢制造，小标准件6、大标准件4均采用市售不锈钢1Crl8Ni9Ti 标准件制造。
本实用新型与背景技术相比具有如下优点
1. 本实用新型克服了大型天线反射面单元用传统调整连接组件 刚性连接方法的不足，采用了具有自动调节天线反射面热变形的天线 装置连接结构形式，反射面单元依靠刚性安装在背架调整板上的靠近 天线反射面中心一侧的单自由度调整件1和远离天线反射面中心一 侧的双自由度调整件7的联合作用，既能可靠准确地固定、调整在背 架设计位置，又能在环境温度变化时，利用双自由度调整件7在半径 方向位移自由度很好地消除背架和反射面单元之间由于钢、铝不同材 料线膨胀系数而在半径方向引起的变形差值，利用单各调整件在圆周 方向的转动自由度较好地协调背架和反射面单元之间由于钢、铝不同 材料线膨胀系数而在圆周方向引起的变形差值，从而保证反射面整体 表面精度o的恶化程度大大减小，对于大口径、大温差工作环境和高 精度的反射面天线的作用尤为显著。
2. 本实用新型是以解除外调整点在天线反射面半径方向的位移 约束，解除内、外调整点在天线反射面圆周方向的转动约束，来实现不同材质的反射面和背架之间的热变形自行适应，每个调整件仅包括 调整座、调整螺杆和轴三个结构零件。具有结构简单、重量轻、易加 工，调整方便等特点，特别是性能稳定可靠、价格成本低廉，也是本 发明的显著优点。
图1是本发明最佳实施例的安装结构示意图。
图1-1是本实用新型单自由度调整件l、双自由度调整件7的安 装示意图。
图1-2是本实用新型图1-1中II的单自由度调整件1的放大结构 示意图。
图i-3是实用新型明图i-i中ni的双自由度调整件7的放大结构 示意图。
图2是本实用新型单、双自由度调整件1、 7的装配关系结构示 意图。
图2-1是本实用新型单自由度调整件1的装配关系结构示意图。 图2-2是本实用新型双自由度调整件7的装配关系结构示意图。 图3是本实用新型单、双自由度调整件l、 7在反射面单元10上
的安装位置示意图。
图l、图2、图3中1为单自由度调整件、2为单自由度调整座、
3为调整螺杆、4为大标准件、5为单自由度轴、6为小标准件、7为
双自由度调整件、8为双自由度调整座、9为双自由度轴、IO为反射
面单元、11为天线背架。
具体实施方式
参照图1、图2、图3，实用新型采用单自由度调整件1和双自 由度调整件7相结合进行热变形自动调节的原理，单自由度调整件1 确定了反射面单元IO与背架11之间结构的相对位置，双自由度调整 件7解除外调整点在天线反射面半径方向的位移约束，使反射面单元 IO在半径方向位移适应温差变形，单、双自由度调整件l、 7组合解 除内、外调整点在天线反射面圆周方向的转动约束，使反射面单元 10在圆周方向转动适应温差变形，实现了不同材质的反射面和背架 之间的热变形自行适应。
本实用新型由单自由度调整座2、调整螺杆3、单自由度轴5、 小标准件6构成的单自由度调整件1，由双自由度调整座8、调整螺 杆3、双自由度轴9、小标准件6构成的双自由度调整件7，天线反 射面单元IO,反射面背架ll组成，如图1所示，图l是本发明最佳 实施例的安装结构示意图。图1-1是本实用新型单自由度调整件1、 双自由度调整件7的安装示意图。图1-2是本实用新型图1-1中II的 单自由度调整件l的放大结构示意图。图1-3是实用新型明图1-1中 III的双自由度调整件7的放大结构示意图。
所述的调整螺杆3通过单自由度轴5、采用小标准件6安装在单 自由度调整座2的内、外支臂间，组装成单自由度调整件l，如图2-l 所示。单自由度调整件1作用是确定了反射面与背架之间结构的相对 位置，同时解除内、外调整点在天线反射面圆周方向的转动约束，使 反射面在圆周方向转动适应温差变形，实现了不同材质的反射面和背架之间的热变形自行适应。实施例调整螺杆3、单自由度轴5采用不
锈钢材料机加工而成，小标准件6采用市售不锈钢标准件制造，单自 由度调整座2采用铝质材料机加工成U型结构。
所述的调整螺杆3通过双自由度轴9、采用小标准件6安装在双 自由度调整座8的内、外支臂间，组装成双自由度调整件7，如图2-2 所示。双自由度调整件7作用是解除外调整点在天线反射面半径方向 的位移约束，使反射面单元10在半径方向位移适应温差变形，同时 解除内、外调整点在天线反射面圆周方向的转动约束，使反射面在圆 周方向转动适应温差变形，实现了不同材质的反射面和背架之间的热 变形自行适应。实施例调整螺杆3、双自由度轴9采用不锈钢材料机 加工而成，小标准件6采用市售不锈钢标准件制造，双自由度调整座 8采用铝质材料机加工成U型结构。
将两套单自由度调整件1分别采用133号胶粘接安装在反射面单 元10非工作面的两个内调整点上，使单自由度轴5的轴线与天线反 射面的半径方向一致，实施例安装如图3所示。
将两套双自由度调整件7分别采用133号胶粘接安装在反射面单 元10非工作面的两个外调整点上，使双自由度轴9的轴线与天线反 射面的半径方向一致，实施例安装如图3所示。
采用大标准件4将安装有单自由度调整件1和双自由度调整件7 的反射面单元10通过调整螺杆3安装到天线背架11相应位置的调整 板上，实施例安装如图l-l所示。
采用大标准件4分别调整单自由度调整件1的调整螺杆3的高度及双自由度调整件7的调整螺杆3的高度，使反射面单元10位置满
足安装要求，实施例安装如图1-2、如图l-3所示；锁紧大标准件4 后即形成反射面单元io的温度自适应反射面调整组件。实施例反射 面单元10采用铝合金材料制造，多块反射面单元10拼装成天线反射 面。天线背架11采用钢管制造成网格型背架结构。大标准件4采用 市售不锈钢标准件制造。
本实用新型双自由度调整座8的内、外支臂间距尺寸a为调整螺 杆3的配合孔长度尺寸b与反射面单元10和天线背架11在工作温差 下热变形量的差值AL之和，即<formula>formula see original document page 12</formula>式中<formula>formula see original document page 12</formula>其中
L为反射面单元的径向公称尺寸，单位为毫米
At为工作温差，单位为'C
^为反射面单元的材料线膨胀系数，单位为10—6°C—1 a2为背架的材料线膨胀系数，单位为10—6°C—'。 实施例L取2300毫米，At取6CTC，铝质反射面的a i取23. 0 XICT6"-1,钢质背架的ct2取11.0X10—"C—1 所以 <formula>formula see original document page 12</formula>就是说，在6(TC的温差范围内，长度为2300毫米反射面在天线 反射面半径方向热变形与背架的热变形差值为1. 656毫米，在制造双 自由度调整座8的内、外支臂间距尺寸a时，要留出1.656毫米的间隙。
调整螺杆3的配合孔长度b取10毫米，双自由度调整座8的支 臂间距a二b+AL 所以 a=b+AL
=10+1. 656 =11.656毫米。
双自由度调整座8的支臂间距a的尺寸，要满足调整螺杆3的配 合孔长度10毫米与在6(TC的温差范围内、长度为2300毫米反射面 在天线反射面半径方向热变形与背架的热变形差值1. 656毫米之和。
本实用新型调整螺杆3至双自由度调整座8的内支臂的距离为 L，调整螺杆3至双自由度调整座8外支臂的距离为L2， LVL2与反射 面单元10调整时的环境温度相关，满足下式LVL2 二At2/Atu式
中
L为调整螺杆3至双自由度调整座8的内支臂的距离，单位为毫
米
U为调整螺杆3至双自由度调整座8的外支臂的距离，单位为毫
米
At,二t —t， At2=t2—t， t为调整时的环境温度，L至t2为环 境温差，单位为'C。实施例
设 t!=-l(TC, t2=50°C， t = 20°C 贝U A^二t — t!二20+10二30。C △t2=t2—t = 50—20 = 30°C因为 AL = a—b = L, + L2=1.656
所以 L,二1.656—L2，代入式 Li/L2 二At2/At！
得 L二L2二0. 828毫米。
L,二O. 828毫米是为了适应环境温度从2(TC至5(rC的变化而为反 射面留出的热变形位移，L2=0. 828毫米是为了适应环境温度从20°C 至-10'C的变化而为反射面留出的热变形位移。
因此，双自由度调整件7分别安装在反射面单元10非工作面的 两个外调整点上时，要满足L二L2二0. 828毫米的要求。
权利要求1.一种具有自动调节天线反射面热变形的天线装置，它包括天线反射面单元(10)、反射面背架(11)，其特征在于还包括由单自由度调整座(2)、调整螺杆(3)、单自由度轴(5)、小标准件(6)构成的单自由度调整件(1)，由双自由度调整座(8)、调整螺杆(3)、双自由度轴(9)、小标准件(6)构成的双自由度调整件(7)；所述的调整螺杆(3)通过单自由度轴(5)、采用小标准件(6)安装在单自由度调整座(2)的内、外支臂间，组装成单自由度调整件(1)；所述的调整螺杆(3)通过双自由度轴(9)、采用小标准件(6)安装在双自由度调整座(8)的内、外支臂间，组装成双自由度调整件(7)；将两套单自由度调整件(1)分别安装在反射面单元(10)非工作面的两个内调整点上，使单自由度轴(5)的轴线与天线反射面的半径方向一致；将两套双自由度调整件(7)分别安装在反射面单元(10)非工作面的两个外调整点上，使双自由度轴(9)的轴线与天线反射面的半径方向一致；采用大标准件(4)将安装有单自由度调整件(1)和双自由度调整件(7)的反射面单元(10)通过调整螺杆(3)安装到天线背架(11)相应位置的调整板上；采用大标准件(4)分别调整单自由度调整件(1)的调整螺杆(3)的高度及双自由度调整件(7)的调整螺杆(3)的高度，使反射面单元(10)位置满足安装要求；锁紧大标准件(4)后即形成反射面单元的温度自适应反射面调整组件。
2. 根据权利要求1所述的具有自动调节反射面温差变形的天线 装置，其特征在于双自由度调整座(8)的内、外支臂间距尺寸a为调整螺杆(3)的配合孔长度尺寸b与反射面单元(10)和天线背 架(11)在工作温差下热变形量的差值AL之和，即a二b + AL，式 中AL = LXAt(a i—a2)，其中L为反射面单元的径向公称尺寸，单位为毫米At为工作温差，单位为'Ch为反射面单元的材料线膨胀系数，单位为10—1 a2为背架的材料线膨胀系数，单位为1(T。C—、
3. 根据权利要求1所述的具有自动调节反射面温差变形的天线装 置，其特征在于调整螺杆(3)至双自由度调整座(8)的内支臂的距离 为L，调整螺杆(3)至双自由度调整座(8)外支臂的距离为L2， Lt/L2 与反射面单元(10)调整时的环境温度相关，满足下式1VL2 =At2/A乜，式中L为调整螺杆(3)至双自由度调整座(8)的内支臂的距离，单位为毫米L2为调整螺杆(3)至双自由度调整座(8)的外支臂的距离，单位为毫米△ ^ = 1 —tt， At2二"一t， t为调整时的环境温度，L至h为环 境温差，单位为"C。
专利摘要本实用新型公开了一种具有自动调节天线反射面热变形的天线装置。它涉及反射面天线领域中的一种具有自动调节天线反射面热变形的天线部件的制造。它由单自由度调整件、双自由度调整件、天线反射面单元、反射面背架等部件组成。采用单自由度调整件和双自由度调整件相结合进行热变形自动调节的原理，实现了不同材质的反射面和背架之间的热变形自行适应。本实用新型具有结构简单、重量轻、易加工，调整方便，性能稳定可靠、价格成本低廉等特点，特别适用于天线口径大于25米、工作环境温差在50℃以上、工作频率在Ka频段以上的各种形式的反射面天线用作高精度主、副反射面的调整组件制造。
文档编号H01Q3/00GK201345424SQ200920101509
公开日2009年11月11日 申请日期2009年2月13日 优先权日2009年2月13日
发明者冯贞国, 刘国玺, 师民祥, 杨文宁, 王大为, 郑元鹏, 郭海鹰 申请人:中国电子科技集团公司第五十四研究所