一种卫星通讯信号接收天线及其工作方法与流程

本发明属于卫星通讯领域。

背景技术：

卫星天线的作用是收集由卫星传来的微弱信号，卫星信号通过抛物面天线的反射后集中到它的焦点处从而提高信号强度；由于船舶等移动载体的方位会实时的变化，因此船舶等移动载体上需要设计一种能实时改变抛物面天线的方位和仰角的机构。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能实现任意方位和仰角调节的卫星通讯信号接收天线及其工作方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种卫星通讯信号接收天线，包括法兰盘底座，所述法兰盘底座上固定安装有竖向支撑杆，所述竖向支撑杆的上端固定安装有水平的天线支撑座，所述天线支撑座上固定安装有密闭的透波天线罩，所述透波天线罩的罩腔底部的中心部位安装有天线姿态调整机构，所述天线姿态调整机构上安装有卫星信号接收天线本体；所述天线姿态调整机构能调节所述卫星信号接收天线本体的姿态。

进一步的，所述卫星信号接收天线本体包括抛物面反射锅，所述抛物面反射锅的反射焦点处通过若干馈源支撑杆支撑设置有馈源。

进一步的，所述抛物面反射锅的下方还包括金属配重球，所述金属配重球上同轴心固定有盘体，所述盘体四周成圆周阵列固定连接有若干呈发散状分布的锅体支架杆，各所述锅体支架杆的末端均与所述抛物面反射锅的背侧轮廓边缘固定连接；所述盘体的轴心处同轴心固定连接有中心支撑杆，所述中心支撑杆的顶端与所述抛物面反射锅的锅底背侧固定支撑连接；所述天线姿态调整机构能带动所述抛物面反射锅以所述金属配重球的球心为中心旋转，从而实现调节所述抛物面反射锅的方位和仰角。

进一步的，所述抛物面反射锅的轴线延长线经过所述金属配重球的球心，所述金属配重球的重量至少是所述抛物面反射锅的三倍，且所述金属配重球为表面抛光的钢球体结构。

进一步的，还包括一侧带有缺口的配重球约束环体，所述配重球约束环体圆心角大于180°；所述金属配重球的腰部高度处被约束在所述配重球约束环体的围合范围内；所述配重球约束环体水平设置；

所述配重球约束环体的环体弧形内壁面为与金属配重球外表面的弧形曲度一致的球面；所述配重球约束环体的环体弧形内壁面与所述金属配重球的外表面滑动配合，且所述配重球约束环体的环体弧形内壁面与所述金属配重球的外表面之间的滑动摩擦系数小于0.2；所述金属配重球在配重球约束环体的环体弧形内壁面的约束下只能沿自身球心自由旋转。

进一步的，所述配重球约束环体的环体弧形内壁面的表面材质为精抛光后的氮化硅陶瓷、精抛光后的氮化硼或精抛光后的氟化石墨。

进一步的，所述配重球约束环体远离自身的缺口的一侧横向设置有前后贯通的顶杆导孔，所述顶杆导孔的轴线延伸线经过所述金属配重球的球心；所述配重球约束环体的下侧固定安装有第二直线电机座，所述第二直线电机座上固定安装有第二直线电机，所述第二直线电机位于所述配重球约束环体的环体外侧，所述第二直线电机输出端的伸缩杆为顶杆，所述顶杆同轴心伸入所述顶杆导孔中；所述顶杆的末端为橡胶制动顶头，所述橡胶制动顶头的端面为与金属配重球外表面的弧形曲度一致的球面，所述橡胶制动顶头的端面与金属配重球外表面之间的摩擦系数大于0.7，所述顶杆的顶出运动能使橡胶制动顶头紧密顶压在所述金属配重球上，使金属配重球在配重球约束环体内不能旋转；

所述配重球约束环体的顺时针端和逆时针端分别固定连接有水平且均沿前后方向延伸的左导柱和右导柱；还包括机构底座，所述机构底座上固定安装有左立柱和右立柱，所述左立柱和右立柱的顶端分别固定连接有水平筒状的左孔座和右孔座，所述左导柱和右导柱分别同轴心滑动穿过所述左孔座和右孔座上的导柱孔；所述左导柱和右导柱的末端通过水平横梁固定连接；所述机构底座上固定安装有水平的直线电机，所述直线电机的沿前后方向延伸的伸缩推杆的末端通过连接臂与所述水平横梁固定连接；所述伸缩推杆的伸长和缩回能带动所述配重球约束环体沿左导柱/右导柱的延伸方向水平位移；

所述配重球约束环体的缺口处设置有竖向的第一摩擦轮，所述第一摩擦轮上设置有一圈与金属配重球的外表面相吻合的第一橡胶摩擦面，所述第一橡胶摩擦面上还设置有用于增大摩擦力的交叉纹理；所述第一橡胶摩擦面与所述金属配重球的外表面之间的摩擦系数大于0.7；所述配重球约束环体带动金属配重球做靠近第一摩擦轮的运动能使第一橡胶摩擦面紧密顶压抱紧在所述金属配重球上，所述第一摩擦轮的旋转能通过所述第一橡胶摩擦面带动所述金属配重球旋转，且使金属配重球的旋转轴与水平面垂直；还包括固定安装在所述机构底座上的第一摩擦轮驱动舵机，所述第一摩擦轮驱动舵机通过传动轴与所述第一摩擦轮驱动连接；

所述机构底座上还安装有第二摩擦轮驱动舵机，所述第二摩擦轮驱动舵机的输出端为轴线与水平面平行的第二摩擦轮，所述第二摩擦轮位于所述金属配重球的正下方，所述第二摩擦轮上设置有一圈与金属配重球的外表面相吻合的第二橡胶摩擦面，所述第二橡胶摩擦面上还设置有用于增大摩擦力的交叉纹理；所述第二橡胶摩擦面与所述金属配重球的外表面之间的摩擦系数大于0.7；

当金属配重球的球心与第二摩擦轮的几何中心在同一根铅垂线上时，所述第二橡胶摩擦面紧密顶压抱紧在所述金属配重球下端，此时第一橡胶摩擦面与金属配重球外表面之间相互分离，并形成分离间距，此时第二摩擦轮的旋转能通过所述第二橡胶摩擦面带动所述金属配重球旋转，且使此时的金属配重球的旋转轴与水平面平行；

当第一橡胶摩擦面紧密顶压抱紧在金属配重球上时，金属配重球的球心与第二摩擦轮的几何中心不在同一根铅垂线上，此时第二橡胶摩擦面与金属配重球的下端球面相互分离。

进一步的，一种卫星通讯信号接收天线的姿态调节方法：

步骤一，设备静态状态：控制第二直线电机，使顶杆处于顶出状态，此时顶杆的顶出状态使橡胶制动顶头紧密顶压在金属配重球的外表面上，其橡胶制动顶头产生的静摩擦力使金属配重球在配重球约束环体内不能旋转，此时金属配重球处于稳定的静止状态，此时抛物面反射锅处于被稳定固定的状态；

步骤二，仰角调节，设备初始状态下抛物面反射锅是竖向朝上的，此时在维持顶杆处于顶出状态的基础上，控制直线电机使伸缩推杆逐渐伸出或缩回，从而带动配重球约束环体沿左导柱/右导柱的延伸方向来回微调位置，此时金属配重球会跟着配重球约束环体同步沿左导柱/右导柱的延伸方向来回微调位置，直至金属配重球的球心与第二摩擦轮的几何中心在同一根铅垂线上时，此时第二橡胶摩擦面紧密顶压抱紧在金属配重球下端，与此同时第一橡胶摩擦面与金属配重球外表面之间相互分离，并形成分离间距，此时控制第二直线电机，使顶杆缩回，进而使橡胶制动顶头释放金属配重球，然后控制第二摩擦轮驱动舵机，使第二摩擦轮旋转，此时第二摩擦轮的旋转通过第二橡胶摩擦面带动金属配重球旋转，且此时的金属配重球的旋转轴与水平面平行；此时抛物面反射锅的仰角会跟随金属配重球的旋转而旋转，从而实现了调节抛物面反射锅的仰角；当抛物面反射锅的仰角完全调节好之后暂停第二摩擦轮的旋转；此时重新运行步骤，使抛物面反射锅处于被稳定固定的状态；

步骤三，方位调节：在维持顶杆处于顶出状态的基础上，控制直线电机使伸缩推杆逐渐伸出，从而带动配重球约束环体沿水平方向做逐渐靠近第一摩擦轮的运动，此时金属配重球会跟着配重球约束环体同步做逐渐靠近第一摩擦轮的运动，直至第一橡胶摩擦面紧密顶压抱紧在所述金属配重球上，此时金属配重球的球心与第二摩擦轮的几何中心不在同一根铅垂线上，此时第二橡胶摩擦面与金属配重球的下端球面相互分离；

此时控制第二直线电机，使顶杆缩回，进而使橡胶制动顶头释放金属配重球，虽然此时橡胶制动顶头释放了金属配重球，但是由于此时第一橡胶摩擦面已经紧密顶压抱紧在所述金属配重球上，而且由于金属配重球的重量至少是抛物面反射锅的三倍，无论抛物面反射锅的仰角是什么状态，其金属配重球与抛物面反射锅所构成的组合结构的重心始终是靠近金属配重球球心的，因此金属配重球受抛物面反射锅重力影响而自转的趋势不能克服第一橡胶摩擦面对金属配重球的“经线”方向的摩擦力约束，因此金属配重球仍然会保持静止状态；

紧接着，控制第一摩擦轮驱动舵机通过传动轴带动第一摩擦轮，从而第一摩擦轮的旋转通过第一橡胶摩擦面带动金属配重球旋转，且此时金属配重球的旋转轴与水平面垂直，此时抛物面反射锅的方位会跟随金属配重球的旋转而旋转，从而实现了调节抛物面反射锅的方位；当抛物面反射锅的方位完全调节好之后暂停第一摩擦轮的旋转；此时重新运行步骤，使抛物面反射锅处于被稳定固定的状态。

步骤四，步骤二与步骤三的协同配合理论上可以使抛物面反射锅朝任意方位。

有益效果：本发明的结构简单，通过增加金属配重球结构，保证天线在任意仰角情况下的重心都是靠近中心的，提高了设备的稳定性，而且第一摩擦轮和第二摩擦轮的配合下理论上可以使抛物面反射锅朝任意方位和仰角。

附图说明

附图1为该设备整体结构示意图；

附图2为该设备剖开结构示意图；

附图3为该设备上部分结构示意图；

附图4为卫星信号接收天线本体与天线姿态调整机构的组合结构的正视图；

附图5为附图4的立体示意图；

附图6为天线姿态调整机构结构示意图；

附图7为配重球约束环体结构示意图；

附图8为附图7的剖开结构示意图；

附图9为第一摩擦轮和第二摩擦轮与金属配重球的立体配合示意图；

附图10为附图9的第一视角图；

附图11为附图9的第二视角图；

附图12为第一橡胶摩擦面紧密顶压抱紧在金属配重球外表面示意图；

附图13为第一橡胶摩擦面与金属配重球外表面分离示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1至13所示的一种卫星通讯信号接收天线，包括法兰盘底座30，法兰盘底座30上固定安装有竖向支撑杆33，竖向支撑杆33的上端固定安装有水平的天线支撑座32，天线支撑座32上固定安装有密闭的透波天线罩31，透波天线罩31的罩腔34底部的中心部位安装有天线姿态调整机构36，天线姿态调整机构36上安装有卫星信号接收天线本体35；天线姿态调整机构36能调节卫星信号接收天线本体35的姿态；具体的天线姿态调整机构36在后文中有详细介绍：

本实施例的卫星信号接收天线本体35包括抛物面反射锅23，抛物面反射锅23的反射焦点处通过若干馈源支撑杆24支撑设置有馈源1；馈源是天线的心脏，它用作高增益聚焦天线的初级辐射器，为抛物面天线提供有效的照射,对经反射面反射而来的电磁波进行整理,使其极化方向一致,并进行阻抗变换,使馈源中由圆波导传播的电磁波能够变换成调频头中由矩形波导传播的电磁波,从而提高天线效率。

抛物面反射锅23的下方还包括金属配重球19，金属配重球19上同轴心固定有盘体29，盘体29四周成圆周阵列固定连接有若干呈发散状分布的锅体支架杆22，各锅体支架杆22的末端均与抛物面反射锅23的背侧轮廓边缘固定连接；盘体29的轴心处同轴心固定连接有中心支撑杆63，中心支撑杆63的顶端与抛物面反射锅23的锅底背侧固定支撑连接；天线姿态调整机构36能带动抛物面反射锅23以金属配重球19的球心为中心旋转，从而实现调节抛物面反射锅23的方位和仰角。

为了增加该天线的稳定性，本实施例的抛物面反射锅23的轴线延长线经过金属配重球19的球心，金属配重球19的重量至少是抛物面反射锅23的三倍，且金属配重球19为表面抛光的钢球体结构，这样保证天线在任意仰角情况下的重心都是靠近中心的，提高了设备的稳定性。

还包括一侧带有缺口60的配重球约束环体18，配重球约束环体18圆心角大于180°；金属配重球19的腰部高度处被约束在配重球约束环体18的围合范围内；配重球约束环体18水平设置；

本实施例的配重球约束环体18的环体弧形内壁面25为与金属配重球19外表面的弧形曲度一致的球面；配重球约束环体18的环体弧形内壁面25与金属配重球19的外表面滑动配合，且配重球约束环体18的环体弧形内壁面25与金属配重球19的外表面之间的滑动摩擦系数小于0.2；金属配重球19在配重球约束环体18的环体弧形内壁面25的约束下只能沿自身球心自由旋转。

为了增加环体弧形内壁面25的耐磨性，而且为了进一步的降低环体弧形内壁面25的摩擦系数，本实施例的配重球约束环体18的环体弧形内壁面25的表面材质为精抛光后的氮化硅陶瓷、精抛光后的氮化硼或精抛光后的氟化石墨；表面精抛光后的陶瓷材质由于与其接触的微凸体点数减少可呈现出低摩擦系数，在干摩擦条件下耐磨性良好。

配重球约束环体18远离自身的缺口60的一侧横向设置有前后贯通的顶杆导孔26，顶杆导孔26的轴线延伸线经过金属配重球19的球心；配重球约束环体18的下侧固定安装有第二直线电机座20，第二直线电机座20上固定安装有第二直线电机21，第二直线电机21位于配重球约束环体18的环体外侧，第二直线电机21输出端的伸缩杆为顶杆27，顶杆27同轴心伸入顶杆导孔26中；顶杆27的末端为橡胶制动顶头28，橡胶制动顶头28的端面为与金属配重球19外表面的弧形曲度一致的球面，橡胶制动顶头28的端面与金属配重球19外表面之间的摩擦系数大于0.7，顶杆27的顶出运动能使橡胶制动顶头28紧密顶压在金属配重球19上，使金属配重球19在配重球约束环体18内不能旋转；

配重球约束环体18的顺时针端和逆时针端分别固定连接有水平且均沿前后方向延伸的左导柱4和右导柱13；还包括机构底座14，机构底座14上固定安装有左立柱5和右立柱12，左立柱5和右立柱12的顶端分别固定连接有水平筒状的左孔座3和右孔座17，左导柱4和右导柱13分别同轴心滑动穿过左孔座3和右孔座17上的导柱孔；左导柱4和右导柱13的末端通过水平横梁6固定连接；机构底座14上固定安装有水平的直线电机10，直线电机10的沿前后方向延伸的伸缩推杆9的末端通过连接臂7与水平横梁6固定连接；伸缩推杆9的伸长和缩回能带动配重球约束环体18沿左导柱4/右导柱13的延伸方向水平位移；

配重球约束环体18的缺口60处设置有竖向的第一摩擦轮2，第一摩擦轮2上设置有一圈与金属配重球19的外表面相吻合的第一橡胶摩擦面37，第一橡胶摩擦面37上还设置有用于增大摩擦力的交叉纹理；第一橡胶摩擦面37与金属配重球19的外表面之间的摩擦系数大于0.7；配重球约束环体18带动金属配重球19做靠近第一摩擦轮2的运动能使第一橡胶摩擦面37紧密顶压抱紧在金属配重球19上，第一摩擦轮2的旋转能通过第一橡胶摩擦面37带动金属配重球19旋转，且使金属配重球19的旋转轴与水平面垂直；还包括固定安装在机构底座14上的第一摩擦轮驱动舵机8，第一摩擦轮驱动舵机8通过传动轴11与第一摩擦轮2驱动连接；

机构底座14上还安装有第二摩擦轮驱动舵机16，第二摩擦轮驱动舵机16的输出端为轴线与水平面平行的第二摩擦轮15，第二摩擦轮15位于金属配重球19的正下方，第二摩擦轮15上设置有一圈与金属配重球19的外表面相吻合的第二橡胶摩擦面15.1，第二橡胶摩擦面15.1上还设置有用于增大摩擦力的交叉纹理；第二橡胶摩擦面15.1与金属配重球19的外表面之间的摩擦系数大于0.7；

如图13所示，当金属配重球19的球心39与第二摩擦轮15的几何中心40在同一根铅垂线100上时，第二橡胶摩擦面15.1紧密顶压抱紧在金属配重球19下端，此时第一橡胶摩擦面37与金属配重球19外表面之间相互分离，并形成分离间距41，此时第二摩擦轮15的旋转能通过第二橡胶摩擦面15.1带动金属配重球19旋转，且使此时的金属配重球19的旋转轴与水平面平行；

如图12所示，当第一橡胶摩擦面37紧密顶压抱紧在金属配重球19上时，金属配重球19的球心39与第二摩擦轮15的几何中心40不在同一根铅垂线100上，此时第二橡胶摩擦面15.1与金属配重球19的下端球面相互分离。

本实施例的通讯信号接收天线的姿态调节方法和工作原理如下：

步骤一，设备静态状态：控制第二直线电机21，使顶杆27处于顶出状态，此时顶杆27的顶出状态使橡胶制动顶头28紧密顶压在金属配重球19的外表面上，其橡胶制动顶头28产生的静摩擦力使金属配重球19在配重球约束环体18内不能旋转，此时金属配重球19处于稳定的静止状态，此时抛物面反射锅23处于被稳定固定的状态；

步骤二，仰角调节，设备初始状态下抛物面反射锅23是竖向朝上的，此时在维持顶杆27处于顶出状态的基础上，控制直线电机10使伸缩推杆9逐渐伸出或缩回，从而带动配重球约束环体18沿左导柱4/右导柱13的延伸方向来回微调位置，此时金属配重球19会跟着配重球约束环体18同步沿左导柱4/右导柱13的延伸方向来回微调位置，直至金属配重球19的球心39与第二摩擦轮15的几何中心40在同一根铅垂线100上时，此时第二橡胶摩擦面15.1紧密顶压抱紧在金属配重球19下端，与此同时第一橡胶摩擦面37与金属配重球19外表面之间相互分离，并形成分离间距41，此时控制第二直线电机21，使顶杆27缩回，进而使橡胶制动顶头28释放金属配重球19，然后控制第二摩擦轮驱动舵机16，使第二摩擦轮15旋转，此时第二摩擦轮15的旋转通过第二橡胶摩擦面15.1带动金属配重球19旋转，且此时的金属配重球19的旋转轴与水平面平行；此时抛物面反射锅23的仰角会跟随金属配重球19的旋转而旋转，从而实现了调节抛物面反射锅23的仰角；当抛物面反射锅23的仰角完全调节好之后暂停第二摩擦轮15的旋转；此时重新运行步骤1，使抛物面反射锅23处于被稳定固定的状态；

步骤三，方位调节：在维持顶杆27处于顶出状态的基础上，控制直线电机10使伸缩推杆9逐渐伸出，从而带动配重球约束环体18沿水平方向做逐渐靠近第一摩擦轮2的运动，此时金属配重球19会跟着配重球约束环体18同步做逐渐靠近第一摩擦轮2的运动，直至第一橡胶摩擦面37紧密顶压抱紧在金属配重球19上，此时金属配重球19的球心39与第二摩擦轮15的几何中心40不在同一根铅垂线100上，此时第二橡胶摩擦面15.1与金属配重球19的下端球面相互分离；

此时控制第二直线电机21，使顶杆27缩回，进而使橡胶制动顶头28释放金属配重球19，虽然此时橡胶制动顶头28释放了金属配重球19，但是由于此时第一橡胶摩擦面37已经紧密顶压抱紧在金属配重球19上，而且由于金属配重球19的重量至少是抛物面反射锅23的三倍，无论抛物面反射锅23的仰角是什么状态，其金属配重球19与抛物面反射锅23所构成的组合结构的重心始终是靠近金属配重球19球心的，因此金属配重球19受抛物面反射锅23重力影响而自转的趋势不能克服第一橡胶摩擦面37对金属配重球19的“经线”方向的摩擦力约束，因此金属配重球19仍然会保持静止状态；

紧接着，控制第一摩擦轮驱动舵机8通过传动轴11带动第一摩擦轮2，从而第一摩擦轮2的旋转通过第一橡胶摩擦面37带动金属配重球19旋转，且此时金属配重球19的旋转轴与水平面垂直，此时抛物面反射锅23的方位会跟随金属配重球19的旋转而旋转，从而实现了调节抛物面反射锅23的方位；当抛物面反射锅23的方位完全调节好之后暂停第一摩擦轮2的旋转；此时重新运行步骤1，使抛物面反射锅23处于被稳定固定的状态。

步骤四，步骤二与步骤三的协同配合理论上可以使抛物面反射锅23朝任意方位。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。