具有两级位姿调整功能的均匀分块高精度副反射面装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种具有两级位姿调整功能的均匀分块高精度副反射面装置，它涉及通信、测控以及射电天文等领域。本实用新型专利技术副反射面装置包括调整装置、副反射面、单层空间背架和面板精调装置。调整装置采用动、定平台为平面桁架的多杆六自由度副面调整机构，实现对副反射面的初级位姿调整；副反射面由均匀分块的一个多边形面板和若干个扇形面板组成；单层空间背架的内外边数为1比2形式，为副反射面提供结构支撑；面板精调装置实现对副反射面的次级位姿调整。这种装置不仅能够实现副反射面的两级位姿调整，而且能够提高副反射面的整体刚度，减小整体重量，同时能够提升安装调整效率和提高调整精度。

High precision sub reflector device with two-stage pose adjustment function

【技术实现步骤摘要】
具有两级位姿调整功能的均匀分块高精度副反射面装置
本技术涉及通信、测控以及射电天文等
，特别是指一种具有两级位姿调整功能的均匀分块高精度副反射面装置。
技术介绍
双偏置天线是指主面对副面偏置、副面对馈源偏置。双偏置天线既克服了副面对主面的遮挡，又克服了馈源及支臂对副面的遮挡，从而改善了天线方向图的近轴旁瓣特性和馈源的输入电压驻波比特性，而且具有较高的天线效率。格里高利形式的双偏置天线容易实现紧凑的结构而且初级馈源和副面之间有较大间隔，可减小近场效应而易于实现远场条件，因此应用范围更为广泛。下偏置天线由于重心位置低，且有利于接收系统的安装和维护，为大量工程所采用。正是因为双偏置天线具有以上优点，国际大科学工程——平方公里阵SKA（SquareKilometreArray）射电望远镜项目，采用了下偏置格里高利双反射面天线形式。对于双偏置天线而言，副反射面的几何尺寸、与主面的相对位置关系均与圆对称反射面天线有着很大的差异，如何将副反射面精确地调整到理论位置上去，是设计中的关键问题，否则，将导致主、副反射面位置关系不匹配，引起天线效率的急剧下降。SKA项目由总计2500面15米口径的双偏置反射面天线组成，接收来自遥远宇宙的微弱射电信号，因此需要天线具有高效率、低噪声性能，以及低成本和快速安装的特点，其中，天线效率要求在15GHz时，应优于88%。目前，SKA工程已完成了三个先导单元天线，文献《DVA-C：AChinesedishprototypefortheSquareKilometreArray》（2015InternationalSymposiumonAntennasandPropagation）中介绍了中国SKA样机的研制；文献《ThedesignoftheMeerKATdishoptics》（ElectromagneticsinAdvancedApplications，2012InternationalConference）中介绍了南非SKA样机的研制；文献《UpdateontheSKAoffsetopticsdesignfortheU.S.TechnologyDevelopmentProject》（Aerospace,IEEEConference，March2011）中介绍了加拿大SKA样机的研制。上述的三个原理样机，均采用复合材料整体式副反射面，这种成型方式虽然能够简化加工制造过程，但对于SKA项目来说，存在以下不足：（1）整体式副反射面所需要的模具也为整体式结构，几何尺寸大，导致加工精度低；大尺寸的复合材料在成型过程中，易产生内应力和收缩不均匀的缺陷，导致成型后的副反射面整体精度下降。（2）上述的三种整体式副反射面，没有设置精度调整点，成型后的副反射面精度不能控制，使得成品率降低。（3）以上三种副反射面形式，结构支撑点少，当天线在做俯仰运动时，易产生变形，影响天线效率。随着计算能力的提高，并联机构已应用到多个反射面天线的副面调整中去。中国专利公开号CN202712431U，名称为《一种含有固定调整机构的天线副反射面系统》的专利中公开了一种采用经典的Stewart并联机构调整副反射面的装置；中国专利公开号CN105226370A，名称为《6/6-UPU型并联机构天线结构系统》的专利中公开了一种采用六杆并联机构作为天线座架，实现了过顶跟踪功能的装置；中国专利公开号CN106450653A，名称为《一种并联式六自由度冗余驱动天线结构系统》的专利中公开了一种通过六杆并联机构和圆锥体相组合，实现了天线负角度仰角的机构；文献《Orientationofradio-telescopesecondarymirrorviaparallelplatform》（ElectricalEngineering,ComputingScienceandAutomaticControl，201512thInternationalConference）中介绍了一种用于副反射面六自由度调整的并联机构；文献《StiffnessStudyofaHexapodTelescopePlatform》（AntennasandPropagation，IEEETransactions，2011）中介绍了一种采用六杆机构作为平面天线阵座架的装置。上述的几种并联机构能够实现了对天线或副面的六自由度调整，但对于如双偏置反射面天线的副面调整的应用，存在以下不足：（1）局部刚度低。传统并联机构一般由六个驱动杆、动平台和定平台组成，动平台通过三个支撑点与驱动杆相连接。当副反射面口径较大时，做为副反射面安装基础的动平台，可能会因为支撑点过少引起连接位置刚度低，从而降低副反射面的表面精度。（2）可设计性差。传统并联机构为了满足求解空间的需求，不能任意配置各杆件的位置分布，特别地，对于双偏置天线，当需要定平台位于副反射面口径外部时，会给结构设计带来很大困难。（3）没有冗余设计。六杆并联机构采用六套驱动系统，当其中有一个驱动或杆件产生故障时，会导致系统无法正常工作，甚至会对设备安全产生影响。对于分块式天线反射面，在每块面板背面均要设置调整点。传统的天线面板调整方法是采用若干个螺柱布置在面板背部，螺柱再与天线背架相连接，在调整时，通过调整螺柱的旋合长度来实现天线面板的移动。中国专利公开号CN202004142U，名称为《一种组合式天线面板定位连接装置》的专利中公开了一种运用锥销和螺母组合方式的天线面板连接装置；中国专利公开号CN108172970A，名称为《一种天线面板装配结构》的专利中公开了一种带有球铰的天线面板调整结构；中国专利公开号CN108155482A，名称为《一种高精度反射面天线组合面板的结构及其调整方法》的专利中公开了一种具有法向调整功能的组合面板调整方法；文献《Design,construction,andperformanceoftheLeighton10.4-m-diameterradiotelescopes》（ProceedingsoftheIEEE，May1994）中介绍了一种铝蜂窝三明治结构的面板调整装置；文献《SurfaceadjustmentoftheIRAM30mradiotelescope》（Microwaves,Antennas&Propagation,IET，2009）中介绍了一种带有桁架结构面板的调整装置。上述的几种分块式面板调整结构形式，虽然能够满足一定精度的反射面天线或者圆对称反射面天线的需求，但对于要求高位置精度和高表面精度的双偏置反射面天线的副反射面来说，存在以下不足：（1）没有提及面板平面移动的调整方法。上述的几种调整装置可以通过螺纹方式实现面板的轴向连续调整，但对于面板水平面内的移动调整，则没有给出相应的连续调整方式。（2）天线面板在不同姿态时需克服重力调整，操作困难。众所周知，反射面天线为抛物面形式，单块面板在反射面不同位置时，其姿态是不同的，如靠近反射面中心位置时，面板斜度较小，而处于反射面边缘时，面板斜度会很大，当对斜度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有两级位姿调整功能的均匀分块高精度副反射面装置，其特征在于：包括调整装置(1)、副反射面(2)、单层空间背架(3)和面板精调装置(4)，所述的调整装置(1)位于副反射面(2)口径方向，包括动平台(1-1)、定平台(1-2)、主调整杆(1-3)、辅助调整杆(1-4)、动平台球节点(1-5)和定平台球节点(1-6)，所述的动平台(1-1)与单层空间背架(3)相连接，定平台(1-2)位于副反射面(2)口径外部，所述的动平台(1-1)所在平面与定平台(1-2)所在平面之间的夹角为0°～30°，所述的定平台(1-2)为平面桁架结构，外形呈N边形，其中，N为自然数，且N≥4，定平台(1-2)由N个定平台杆(1-2-1～1-2-N)组成，且定平台杆两两之间通过定平台球节点(1-6)相连接，所述的动平台(1-1)为平面桁架结构，外形呈2N边形，动平台由2N个动平台杆(1-1-1～1-1-2N)组成，且动平台杆两两之间通过动平台球节点(1-5)相连接，所述的N个定平台球节点(1-6)中至少有一个节点与动平台球节点(1-5)相对应，所述的主调整杆(1-3)由N个杆件组成，两端分别与动平台球节点(1-5)和定平台球节点(1-6)相连接，数量为N个，所述的辅助调整杆(1-4)两端分别与动平台球节点(1-5)和定平台球节点(1-6)相连接，数量为2N个，所述的主调整杆(1-3)和辅助调整杆(1-4)两端均包含球铰链，中间为可调整长度的螺纹结构，所述的动平台杆(1-1-1～1-1-2N)定平台杆(1-2-1～1-2-N)主调整杆(1-3)和辅助调整杆(1-4)组成多个三角形空区的网面结构；/n所述的副反射面(2)由一个N边形面板(2-1)和N个扇形面板(2-2)组成，所述的N个扇形面板(2-2)呈辐射状分布于N边形面板(2-1)的外围，且每块扇形面板(2-2)的面积与N边形面板(2-1)的面积相当，副反射面(2)通过面板精调装置(4)与单层空间背架(3)相连接；/n所述的单层空间背架(3)由内环支撑(3-1)、主杆(3-2)、斜杆(3-3)和内环球节点(3-4)组成，所述的内环支撑(3-1)和动平台(1-1)分别位于两个平面内，两个平面之间的距离为500～3000mm，所述的内环支撑(3-1)外形为N边形，内环支撑(3-1)由N个内环杆(3-1-1～3-1-N)组成，内环杆(3-1-1～3-1-N)两两之间通过内环球节点(3-4)相连接，所述的N个内环球节点(3-4)中至少有一个节点与动平台球节点(1-5)相对应，所述的主杆(3-2)两端分别与内环球节点(3-4)和动平台球节点(1-5)相连接，数量为N个，所述的斜杆(3-3)两端分别与内环球节点(3-4)和动平台球节点(1-5)相连接，数量为2N个，所述的内环杆(3-1-1)、动平台杆(1-1-1～1-1-2N)、主杆(3-2)和斜杆(3-3)组成多个三角形空区的网面结构；/n所述的面板精调装置(4)包括定位机构(4-1)和调整机构(4-2)，定位机构(4-1)位于N边形面板(2-1)和N个扇形面板(2-2)与单层空间背架(3)的内环球节点(3-4)连接点位置，由主支撑杆(4-1-1)独立支撑杆(4-1-2)第一方向连接板(4-1-3)第二方向连接板(4-1-4)螺母(4-1-5)球面垫圈(4-1-6)和锥面垫圈(4-1-7)组成，主支撑杆(4-1-1)轴向方向与该处面板的法向方向相同，第一方向连接板(4-1-3)通过主支撑杆(4-1-1)与单层空间背架(3)相连接，第二方向连接板(4-1-4)通过紧固件或胶粘方式与面板相连接，在第一方向连接板(4-1-3)和第二方向连接板(4-1-4)上均设有长圆孔，且两处长圆孔方向相互正交，独立支撑杆(4-1-2)位于第一方向连接板(4-1-3)和第二方向连接板(4-1-4)之间，独立支撑杆(4-1-2)上端位于第二方向连接板(4-1-4)长圆孔内，通过螺母固定位置，独立支撑杆(4-1-2)下端位于第一方向连接板(4-1-3)长圆孔内，通过螺母(4-1-5)球面垫圈(4-1-6)和锥面垫圈(4-1-7)固定位置，调整机构(4-2)位于天线面板非工作面一侧，由V型杆(4-2-1)单向杆(4-2-2)双节点支座(4-2-3)和单节点支座(4-2-4)组成，V型杆(4-2-1)包括两根可调整长度且两端是球铰链的A连杆(4-2-1-1)和B连杆(4-2-1-2)，A连杆(4-2-1-1)和B连杆(4-2-1-2)一端与单层空间背架(3)相连接，另一端与双节点支座(4-2-3)相连接，单向杆(4-2-2)的两端是球铰链且可调整长度，单向杆(4-2-2)一端与单层空间背架(3)相连接，另一端与单节点支座(4-2-4)相连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有两级位姿调整功能的均匀分块高精度副反射面装置，其特征在于：包括调整装置(1)、副反射面(2)、单层空间背架(3)和面板精调装置(4)，所述的调整装置(1)位于副反射面(2)口径方向，包括动平台(1-1)、定平台(1-2)、主调整杆(1-3)、辅助调整杆(1-4)、动平台球节点(1-5)和定平台球节点(1-6)，所述的动平台(1-1)与单层空间背架(3)相连接，定平台(1-2)位于副反射面(2)口径外部，所述的动平台(1-1)所在平面与定平台(1-2)所在平面之间的夹角为0°～30°，所述的定平台(1-2)为平面桁架结构，外形呈N边形，其中，N为自然数，且N≥4，定平台(1-2)由N个定平台杆(1-2-1～1-2-N)组成，且定平台杆两两之间通过定平台球节点(1-6)相连接，所述的动平台(1-1)为平面桁架结构，外形呈2N边形，动平台由2N个动平台杆(1-1-1～1-1-2N)组成，且动平台杆两两之间通过动平台球节点(1-5)相连接，所述的N个定平台球节点(1-6)中至少有一个节点与动平台球节点(1-5)相对应，所述的主调整杆(1-3)由N个杆件组成，两端分别与动平台球节点(1-5)和定平台球节点(1-6)相连接，数量为N个，所述的辅助调整杆(1-4)两端分别与动平台球节点(1-5)和定平台球节点(1-6)相连接，数量为2N个，所述的主调整杆(1-3)和辅助调整杆(1-4)两端均包含球铰链，中间为可调整长度的螺纹结构，所述的动平台杆(1-1-1～1-1-2N)定平台杆(1-2-1～1-2-N)主调整杆(1-3)和辅助调整杆(1-4)组成多个三角形空区的网面结构；
所述的副反射面(2)由一个N边形面板(2-1)和N个扇形面板(2-2)组成，所述的N个扇形面板(2-2)呈辐射状分布于N边形面板(2-1)的外围，且每块扇形面板(2-2)的面积与N边形面板(2-1)的面积相当，副反射面(2)通过面板精调装置(4)与单层空间背架(3)相连接；
所述的单层空间背架(3)由内环支撑(3-1)、主杆(3-2)、斜杆(3-3)和内环球节点(3-4)组成，所述的内环支撑(3-1)和动平台(1-1)分别位于两个平面内，两个平面之间的距离为500～3000mm，所述的内环支撑(3-1)外形为N边形，内环支撑(3-1)由N个内环杆(3-1-1～3-1-N)组成，内环杆(3-1-1～3-1-N)两两之间通过内环球节点(3-4)相连接，所述的N个内环球节点(3-4)中至少有一个节点与动平台球节点(1-5)相对应，所述的主杆(3-2)两端分别与内环球节点(3-4)和动平台球节点(1-5)相连接，数量为N个，所述的斜杆(3-3)两端分别与内环球节点(3-4)和动平台球节点(1-5)相连接，数量为2N个，所述的内环杆(3-1-1)、动平台杆(1-1-1～1-1-2N)、主杆(3-2)和斜杆(3-3)组成多个三角形空区的网面结构；
所述的面板精调装置(4)包括定位机构(4-1)和调整机构(4-2)，定位机构(4-1)位于N边形面板(2-1)和N个扇形面板(2-2)与单层空间背架(3)的内环球节点(3-4)连接点位置，由主支撑杆(4-1-1)独立支撑杆(4-1-2)第一方向连接板(4-1-3)第二方向连接板(4-1-4)螺母(4-1-5)球面垫圈(4-1-6)和锥面垫圈(4-1-7)组成，主支撑杆(4-1-1)轴向方向与该处面板的法向方向相同，第一方向连接板(4-1-3)通过主支撑杆(4-1-1)与单层空间背架(3)相连接，第二方向连接板(4-1-4)通过紧固件或胶粘方式与面板相连接，在第一方向连接板(4-1-3)和第二方向连接板(4-1-4)上均设有长圆孔，且两处长圆孔方向相互正交，独立支撑杆(4-1-2)位于第一方向连接板(4-1-3)和第二方向连接板(4-1-4)之间，独立支撑杆(4-1-2)上端位于第二方向连接板(4-1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国玺，杨文宁，杜彪，郑元鹏，伍洋，宁晓磊，赵均红，杨晋蓉，陈隆，刘胜文，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：新型
国别省市：河北;13