一种大型毫米波天线反射面板及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种大型毫米波天线反射面板及其制造方法，涉及的是卫星通信、无线电测控、深空探测以及射电天文等领域中的一种高精度天线反射面单元面板和制造方法。它由蒙皮、筋梁框架、背板三部分组成，蒙皮为双曲面梯形板，筋梁框架采用“井”字型主体结构，包括主筋梁、副筋梁，主筋梁、副筋梁设计不同高度，背板为按“井”字型主体结构赋形的曲面边框。本发明专利技术首先通过结构设计、计算确定结构参数，再采用真空负压胶接工艺成型。本发明专利技术旨在提供一种大面积(S＞5

【技术实现步骤摘要】
一种大型毫米波天线反射面板及其制造方法


[0001]本专利技术涉及卫星通信、深空探测、大型射电望远镜等领域中的一种大型毫米波天线反射面板及其制造方法，特别适用于工作在Q频段以上的大面积S＞5
㎡
、高精度RMS＜70μm天线反射面板的设计和制造方法。

技术介绍

[0002]射电天文和深空探测
的发展方向是高频段、高定位精度、更远测控距离。天线系统作为地面测控中心与探测器联系的桥梁和纽带，面临的挑战主要是更高的表面精度、指向精度及灵敏度。对大口径、高频段的天线而言，为满足天线结构与性能需求，在保证面板精度同时，需要控制面板数量，而面板面积越大，面型精度提升越困难，常规的天线面板已不能满足高精度大天线的建设需求。因此，大口径高精度天线单元面板的设计中如何实现面板的大面积、高精度仍是天线面板的主要研究目标。
[0003]目前高精度天线反射面的制造方法主要有精密数控加工制造方法、蜂窝夹层结构胶接成型法以及筋板结构胶接成型法。精密数控加工方法主要用于制造小型高精度天线反射面，可以满足亚毫米波望远镜的精度要求，如KOSMA3米亚毫米波望远镜，面型精度为5μm，但此种制造方法加工成本高、效率低，不适合大型天线反射面的制造；基于“柔性模具、蒙皮开缝、真空负压”胶接成型工艺的蜂窝夹层结构面板可以实现大尺寸、高精度面板的制造，但是此种制造方法主要用于紧缩场的建设，成型工艺复杂，成型过程参数要求控制严苛，制造效率低，成本高，不适合批量化生产。筋板结构胶接成型法是目前国内外大天线单元面板的主要结构形式，如上海65米射电望远镜，美国GBT100米，意大利SRT64米等。
[0004]中国专利号201010214168.4，名称为《一种高精度天线反射面面板及其制造方法》公开了一种筋开槽胶接结构天线单元面板及其制造方法，上述大天线单元面板基本上采用此种结构、工艺加工成型。该专利中所述反射面板支撑筋包括周向设置的Z型环筋梁和径向设置的Z型纵筋梁，此种接近于四边形的支撑结构刚性弱，面板处于不同姿态情况下，不利于大面积反射面板结构保型，反射面板面积越大，变形量越大，特别是面积＞5
㎡
的面板，面型精度较差。按照此种方法制造的大型天线，单块面板面积受限，主反射面分块数量多，天线面板支撑梁结构相应变得复杂，不利于天线设计、制造，且天线重量增加，其性能无法保证。
[0005]中国专利公开号200610012581，名称为《一种无蜂窝夹层的高精度天线反射面制造方法》中公开了一种在传统铆接面板表面再粘接一层蒙皮的天线反射面制造方法。该方法通过粘接一层肤曲面板提高了传统铆接面板的精度，但在制造方面存在以下不足：
[0006]1、该方法制造每块面板需要拉伸两次蒙皮，需要增设铆接模胎，成本高、效率低，而且铆接成型的骨架易变形，精度难以控制；
[0007]2、大型天线反射面面板面积大、曲率小，拉伸成型的蒙皮贴模精度差，此种方法不适用；
[0008]3、肤曲面板与铆接面板间需要涂覆大量的胶粘剂，胶粘剂用量多，固化过程中产
生较大的内应力，成型后的面板精度难以保证。
[0009]综上所述，现有反射面板制造技术无法解决大面积、高精度面板的成型问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种大型毫米波天线反射面板及其制造方法，该方法制造的大面积反射面板S＞5
㎡
，具有刚度大、精度高RMS＜70μm、重量轻的特点。在大型天线建设中应用此方法，可以有效减少主反射面分块数量，简化天线背架结构设计，降低天线结构重量，提高天线性能。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案是：
[0012]一种大型毫米波天线反射面板，由蒙皮1、筋梁框架2、背板3三部分组成，所述蒙皮1为双曲面梯形板；所述筋梁框架2作为反射面的支撑结构位于蒙皮1和背板3之间，筋梁框架2包括Z型主筋梁2
‑
1、Z型副筋梁2
‑
2；所述背板3为按筋梁框架主筋梁2
‑
1结构分布赋形的曲面边框。
[0013]所述筋梁框架2采用主筋梁2
‑
1和副筋梁2
‑
2组成的高度阶梯分布结构；其中，主筋梁2
‑
1是构成筋梁框架主支撑，呈井字形的框架结构；副筋梁2
‑
2分布在井字形框架内部作为辅助支撑；主筋梁2
‑
1和副筋梁2
‑
2通过弯角件进行胶接连接。
[0014]进一步的，所述蒙皮1为铝合金开缝板，厚度为1～3
㎜
。
[0015]进一步的，所述背板3按照筋梁框架主筋梁2
‑
1结构赋形，背板厚度为1～3
㎜
，边框宽度为30～150
㎜
。
[0016]一种大型毫米波天线反射面板的制造方法，用于制造上述的一种大型毫米波天线反射面板，包括以下步骤：
[0017]步骤1，建立天线反射面曲面数学模型，根据数学模型设计反射面蒙皮1、筋梁框架2、背板3、成型模具；
[0018]步骤2，根据蒙皮曲面三维模型，运用数学或三维结构设计工具软件确定蒙皮1展开外形尺寸；
[0019]步骤3，运用有限元分析软件计算平板蒙皮贴模应力状态，确定开缝数据；
[0020]步骤4，根据步2和3确定的蒙皮1展开外形尺寸和和开缝数据，采用铝合金板材经机械加工形成蒙皮1；
[0021]步骤5，依据反射面技术指标和有限元分析结果，确定筋梁框架结构2，设计主筋梁2
‑
1、副筋梁2
‑
2，采用铝合金板材经机械加工形成主筋梁2
‑
1、副筋梁2
‑
2；
[0022]步骤6，在反射面单元模具上，通过机械加工工艺校型，使主筋梁2
‑
1、副筋梁2
‑
2贴模；
[0023]步骤7，借助工装将主筋梁2
‑
1、副筋梁2
‑
2固定在模具上，采用胶粘的方法形成筋梁框架2；
[0024]步骤8，将蒙皮1铺放在模具上，在蒙皮1与模具之间设置密封胶条，采用真空负压工艺，使蒙皮1与模具贴合，在蒙皮1表面与筋梁框架2连接位置涂覆胶粘剂层，将筋梁框架2与蒙皮1胶接贴合；
[0025]步骤9，在模具上，将背板3与筋梁框架2胶接贴合；
[0026]步骤10，将连接件4与筋梁框架2胶接固定，待所有胶粘剂室温固化后，释放真空负
压，完成大型毫米波天线反射面板的制造；
[0027]进一步的，步骤3中，所述蒙皮1板材根据应力分析数据进行开缝，释放应力，开缝宽度为0.5～2
㎜
。
[0028]进一步的，在步骤5中，所述主筋梁2
‑
1、副筋梁2
‑
2自蒙皮1接触面一端向内开设均匀分布的槽口，用于弯折；槽口深度50～220...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型毫米波天线反射面板，由蒙皮(1)、筋梁框架(2)、背板(3)三部分组成，其特征在于：所述蒙皮(1)为双曲面梯形板；所述筋梁框架(2)作为反射面的支撑结构位于蒙皮(1)和背板(3)之间，筋梁框架(2)包括Z型主筋梁(2
‑
1)、Z型副筋梁(2
‑
2)；所述背板(3)为按筋梁框架主筋梁(2
‑
1)结构分布赋形的曲面边框；所述筋梁框架(2)采用主筋梁(2
‑
1)和副筋梁(2
‑
2)组成的高度阶梯分布结构；其中，主筋梁(2
‑
1)是构成筋梁框架主支撑，呈井字形的框架结构；副筋梁(2
‑
2)分布在井字形框架结构内部作为辅助支撑；主筋梁(2
‑
1)和副筋梁(2
‑
2)通过弯角件进行胶接连接。2.根据权利要求1所述的一种大型毫米波天线反射面板，其特征在于：所述蒙皮(1)为铝合金开缝板，厚度为1～3
㎜
。3.根据权利要求1所述的一种大型毫米波天线反射面板，其特征在于：所述背板(3)按照筋梁框架主筋梁(2
‑
1)结构赋形，背板厚度为1～3
㎜
，边框宽度为30～150
㎜
。4.一种大型毫米波天线反射面板的制造方法，用于制造如权利要求1至权利要求3任意一项所述的一种大型毫米波天线反射面板，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立天线反射面曲面数学模型，根据数学模型设计反射面蒙皮(1)、筋梁框架(2)、背板(3)、成型模具；步骤2，根据蒙皮曲面三维模型，运用数学或三维结构设计工具软件确定蒙皮(1)展开外形尺寸；步骤3，运用有限元分析软件计算平板蒙皮贴模应力状态，确定开缝数据；步骤4，根据步2和3...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘利文，王海东，金超，钟鸣远，赵次次，张志斌，
申请(专利权)人：河北中电华拓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：