一种适用于火星表面着陆、巡视探测的可移点波束天线制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于火星着陆巡视探测的高增益可移点波束天线。本发明专利技术中，馈源由波导D

【技术实现步骤摘要】
一种适用于火星表面着陆、巡视探测的可移点波束天线


[0001]本专利技术涉及微波天线
，是涉及一种适用于火星着陆巡视探测的高增益可移点波束天线。该天线系统可以应用到我国火星探测任务中，也可以应用到具有类似要求的其他深空探测着陆巡视器上。

技术介绍

[0002]在火星探测工程中，着陆于火星表面并在火星表面进行着陆、巡视探测的火星车，需要配备一副高增益可移点波束天线天线用于同地球测控、通信以及同环绕火星轨道的人造火星卫星进行高速通信。
[0003]为了实现对地球和对人造火星卫星通信，火星车用高增益可移点波束天线需要天线组件结合展开机构、指向驱动机构以及压紧释放机构以及相关支撑结构和射频传输结构而形成一套天线系统，以实现：
①
在压紧状态下，天线系统承受发射入轨、环火轨道、火星大气进入以及火星表面着陆等不同状态下的环境载荷不被破坏；
②
在着陆后可以在火星表面环境条件下顺利完成解除压紧，实现天线展开，并按工作需求进行指向跟踪实现。按照传统方案，此类天线系统的实现，火星车高增益天线系统重量将在10kg以上，受到包络、空间的限制，很难安装到火星车车体，且安装于火星车后，垂直于其安装面的火星车包络需要增加400mm以上。对于我国火星探测工程配套的火星车来说，其重量和包络尺寸均是不能接受的。具体而言，火星车用高增益可移点波束天线的实现需要解决以下问题：
[0004]①
相互并行的射频系统与天线组件
‑
支撑结构
‑
机构组件两个链路中材料和结构的热失配，容易对射频链路中的旋转关节造成附加力矩，从而增加机构组件的阻力距，阻碍机构正常转动。在射频传输结构中，为了实现与展开机构和指向驱动机构的转动同步转动，通常可以选用射频电缆随动或者旋转关节的方案。在火星车应用中，由于火星表面温差大且火星车不能提供电缆加热资源，采用旋转关节的方案较为合理。当选用旋转关节时，旋转关节自身阻力距通过设计可以满足要求，但由于旋转关节安装于射频系统中，射频系统与天线组件
‑
支撑结构
‑
机构组件为并行的两个支路，两个支路间当采用的材料热胀系数不同时，存在热匹配的问题，当热失配时，将对旋转关节相对旋转的两个构件产生弯矩作用，从而造成旋转关节阻力距的增大，进而增大天线指向调整难度甚至使得天线指向无法调整。
[0005]②
射频系统中波导口面转动实现方式所需结构体积与系统干涉、传输性能之间的矛盾需要解决。在射频传输结构中，馈源到系统射频信号输出口之间通常通过波导和电缆连接实现，由于火星车测控通信的性能要求，当采用电缆时，天线增益等难以满足使用需求，因此需要采用波导进行连接。当采用波导进行射频通道连接时，由于被连接的馈源、旋转关节等口面相对位置存在一定的转动，需要通过弯波导组合或者扭波导来实现波导传输主模方向的调整。在火星车通信采用的X频段，波导的口径尺寸较大，而受限于火星车包络要求，天线组件本身具有较小的尺寸，因此用于波导传输主模方向调整的波导长度有限，通过弯波导组合实现方向调整时将带来较大的天线转动干涉且对于天线压紧装置等的设置造成障碍，而较短的扭波导存在差损大等缺点，不利于实现天线系统的电性能指标要求。
[0006]③
天线系统压紧状态对火星车带来的附加包络增加难以为火星车接受。在天线系统压紧实施中，通常采用天线系统各组成尽量集中后进行压紧安装，形成结构紧凑、抗力学性能良好的天线压紧状态。但此种状态造成天线组件中反射面与馈源组合体及其支撑结构尺寸最大的方向附加在垂直压紧安装面的方向，叠加双轴驱动机构和压紧装置的高度后，天线对于火星车包络造成的附加包络贡献将达到不可接受的水平。
[0007]④
低附加包络天线系统安装位置与天线系统展开工作之间的矛盾需要解决。通常天线展开机构安装结构底面与天线压紧安装结构底面位于同一平面，以便尽可能简化天线安装面力学环境考虑要素、降低相对于最低安装面的重心高度从而提升天线系统抗力学性能。火星车上为满足能源需求、载荷安装需求等，其可提供的天线安装面为顶板顶面和一个侧壁，且其顶板由于上述需求凸出于侧壁。当天线安装于火星车顶面时，需要安装于压紧状态的太阳帆板和其它载荷之上，加上自身的高度包络，此种方式不仅对太阳帆板和其它载荷造成较大影响、增加设备间耦合，且大大超出火星车高度方向包络；而安装于侧壁时，有两种具体方式，一是可以将安装面设置到火星车上较为凹进的侧壁位置，此时便于满足附加包络需求，但是火星车上相应的凸出位置造成展开受限，无法满足展开后工作需要；二是可以将安装面设置到形成凸出位置的火星车顶板的侧壁上，此时，天线安装后造成的包络需求将是火星车无法接受的。
[0008]⑤
天线系统需要提供一套火星车其它载荷安装结构。天线系统在展开后进入指向工作状态时，位于火星车顶面，为了有效利用火星车顶面空间，火星车要求天线系统结构件提供设备安装结构，用于提供火星车其它载荷的安装，以便拓展火星车有效载荷安装空间、提升火星车有效载荷应用数量。
[0009]为解决上述问题，本专利技术提供一种满足火星探测应用需求的轻量化、低附加包络的可移点波束天线。

技术实现思路

[0010]有鉴于此，本专利技术提供了一种适用于火星表面着陆、巡视探测的可移点波束天线，能够满足火星车的轻量化要求和低附加包络要求。
[0011]本专利技术的适用于火星表面着陆、巡视探测的可移点波束天线，包括天线组件、波导组件C、压紧装置B、旋转关节C、指向驱动轴B、波导组件B、指向驱动轴A、旋转关节B、压紧装置A、波导组件A、展开装置和旋转关节A；
[0012]其中，天线组件包括馈源、馈源支撑A、馈源支撑B、反射面、天线支架、波导D和波导E，其中，反射面通过压紧装置B安装在天线支架上，形成第一次压紧安装面；波导D和波导E互连，作为馈源支撑之一，与馈源支撑A和馈源支撑B一起将馈源悬空在反射面中心；
[0013]天线支架通过旋转关节C与指向驱动轴B连接，指向驱动轴B通过旋转关节B与指向驱动轴A连接；指向驱动轴A通过压紧装置A安装在展开装置上，形成第二处压紧安装面；展开装置安装在火星车上；
[0014]所述波导组件C的一端固定在天线支架上并与旋转关节C连接，另一端变波导口径与波导E连接；所述波导组件B连接旋转关节B和旋转关节C。
[0015]较优的，所述波导D采用双弯结构。
[0016]较优的，所述波导E、馈源支撑A和馈源支撑B在反射面的安装点位于反射面边缘、
电口径以外的位置。
[0017]较优的，所述波导组件C由波导F、波导G、波导H连接得到，其中，波导F与波导E连接，并口径渐变为旋转关节C的波导口径；波导G采用紧凑型正交模变换波导；波导H的一端与旋转关节C连接，并固定于天线支架上。
[0018]较优的，波导H弯曲，使得波导组件C与反射面之间的距离尽可能小。
[0019]较优的，旋转关节C在指向驱动轴B上的安装轴线与指向驱动轴B的驱动轴安装轴线共轴；旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于火星表面着陆、巡视探测的可移点波束天线，其特征在于，包括天线组件(1)、波导组件C(2)、压紧装置B(3)、旋转关节C(4)、指向驱动轴B(5)、波导组件B(6)、指向驱动轴A(7)、旋转关节B(8)、压紧装置A(9)、波导组件A(10)、展开装置(11)和旋转关节A(12)；其中，天线组件(1)包括馈源(1
‑
1)、馈源支撑A(1
‑
2)、馈源支撑B(1
‑
3)、反射面(1
‑
4)、天线支架(1
‑
5)、波导D(1
‑
6)和波导E(1
‑
7)，其中，反射面(1
‑
4)通过压紧装置B(3)安装在天线支架(1
‑
5)上，形成第一次压紧安装面；波导D(1
‑
6)和波导E(1
‑
7)互连，作为馈源支撑之一，与馈源支撑A(1
‑
2)和馈源支撑B(1
‑
3)一起将馈源(1
‑
1)悬空在反射面中心；天线支架(1
‑
5)通过旋转关节C(4)与指向驱动轴B(5)连接，指向驱动轴B通过旋转关节B(8)与指向驱动轴A连接；指向驱动轴A(7)通过压紧装置A(9)安装在展开装置(11)上，形成第二处压紧安装面；展开装置(11)和旋转关节A(12)安装在火星车上；所述波导组件C(2)的一端固定在天线支架(1
‑
5)上并与旋转关节C(4)连接，另一端变波导口径与波导E(1
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：段江年，刘志佳，孙大媛，于国庆，许怡贤，鲁帆，侯沁芳，周晓东，于春宇，曾惠忠，张旺军，张婷，庄建楼，陈腾博，赵香妮，范占春，陈百超，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：