一种双通道同轴天线旋转关节发明专利-9479威尼斯

专利名称：一种双通道同轴天线旋转关节

专利类型：发明专利

专利申请号：cn202210998006.7

专利申请（专利权）人：西安空间无线电技术研究所
权利人地址：陕西省西安市长安区航天基地东长安街504号

专利发明（设计）人：姚培,梁云,万继响,贾清健,张文会,黄龙,晋安中,宋少航

专利摘要：本发明涉及一种双通道同轴天线旋转关节，该旋转关节能够适应于较长旋转关节设计时，热变形无法满足电性能需求的应用背景，通过高导热低膨胀的c/c复合材料的结构设计实现了旋转关节内导体的结构稳定性，通过c/c复合材料的表面致密化及表面金属化，使得复合材料具有了与金属材料相当的电导率，实现了复合材料作为微波传输介质的重大发明。同时，该项发明改善了旋转关节的温度适应性，提高了产品的可靠性，可以广泛应用于c、ku频段旋转关节的设计中，具有很强的实用性和市场竞争力。本发明在某卫星风场测量雷达中进行了在轨应用及验证，性能指标达到了预期效果。

主权利要求：
1.一种双通道同轴天线旋转关节，其特征在于包括一维转动扫描机构、转动部分和固定部分，转动部分包括外动轴、内动轴、内导体，外动轴、内动轴、内导体从外向内同轴嵌套安装，并与一维转动扫描机构的转子固定连接，外动轴的内孔与内动轴的外圆形成的空间为形成c波段腔体，用于传播c波段射频信号，内动轴的内孔形成的空间形成ku波段腔体，用于传播ku波段射频信号，内导体通过介质材料支撑在ku腔体内；固定部分由外静轴、内静轴，外静轴与内径轴同轴嵌套安装，并与一维转动扫描机构的定子固定连接；所述内导体采用碳碳复合材料制成。
2.根据权利要求1所述的一种双通道同轴天线旋转关节，其特征在于所述转动部分的端面与固定部分的端面之间存在间隙，从而在转动部分与固定部分间形成厄流槽空间。
3.根据权利要求2所述的一种双通道同轴天线旋转关节，其特征在于所述间隙的取值范围为0.27mm～0.33mm。
4.根据权利要求1所述的一种双通道同轴天线旋转关节，其特征在于所述碳碳复合材料内导体通过介质材料支撑在ku腔体内。
5.根据权利要求4所述的一种双通道同轴天线旋转关节，其特征在于所述介质材料为聚酰亚胺介质材料。
6.根据权利要求1所述的一种双通道同轴天线旋转关节，其特征在于所述内导体端部采用胶接的方式与内动轴外壳固定。
7.根据权利要求1所述的一种双通道同轴天线旋转关节，其特征在于所述内导体采用如下步骤制成：s1、将c/c复合材料进行结构加工成型；
s2、对加工成型后的c/c复合材料表面进行真空渗碳处理；
s3、采用真空溅射工艺对真空渗碳处理之后的c/c复合材料表面进行表面金属化处理。
8.根据权利要求1所述的一种双通道同轴天线旋转关节，其特征在于所述内导体采用镀金的碳碳复合材料制成。
9.根据权利要求1所述的一种双通道同轴天线旋转关节，其特征在于所述c波段信号通过波导的方式传输。
10.根据权利要求1所述的一种双通道同轴天线旋转关节，其特征在于所述一维转动扫描机构包括无刷直流力矩电机、旋转变压器、轴承及其支撑结构组成；其中，无刷直流力矩电机转子、旋转变压器转子通过转轴法兰连接，电机定子、旋转变压器定子通过螺钉间接在外壳法兰上，定子与转子间通过一对角接触轴承和深沟球轴承进行支撑，实现定转子间的一维转动。 说明书 : 一种双通道同轴天线旋转关节技术领域[0001] 本发明涉及一种双通道同轴天线旋转关节，用于实现旋转关节的连续转动和电气传输，属于天线机构技术领域。背景技术[0002] 任务要求来自风云三号05卫星风场测量雷达天线子系统。风场测量雷达天线子系统的射频通道为ku通道和c通道，两个通道通过旋转关节的波导和电缆实现天线转动部分与固定的大功率射频组件的射频信号的传输功能。[0003] 现有星载卫星天线的旋转关节主要为多路波导型旋转关节，机构与旋转关节串行连接，其轴向长度过长，活动部件使用较多，同轴度调节较难，可靠性较低。而少量使用在星载天线上同轴旋转关节仅仅为单通道，并且轴向长度较短。由于天线在轨受到较大温度梯度的影响，双通道同轴形式的旋转关节往往散射困难，热变形较大，导致旋转关节的驻波比变差，影响天线性能。为了解决这个问题，发明了一种低膨胀温度系数的c/ku双通道同轴旋转关节。发明内容[0004] 本发明所解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种双通道同轴天线旋转关节，克服星载同轴双通道旋转关节在大长轴径比下散热能力差导致的旋转关节热变形影响天线驻波性能的问题。[0005] 本发明的技术方案是：一种双通道同轴天线旋转关节，该关节包括一维转动扫描机构、转动部分和固定部分，转动部分包括外动轴、内动轴、内导体，外动轴、内动轴、内导体从外向内同轴嵌套安装，并与一维转动扫描机构的转子固定连接，外动轴的内孔与内动轴的外圆形成的空间为形成c波段腔体，用于传播c波段射频信号，内动轴的内孔形成的空间形成ku波段腔体，用于传播ku波段射频信号，内导体通过介质材料支撑在ku腔体内；固定部分由外静轴、内静轴，外静轴与内径轴同轴嵌套安装，并与一维转动扫描机构的定子固定连接。[0006] 优选地，所述转动部分的端面与固定部分的端面之间存在间隙，从而在转动部分与固定部分间形成厄流槽空间。[0007] 优选地，所述间隙的取值范围为0.27mm～0.33mm。[0008] 优选地，所述碳碳复合材料内导体通过介质材料支撑在ku腔体内。[0009] 优选地，所述介质材料为聚酰亚胺介质材料。[0010] 优选地，所述内导体端部采用胶接的方式与内动轴外壳固定。[0011] 优选地，所述内导体采用碳碳复合材料制成。[0012] 优选地，所述内导体采用如下步骤制成：[0013] (1)、将c/c复合材料进行结构加工成型；[0014] (2)、对加工成型后的c/c复合材料表面进行真空渗碳处理；[0015] (3)、采用真空溅射工艺对真空渗碳处理之后的c/c复合材料表面进行表面金属化处理。[0016] 优选地，所述内导体采用镀金的碳碳复合材料制成。[0017] 优选地，所述c频段信号通过波导的方式传输。[0018] 优选地，所述一维扫描机构包括无刷直流力矩电机、旋转变压器、轴承及其支撑结构组成。其中，无刷直流力矩电机转子、旋转变压器转子通过转轴法兰连接，电机定子、旋转变压器定子通过螺钉间接在外壳法兰上，定子与转子间通过一对角接触轴承和深沟球轴承进行支撑，实现定转子间的一维转动。[0019] 本发明与现有技术相比具有如下优点：[0020] (1)、同轴旋转关节的结构设计紧凑：c通道与ku关节采用同轴嵌套设计，c通道的内轴作为ku通道的外轴，保证结构设计紧凑，实现c/ku旋转关节的同轴旋转；[0021] (2)、温度适应性强：旋转关节选用了低膨胀高导热的c/c复合材料作为同轴旋转关节的内导体，实现了在大范围温度交变情况下，满足驻波性能要求；[0022] (3)、c/c复合材料的表面致密及表面金属化：由于c/c复合材料加工完成后，其表面存在一定的孔隙，影响表面粗糙度，进而影响旋转关节的插损指标。为了提高ku内导体的电导率及表面粗糙度，对加工成型后的c/c复合材料表面进行真空封孔处理，处理完成后，对其致密的表面利用真空溅射工艺对其表面进行镀金处理。以获取内导体较好的电导率及表面粗糙度。附图说明[0023] 图1为本发明实施例双通道c/ku同轴旋转关节结构示意图；[0024] 图2为本发明实施例双通道c/ku同轴旋转关节结构剖面图；[0025] 图3为本发明实施例扫描机构嵌套双通道同轴旋转关节爆炸图；[0026] 图4为本发明实施例扫描机构嵌套双通道同轴旋转关节剖面结构示意图；[0027] 图5为本发明实施例旋转关节转动部分与一维转动扫描机构转子连接示意图；[0028] 图6为本发明实施例旋转关节固定部分；[0029] 图7为本发明实施例旋转关节转动部分与一维转动扫描机构定子连接示意图。具体实施方式[0030] 以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。[0031] 如图1、图2所示，本发明提供了一种双通道天线同轴旋转关节，所述旋转关节共用扫描机构的轴系支撑结构。该旋转关节为与扫描机构嵌套的双通道同轴旋转关节，扫描机构驱动旋转关节的转动部分进行连续扫描转动。该旋转关节为包括一维转动扫描机构1‑1、转动部分1‑2和固定部分1‑3，转动部分包括外动轴2‑3、内动轴2‑1、内导体2‑2，外动轴、内动轴、内导体从外向内同轴嵌套安装，装配完成后，经过测试校准后，并通过螺钉与一维转动扫描机构的转子法兰固定连接，从而与一维转动扫描机构的转子固定连接，如图5所示。外动轴的内孔与内动轴的外圆形成的空间为形成c波段腔体1‑8，用于传播c波段射频信号，内动轴的内孔形成的空间形成ku波段腔体1‑9，用于传播ku波段射频信号，内导体通过介质材料支撑在ku腔体内；具体为，内导体连同支撑介质插入ku腔体内，利用固定垫片固定在外动轴的外端面法兰上。固定部分由外静轴6‑1、内静轴6‑2，外静轴与内径轴同轴嵌套安装，并与一维转动扫描机构的定子固定连接，具体为：固定部分装配完成，经过测试校准后，通过螺钉安装于一维转动扫描机构的定子法兰上，如图6和图7所示。天线起旋时，扫描机构在无刷直流力矩电机的驱动下进行连续转动，带动转动部分同时旋转，以此实现c通道、ku通道旋转关节的相互转动功能。[0032] 如图3、图4所示，为了实现旋转关节的双通道结构形式，上述旋转关节的结构分为外、中、内层，外层空间区域为c射频通道区域，内层空间区域为ku射频通道区域，中间层结构即作为c旋转关节的外层，同时也作为ku旋转关节的内层；从而实现c/ku双通道旋转关节的结构设计，ku旋转关节的内导体采用同轴线的形式。[0033] 上述结构装配完成后，进行电性能测试、热真空状态下的驻波性能及插损性能测试。[0034] 优选地，所述转动部分的端面与固定部分的端面之间存在间隙，从而在转动部分与固定部分间形成厄流槽空间。旋转关节固定部分与转动部分分别安装于一维转动扫描机构的定子法兰及转子法兰上，通过调节垫片，调节轴向尺寸，以确保所述间隙的取值范围为0.27mm～0.33mm。[0035] 优选地，所述碳碳复合材料内导体通过介质材料支撑在ku腔体内。[0036] 优选地，所述介质材料为聚酰亚胺介质材料。[0037] 优选地，所述内导体端部采用胶接的方式与内动轴外壳固定。[0038] 优选地，所述内导体采用高导热、低膨胀、高电导率的表面金属化的碳碳复合材料制成，为零膨胀温度系数内导体。作为优选方案，内导体的为长轴径比结构，本发明某一具体实施例中，轴径比可达76。[0039] 优选地，c/c复合材料作为微波传输介质进行表面金属化的工艺处理过程为：[0040] 将c/c复合材料进行结构加工成型；[0041] 对加工成型后的c/c复合材料表面进行真空渗碳处理；[0042] 采用真空溅射工艺对真空渗碳处理之后的c/c复合材料表面进行金属化处理。[0043] c/c加工成型、成型产品在真空状态下进行表面碳沉积可以提高产品的致密性和表面粗糙度。利用物理气象沉积工艺方法对产品进行真空溅射金膜的表面金属化，可以得到零膨胀高导热的结构材料碳碳(c/c)复合材料。本发明某一具体实施例中，表面金属化处理为镀金处理。[0044] 将零膨胀高导热的结构材料碳碳(c/c)复合材料作为微波传输介质，解决了星载同轴双通道旋转关节散热能力差，热变形无法满足天线驻波性能的难题。[0045] 在该发明中，由于c/c复合材料为多孔材料，孔隙率会极大的影响产品的表面粗糙度，进而增大旋转的插损参数，而且，尽管碳为导电材料，其电导率远远不及金属材料。为了进一步降低插损性能，获取更高的电导率，创新性的提出了一种碳沉积 表面金属化的方法，以获取近似于金属的电性能。[0046] 优选地，所述c频段信号通过波导的方式传输，通过tnc接头，以电缆的方式传输。[0047] 优选地，所述一维扫描机构包括无刷直流力矩电机1‑6、旋转变压器1‑5、轴承及其支撑结构组成。其中，无刷直流力矩电机转子、旋转变压器转子通过螺钉连接在转轴法兰上，电机定子、旋转变压器定子通过螺钉间接在外壳法兰上，定子与转子间通过一对角接触轴承1‑7和深沟球轴承1‑4进行支撑，实现定转子间的一维转动。本发明某一具体实施例中，根据双通道旋转关节的工作模式及任务需求，将一维转动扫描机构按照《风云三号风场测量雷达扫描机构与旋转关节装配校准大纲》及《风云三号风场测量雷达扫描机构与旋转关节装配工艺》进行装配、校准、测试。[0048] 以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。[0049] 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

专利地区：陕西

专利申请日期：2022-08-19

专利公开日期：2024-07-09

专利公告号：cn115799777b