Разборный отражатель зеркальной антенны Советский патент 1992 года по МПК H01Q15/16 

Чв

ё

Изобретение м.б. использовано в зеркальных антеннах с отражателями трансформируемой конструкции. Уменьшение потерь усиления антенн, обусловленных отклонением отражающей поверхности от параболоида вращения. Отражатель содержит центральную ступицу, радиальные ребра, отражающую поверхность из гибких металлических панелей. Панели закреплены в пазах ребер, образованных тремя разновеликими планками. Профиль боковых граней панелей определен соотношением: у (х-0,5 A)2Np( a +1)/4 jrf, где 0 а л2/6Ы р ; х, у - абсцисса и ордината точки профиля, ось у ориентирована вдоль ее оси симметрии; f - фокус образующей профиль ребра параболы; Np - число ребер; А- ширина внутренней планки. При установке панелей в пазы ребер панели изгибаются, обеспечивая создание поверхности двойной кривизны с высокой точностью. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к антенной технике СВЧ-диапазона и может быть использовано в станциях радиорелейной и спутниковой связи, приемных системах непосредственного спутникового телевизионного вещания и других радиотехнических комплексах.

Известна конструкция, содержащая помимо облучающей системы складной каркас зонтичного типа и отражающую поверхность, образованную металлическим или металлизированным сетеполотном, натянутым на ребра.

Недостатками этой конструкции являются значительные потери усиления, обусловленные как отклонением отражающей поверхности от параболоида вращения, особенно на частотах выше 8-10 ГГц, так и зависимостью отражающих свойств сетепо- лотна от частоты, трудоемкость процесса натяжения сетеполотна на каркас, ограниченное число свертываний-развертываний вследствие необратимых деформаций и повреждений сетеполотна.

Наиболее близким к предлагаемому является отражатель антенны, представляющий собой разборный рефлектор, содержащий радиальные параболические ребра, центральную ступицу, отражающую поверхность в виде гибких плоских металлических панелей, имеющих форму клина, и внешнего обрамления. Ребра содержат центральный металлический полый стержень коробчатого сечения и надеваемый на него хлорвиниловый кожух с пазами для установки панелей. Центральная ступица представляет собой диск, к которому ребра крепятся посредством двух болтов каждое. Внешнее обрамление образует наружное кольцо жесткости и крепится к периферийным концам ребер. Панели выполняются из упругой стальной или прокатанной алюминиевой

V4

4 (Л

Ј СЛ

00

сетки. Профиль отражателя, близкий к параболоиду вращения, получается как за счет изгиба плоских панелей пои их установке в пазах ребер, так и за счет числа ребер, так как каждая панель в штатном положении приобретает форму клиновидной вырезки из параболического цилиндра.

. К недостаткам этой конструкции относятся значительное время, необходимое на приведение отражателя в рабочее состояние, т.е. сложность процесса сборки, что обусловлено необходимостью крепления каждого ребра двумя болтами к ступице, а также потери усиления, обусловленные, с одной стороны, наличием переизлучающих щелей 6 местах стыковки соседних панелей из-за полихлорвиниловой стенки кожуха между пазами и отсутствия вследствие этого электрического контакта между панелями, с другой стороны, непараболическим профилем отражающей поверхность, что вызвано тем, что плоские гибкие панели, изгибаемые за счет кривизны ребер в одной плоскости, имеют форму не части параболоида вращения, а параболического цилиндра. Отражающая поверхность при этом имеет среднеквадратическое отклонение от параболоида вращения

е 0,01076 tfsln2 () ,

где D - диаметр зеркала:

f - фокус параболоида;

Np - число ребер.

Усиление, обеспечиваемое антенной, может быть оценено по известной формуле

|.-.

где Go - коэффициент усиления антенны при отсутствии отклонения антенны от параболоида,

А-длина волны.

Так, например, антенна фирмы RobotrorT с диаметром зеркала 2,54 м, f/D 0,38, имеет 18 ребер, что приводит к потерям усиления порядка 1,2 дБ. Кроме того, дополнительные потери усиления вызваны невысокой точностью формообразующих ребер, изготовленных методом гибки, из-за остаточной деформации, присущей гибке. К тому же разброс механических свойств материала от партии к партии не позволяет точно определить и исправить погрешности, уносимые остаточными деформациями при изготовлении ребер методом гибки.

Цель изобретения - уменьшение потерь усиления зеркальной антенны с разборным отражателем и упрощение процесса сборки в рабочее положение разборного отражателя.

Поставленная цель достигается тем. что

у разборного отражателя, содержащего ступицу, радиально расположенные формообразующие параболические ребра, отражающую поверхность в виде гибких

плоских металлических панелей, закрепленных в пазах ребер, и внешнее обрамление, пазы на ребре образованы укрепленными на нем разновеликими планками, внешняя из которых выполнена из радиопрозрачного

материала, остальные - из металла, а профиль боковых граней панелей определен из соотношения:

У

„(x-O.SA)2 +g) Np

(D

5

0

5

0

5

0

5

л2

где 0 а 6Npх, у - абсцисса и ордината точки профиля боковой грани панели, ось у ориентирована вдоль ее оси симметрии;

f - фокус образующей профиль ребра параболы;

Np - число ребер;

Л-ширина внутренней планки.

Ребра выполнены из одной или нескольких соединенных между собой пластин,прикрепленных у основания к направляющей, ступица - в виде втулки, на которой установлены два диска с соосными отверстиями для направляющих, причем на одном из дисков отверстия выполнены с радиальными прорезями к внешней кромке.

Уменьшение потерь усиления достигается обеспечением формы панелей в собранном положении отражателя, соответствующей поверхности параболоида вращения, уменьшением фазовых ошибок в раскрыве путем обеспечения контакта между пластинами за счет конструкции пазов, а также повышением точности параболического профиля каждого ребра, так как пластины могут быть изготовлены с высокой точностью профиля методом холодной штамповки.

Упрощение процесса сборки достигается упрощением крепления каждого ребра к ступице, для чего достаточно вставить направляющую каждого ребра в отверстие дисков ступицы, а также уменьшением общего числа ребер, обусловленным лучшим соответствием отражающей поверхности параболоиду вращения эа счет обеспечения двоякой вогнутости каждой панели, что

обеспечивается соответствующей формой боковых граней панелей.

На фиг.1 показан разборный отражатель, установленный на опорно-поворотном устройстве, общий вид; на фиг.2 - конструкция одного из ребер отражателя; на фиг.З - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - ступица; на фиг.5 - фиксирующий диск; на фиг.6 - отражающая плоская панель.

На фиг.1 показано; 1 -опорно-поворотное устройство, 2 - формообразующие ребра, 3 - гибкая плоская сетчатая металлическая панель, 4 - ступица, 5 - фиксирующий диск, 6 - прижимная гайка, 7 - внешнее обрамление (например, трос).

Формообразующее ребро содержит две идентичных по конструкции тонких пластины 8, соединенные у основания с цилиндрической направляющей 13 и между собой по периметру вставками 14, имеющими резьбовое отверстие для винтов 9, скрепляющих с рабочей стороны отражателя несколько, например три, разновеликие планки 10-12, образующие пазы для панелей 3. Планка 12 выполнена из радиопрозрачного материала, а планки 10 и 11 из металла. С обратной стороны пластины ребра соединены фиксирующими скобами 15. Скобами 15 пластины 8 соединены с тыльной стороны ребра. На периферийной части ребра закреплена полая втулка 16 с двумя резьбовыми отверстиями: одно - для винта 9, другое - для винта 17, обеспечивающего крепление внешнего обрамления - троса 7. Фиксация панелей 3 обеспечивается пластиной 18, закрепленной на ребре гайкой 19.

Ступица 4 представляет собой втулку 20, на которой фиксированно установлены два диска 21 и 22, причем диск 22 выполнен с радиальными прорезями 23 по числу ребер 2, заканчивающимися отверстиями 24, служащими направляющими для цилиндров 13с центрами, расположенными по окружности. Диск 21 выполнен с отверстиями 25, соосными с направляющими отверстиями 24 диска 22 и служащими для фиксации цилиндрической направляющей 13 ребер отражателя 2. Устройство фиксации ребер в ступице может быть выполнено, например, в виде съемного фиксирующего диска 5. Плоская металлическая панель 3, выполненная из гибкого упругого металлического листа, имеет четыре грани. Периферийная 27 и внутренняя 28 грани по профилю соответствуют форме раскрыва отражателя и форме диска 22 ступицы. Профиль боковых граней 29 и 30 определен из соотношения (1).

Рассмотрим длину дуги ОА боковой грани 30.

(z1(y))2 dy ,

(2)

5 ):

х, у - координаты точки А. После преобразований получают

loA f Ј/1+ +Arsh,

(3)

причем в случае, когда панель между ребрами при изгибе принимает форму части пара- 15 болоида вращения, координата точки А

20 т.е.

(4)

когда панель принимает форму части пара- 25 болического цилиндра:

х ysln

л IV

30 т.е.

П ,. Я N

( 6 N У

Ъ

, л2 v я (1+ГТГ2)6N

(5)

В нерабочем положении, будучи выну- 40 той из пазов ребер, панель 3 становится плоской. Так как длина боковой грани ОА сохраняется, можно составить уравнение:

45

loA flfl+(y1(x))2dx.

(6)

Преобразуем, заменив переменную х на t Ј , с учетом (3)

2f

(x (t))fdt

о

+(ЈNEf +Arsh NRl m rL 2лГ 11 2Jif + Arsn 2rf j (l

В правой части (7) учтено соотношение (4). Как видно из (7), интеграл в левой части сводится к табличному. Это значит, что

v fx)2Lbfe У W oni

или

У

4Jif

(8)

Когда панель в рабочем положении отражателя образует параболический цилиндр, по аналогии с (8) с учетом (5),

Л)

«XJVfe( );

6NЈ

зт

x2Nc

+

(9)

Таким образом, характеристики антенны со сборным отражателем улучшатся, т.е. потери усиления меньше, чем у прототипа, а процесс сборки упрощается за счет уменьшения числа ребер, если профиль боковых граней панелей определен из соотношения

У

x2Np(1 + а)

4itf

(Ю)

где 0 а

так как при этом обеспечивается изгиб панели в двух плоскостях, и, следовательно, уменьшается среднеквадратическое отклонение поверхности отражателя от параболоида вращения. При изготовлении панелей необходимо учесть толщину Асредней планки 11, поэтому окончательно получается выражение (1).

Наибольший положительный эффект получается, когда а 0. При этом достигается сокращение числа ребер по крайней мере в 2 раза. Допуски на точность выполнения отдельных элементов, их установки и стыковки.

Сборка отражателя из транспортируемого положения в рабочее производится в следующем порядке.

Ступицу 4 (фиг.1) закрепляют на опорно-поворотном устройстве 1.В отверстие 24 и пазы 23 диска 22 ступицы и отверстия 25 диска 21 вставляют цилиндрические направляющие 13 ребер отражателя и фиксируют их в этом положении съемным диском 5 и гайкой 6. Торцовый выступ 26 диска 5 упирается в торцовые части цилиндрических направляющих 13 и под действием усилий затяжки гайкой 6 лицевая часть диска

приобретает форму, близкую к параболоиду вращения.

В пазы, образованные при установке с рабочей стороны планок 11-12 вставляют

отражающие плоские панели 3, которые благодаря выбранному профилю боковых граней при установке их всех между ребрами отражателя изгибаются в поперечной плоскости и приобретают форму, близкую к

0 параболоиду вращения с фокусным расстоянием, равным фокусному расстоянию параболической образующей ребра. Через отверстия втулок 9 пропущен трос 7 и зафиксирован винтом 17(фиг.2). Затяжной гайкой

5 19 планок 18 обеспечивается фиксация отражающих панелей отражателя в рабочее положение. Разборка отражателя производится в обратном порядке.

Предлагаемое устройство позволяет

0 уменьшить потери усиления антенны с разборным отражателем, так как при установке в конструкции отражателя используются плоские панели, профиль которых определяется из выражения (1). В результате этого

5 обеспечивается прогиб панелей в двух плоскостях и повышается точность профилированной ими отражающей поверхности, а также из-за обеспечения контакта панелей отражающей поверхности между собой и ис0 ключения вследствие этого переизлучения электромагнитных волн щелями, образованными диэлектрическими направляющими и отражающими панелями прототипа. Сокращается время и упрощается процесс сборки

5 отражателя в рабочее положение из-за исключения из процесса сборки операции крепления каждого ребра болтами к ступице и уменьшения общего числа ребер.

Кроме того, упрощается технология из0 готовления отражателя. Из 15 типоразмеров деталей, используемых в конструкции отражателя, 10 типоразмеров деталей могут быть изготовлены методом холодной штамповки, являющимся наиболее прогрессив5 ной и дешевой технологией при организации массового производства изделий.

Формула изобретения

0 антенны, содержащий ступицу, радиально расположенные формообразующие параболические ребра, отражающую поверхность в виде гибких металлических панелей, закрепленных в пазах, внешнее обрамление,

5 отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь усиления антенны, пазы на каждом формообразующем параболическом ребре образованы укрепленными на нем разновеликими планками, внешняя из которых выполнена из радиопрозрачного

материала, остальные - из металла, а профиль боковых граней гибких металлических панелей определен соотношением

v - (х - 0,5 AfNp( а +1)/4 ж f,

гдел2

6М$

х, у - абсцисса и ордината точки профиля боковой грани гибкой металлической панели, ось у ориентирована вдоль ее оси симметрии;

f - фокус образующей профиль формообразующего параболического ребра параболы;

Фие./

0

Np - число формообразующих параболических ребер;

Д- ширина внутренней планки.

15

8

13

Фиг. 2

/;

Фиъ.з

гз

фиг. 5

26

Фиаб z