一种高精度轻量化三角形天线面板及制造方法

摘要

本发明公开了一种高精度轻量化三角形天线面板及制造方法，它涉及通信、测控以及射电天文等领域中的高精度反射面天线面板设计和制造技术。旨在提供一种高精度、轻量化、低成本且适合批量生产的天线面板。它包括蒙皮、主边筋、中心筋、副筋、角筋、中心连接板、边沿连接板、弯角件、和支座。蒙皮为三角形，在蒙皮的凸面上的三条边方向设置有三条主边筋，中心筋位于三条主边筋的中线上，副筋分布于中心筋两侧且与主边筋垂直，在上述主边筋交汇处设置有角筋，中心连接板位于三条中心筋的交汇处，采用真空负压吸附成型。本发明特别适用于高精度、大批量生产的偏置反射面天线或圆对称反射面天线的面板设计和制造。

说明书

技术领域

本发明涉及通信、测控以及射电天文等领域中的高精度反射面天线，更具体地讲，涉及工作于Ka频段以上的各种口径、高精度圆对称反射面天线或偏置反射面天线的面板设计和制造方法。

背景技术

反射面天线通常由多块天线面板组成，天线面板的表面精度直接影响多项电气性能指标。天线在运行过程中，面板作为负载由天线背架来支撑，在满足表面精度的情况下，面板如何实现轻量化也是工程中需要面临的问题；天线面板在安装过程中，要经过多次的调整与测量，因此，合理设计面板形状和连接点数量也是需要解决的问题。

目前，最常用的反射面天线面板形状为扇形，如在《中国科学》2017年第5期中“新疆110m射电望远镜（QTT）天线高精度面板结构研制挑战”（许谦等著）一文中介绍了几种扇形的天线面板结构。

中国专利公开号CN1658434A，名称为《一种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的基础上再粘接一层薄蜂窝夹层蒙皮的反射面制造方法；中国专利公开号CN1845378A，名称为《一种无蜂窝夹层的高精度天线反射面制造方法》中也公开了一种在传统铆接面板的基础上再粘接一层经过拉伸后的铝合金蒙皮的反射面制造方法。该两种方法虽然能够提高一些天线面板的表面精度，但在制造方面存在以下缺陷：

（1）该两种发明方法涉及模具众多，如“肤曲面拉伸模台、骨曲面拉伸模台、Z型筋拉弯模台”等，工艺过程复杂，生产周期长；在各零件拉伸过程中，造成大量夹持部位的材料浪费。

（2）该两种发明方法均采用传统铆接面板作为支撑结构，在铆接过程中易产生较大内应力，导致铆装后的结构发生变形，使结构整体精度难以控制。

（3）铝合金板材和Z型筋在拉伸过程中贴模性差，易产生回弹变形，成型后的精度难以保证。

（4）该两种发明方法均采用肤曲面与骨曲面之间的大面积粘接工艺，易产生胶瘤、贫胶和气泡等缺陷，存在粘接质量隐患，导致天线面板可靠性降低。

中国专利公开号CN101938041A，名称为《一种高精度天线反射面面板及其制造方法》中公开了一种在蒙皮和筋条上开槽并通过真空负压成型的扇形反射面面板及制造方法，该方法虽然能制造出高精度的反射面面板，但其在设计和制造方面存在以下不足：

（1）该发明中的反射面面板为扇形结构，这就决定了其支撑方式采用四点支撑形式，这种支撑方式存在多余约束。在天线安装过程中，需要借助测量仪器反复调整支撑点的高度来减小面板的变形。这不仅浪费了人力和设备资源，而且延长了安装工期。

（2）该发明中的面板背筋采用环向和径向分布，在结构上表现出明显的各向异性特性，为了弥补这一缺陷，需增加背筋高度和数量，这导致该种面板重量增加。

（3）该发明中在面板每个Z型筋内表面均粘接了压板条，该压板条既没有提高面板表面精度也没有对面板背筋提供刚度贡献。

（4）该发明中面板蒙皮采用单块形式，对于大尺寸面板，存在材料供货问题。

综上所述，亟需一种合理的天线面板及制造方法来解决现有反射面天线面板所产生的问题。

发明的内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高精度轻量化三角形天线面板及制造方法，与现有的反射面天线面板及制造方法相比，具有精度高、重量轻和刚度大的特点。本发明面板采用三角形形式，其为三个支撑点，能够有效提高天线的安装调整精度和安装效率，简化天线面板和天线背架的结构设计。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现：

一种高精度轻量化三角形天线面板，它包括蒙皮、主边筋、中心筋、副筋、角筋、中心连接板、边沿连接板、弯角件和支座；所述的蒙皮为三角形，在蒙皮的凸面上的三条边方向设置有三条主边筋；中心筋位于三条主边筋的中线上；副筋分布于中心筋两侧且与主边筋垂直；在主边筋交汇处设置有角筋；中心连接板位于三条中心筋的交汇处；边沿连接板位于三条主边筋的中点上且与中心筋相连接；在主边筋与中心筋之间设置有弯角件；在主边筋与副筋之间设置有弯角件；中心筋与副筋之间设置有弯角件；支座在角筋外部与其相连接。

可选的，所述的蒙皮由1～3块铝合金板材组成，厚度以0.5～3mm为宜。

可选的，所述的蒙皮在沿其凸面中心筋和副筋方向开设有槽口，该槽口起始位置为蒙皮边缘，槽口长度以400～1000mm为宜，槽口宽度以0.5～4mm为宜。

可选的，所述的主边筋、中心筋、和副筋、均开设均匀分布的槽口，该槽口起始位置为与蒙皮的接触面，槽口间距以50～200mm为宜，槽口深度以50～150mm为宜，槽口宽度以0.5～4mm为宜。

可选的，所述的主边筋、中心筋、副筋、和角筋采用铝合金板材经折弯成型，截面形状均为Z型。

可选的，所述的支座与角筋之间采用螺钉连接。

上述三角形面板的制造方法，包括以下步骤：

①运用三维结构设计工具（如：Pro/E或Solidworks软件）建立蒙皮曲面三维模型，依据三维模型设计加工三角形天线面板单元模具；

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展开外形尺寸；

③根据中心筋副筋分布位置，在蒙皮上确定槽口尺寸位置；

④根据步骤①和②确定的蒙皮展开外形尺寸和槽口尺寸位置，采用铝合金板材经机械加工形成蒙皮；

⑤依据客户技术指标和有限元分析结果，确定主边筋、中心筋、副筋、和角筋高度，设计主边筋、中心筋、副筋、和角筋，采用铝合金板材经机械加工形成主边筋、中心筋、副筋和角筋；

⑥将主边筋、中心筋、副筋、和角筋依次固定在面板单元模具上，然后在中心连接板边沿连接板和弯角件的连接面上涂覆胶粘剂层，分别将中心连接板、边沿连接板、和弯角件粘接在中心筋、主边筋、副筋、和角筋相应位置；

⑦待步骤⑥室温固化24小时后，构成三角形反射天线面板单元背架；

⑧将蒙皮置于单元模具曲面上，采用密封胶条密封蒙皮和单元模具曲面之间的缝隙，抽真空吸附蒙皮，在蒙皮凸面上与主边筋、中心筋、副筋和角筋连接位置涂覆胶粘剂，将步骤⑦所得到的单元背架置于胶层上；

⑨待步骤⑧室温固化24小时后，释放真空负压；

⑩将支座通过螺钉与角筋固定，完成高精度轻量化三角形天线面板的制造。

本发明与背景技术相比具有如下有益效果：

（1）本发明与现有技术相比较，反射面面板采用三角形结构和三点支撑方式，消除了多余约束，避免了天线在安装过程中产生的面板变形，提高了天线的安装精度和安装效率。

（2）由于三角形具有适合任意形状的几何拓扑优势，本发明除适用于圆对称反射面天线外，同样适用于偏置反射面天线等其它异形反射面天线。

（3）面板支撑背筋分布均匀，呈现出各向同性特点，与同等尺度面板相比重量降低了约20%，具有刚度高、重量轻的显著技术特点。

（4）采用蒙皮与Z型筋直接粘接的方法，去除了压板条，简化了制造工艺过程，提高了粘接效率，同时减少了生产原材料。

（5）面板蒙皮采用可分块形式，对于大尺度面板而言，降低了原材料供货难度。

（6）本发明采用真空负压吸附成型，通过蒙皮和背筋开槽口提高蒙皮贴模精度，减少了内应力，实现了高精度要求。

总之，本发明构思巧妙，思路清晰，易于实现，既解决了三角形反射面天线面板的轻量化问题，又实现了面板的高表面精度，是对现有技术的一种重要改进。

附图说明

图1是本发明实施例的总装结构示意图；

图2是本发明实施例的蒙皮分块结构示意图；

图3是本发明实施例的主边筋结构示意图；

图4是本发明实施例的边沿连接板结构示意图；

图5是本发明实施例的弯角件结构示意图；

图6是本发明实施例的支座结构示意图。

图中各标号的含义如下：蒙皮1， 主边筋2， 中心筋3， 副筋4， 角筋5， 中心连接板6， 边沿连接板7， 弯角件8， 支座9。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的描述。

如图1至图6所示，一种三角形天线面板，包括蒙皮1、主边筋2、中心筋3、副筋4、角筋5、中心连接板6、边沿连接板7、弯角件8和支座9；蒙皮1为三角形，在蒙皮1的凸面上的三条边方向设置有三条主边筋2；中心筋3位于三条主边筋2的中线上；副筋4分布于中心筋3两侧且与主边筋2垂直；在主边筋2交汇处设置有角筋5；中心连接板6位于三条中心筋3的交汇处；边沿连接板7位于三条主边筋2的中点上且与中心筋3相连接；主边筋2与中心筋3之间设置有弯角件8；在主边筋2与副筋4之间设置有弯角件8；在中心筋3与副筋4之间设置有弯角件8；支座9在角筋5外部与其相连接。

蒙皮1由1～3块铝合金板材组成，厚度为0.5～3mm。

本例中蒙皮1由3块铝合金板材组成，厚度为1.5mm，经数控加工制作而成。

蒙皮1在沿其凸面中心筋3和副筋4方向开设有槽口，该槽口起始位置为蒙皮1边缘，槽口长度为400～1000mm，槽口宽度为0.5～4mm。

本例中蒙皮1所开槽口长度为420mm，槽口宽度为2mm。

主边筋2、中心筋3和副筋4均开设均匀分布的槽口，该槽口起始位置为与蒙皮1的接触面，槽口间距为50～200mm，槽口深度为50～150mm，槽口宽度为0.5～4mm。

本例中主边筋2、中心筋3和副筋4所开槽口间距为100mm，槽口深度为80mm，槽口宽度为2mm。

主边筋2、中心筋3、副筋4和角筋5采用铝合金板材经折弯成型，截面形状均为Z型。

本例中主边筋2高度为120mm，厚度为2mm；中心筋3高度为100mm，厚度为2mm；副筋4高度为80mm，厚度为1.5mm；角筋5高度为125mm，厚度为3mm。

支座9与角筋5之间采用螺钉连接。

本例中支座9采用机械加工而成，与角筋5通过4个M4螺钉连接。

上述高精度轻量化三角形天线面板可采用如下制造方法：

①运用三维结构设计工具（如：Pro/E或Solidworks软件）建立蒙皮1曲面三维模型，依据三维模型设计加工三角形天线面板单元模具；

②根据蒙皮1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；

③根据中心筋3和副筋4分布位置，在蒙皮1上确定槽口尺寸位置；

④根据步骤①和②确定的蒙皮1展开外形尺寸和槽口尺寸位置，采用铝合金板材经机械加工形成蒙皮1；

⑤采用铝合金板材经机械加工形成主边筋2、中心筋3、副筋4和角筋5；

⑥将主边筋2、中心筋3、副筋4和角筋5依次固定在面板单元模具上，然后在中心连接板6、边沿连接板7和弯角件8的连接面上涂覆胶粘剂层，分别将中心连接板6、边沿连接板7和弯角件8粘接在中心筋3、主边筋2、副筋4和角筋5相应位置；

⑦待步骤⑥室温固化24小时后，构成三角形反射天线面板单元背架；

⑧将蒙皮1置于单元模具曲面上，采用密封胶条密封蒙皮1和单元模具曲面之间的缝隙，抽真空吸附蒙皮1，在蒙皮1凸面上与主边筋2、中心筋3、副筋4和角筋5连接位置涂覆胶粘剂，将步骤⑦所得到的单元背架置于胶层上；

⑨待步骤⑧室温固化24小时后，释放真空负压；

⑩将支座9通过螺钉与角筋5固定，完成高精度轻量化三角形天线面板的制造。

以上所述，仅是本发明的最佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构改变，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。