[发明专利]用于大型截抛物面天线的反射盘的改进支撑框架

说明书

技术领域

本发明涉及用于射电望远镜、太阳能收集器、卫星通信等的刚性截抛物面天线。更特别地，本发明涉及用于支撑这种天线的反射盘或传导盘的结构。

背景技术

大型截抛物面天线用于接收来自卫星的信号、来自太阳的能量以及来自恒星射电源的信号。它们还用于向空间发送电磁辐射波束(例如，用于通信目的)。这种天线的大型刚性反射盘通常具有反射或传导表面，其为抛物面或球冠形表面。接收器或发射器定位在反射盘表面的焦点区域(或者其等效装置，如果天线包括副反射器，与卡塞格伦天线有些类似)。就接收天线来说，反射盘将其接收到的电磁辐射聚焦或聚集，使得该辐射在天线使用中入射到接收器上。

大型反射盘接收天线结构一般围绕两个相互垂直的轴旋转，以便“跟踪”辐射源(即，保持反射盘的指向轴，也称作“瞄准线”指向辐射源)。最通常地，一个轴为水平的，另一个轴为竖直的。这称作“方位角/高度”跟踪。不太常见的可选布置是“地极/赤道”跟踪布置。就用于收集太阳能的截抛物面天线来说，各种设计考虑认为方位角/高度跟踪布置是优选的跟踪布置。

在传统的截抛物面天线中，支撑反射盘的框架(支撑框架)具有复杂的结构。例如，支撑框架可以是倒置的网格球顶或者由从反射盘中心下面径向延伸的多个相同副框架支撑的一系列圆环。这种反射盘支撑框架具有内在的脆弱结构，缺乏刚性。因此，它们需要复杂的支柱布置，从而赋予支撑框架足够的刚度和强度以支撑大型反射盘。即使利用这种支柱，如果抛物面反射器具有连续表面(这通常是反射盘用于接收和聚焦太阳辐射时的情况)，当天线承受即使适度风载时，反射面也会发生明显变形。反射盘反射面的这种变形直接降低了作为太阳能收集器的天线的成本效益。

反射盘太阳能收集器的成本效益同样取决于其在太阳处于或接近水平面时接收太阳辐射的能力。由于反射盘指向轴仰角的变化受到反射盘及其相关支撑框架围绕水平轴(其在反射盘直接指向上方时位于反射盘中心以下)的运动的影响，反射盘结构的旋转轴必须至少为反射盘竖向宽度(当反射盘的指向轴指向水平方向时测量所得)的一半。因此，用作太阳能收集器的截抛物面天线的旋转水平轴在塔顶几乎不变。这是指，当反射盘移动以使其瞄准线竖直位于该轴上方时，所有反射盘表面远远高于地面，从而完全暴露在风中。如上所述，即使轻的风载也会使反射盘表面扭曲，除非(a)反射盘的支撑框架为包括多个支撑构件的刚性结构，和(b)反射盘由坚固、因而沉重且昂贵的材料构造而成(因此，必须提高辅助装置的处理能力)。如果反射盘不由沉重的刚性材料制成的话，则必须减少在强风中使用天线以避免反射盘受损的可能性。同样，当反射盘暴露在极限风中时，即使不使用，也很难确保反射盘的完整性。

现有反射盘支撑框架的另一缺陷在于，除非使用详细、复杂且耗时的步骤制造支撑框架，否则它们不能构造为使其上附接反射盘表面的支撑框架上的点(称作“安装点”)精确地位于所需反射盘表面的包络面上。因此，当装配天线时，特别是在将大型反射面安装在支撑框架上时，通常有必要调节反射面各个部分的安装以形成所需的反射盘表面形状。

因此，制造传统截抛物面天线的高成本部分地由于支撑框架的复杂结构，部分地由于反射盘必须使用的材料性质，部分地由于在装配和调节天线结构时所需熟练工人的数量。

欧洲专利No.0681747的说明书中描述了一种比用于截抛物面天线反射盘的传统支撑框架刚度更大且具有较轻结构的支撑框架。该支撑框架具有两列刚性支柱。第一阵列包括多个四面体支柱组件，每个组件由端部连接到四个节点上的六个支柱组成，从而形成四面体结构。每个组件的三个节点位于反射盘的安装点处；第四个节点远离反射盘表面的包络面。每个支柱组件通过边缘连接到至少两个相邻的支柱组件上。刚性支柱的第二阵列通过将每个第四节点连接到每个相邻的第四节点上而形成。

这种支撑框架结构的优点包括能够形成用于截抛物面天线的稳固、刚性且较轻的支撑框架的能力。另外，天线设计可以在设计室内完成，反射盘支撑框架可以在现场精确装配。此外，在装配时，安装于支撑框架上的反射盘和天线可以立即使用(因为不必进行现场调节)。

然而，这种支撑框架的结构需要复杂的节点设计，因为节点接收实际上以锐角相交的多个支柱端部。另外，需要使用四面体支柱组件导致使用要安装在支撑框架安装点上的三角形反射面元件，其中，角部具有大约60°的锐角。这一限制增大了制造和装配的复杂性；同样使给定结构中的构件数量多于其它支撑框架结构所需的数量。为了避免对反射元件的锐角形角部的需要，就需要更为复杂的反射盘元件以及更为复杂的安装配件，从而进一步增加构造天线的成本。