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天线座架

发布时间:2019-10-03 09:36 来源:未知 编辑:admin

  支撑天线结构并使天线在规定空域内运动的装置。它通过天线控制系统使天线按照预定的规律运动,或者跟随目标运动;并且通过轴位检测装置,精确地测出目标的方位。

  支撑天线结构并使天线在规定空域内运动的装置。它通过天线控制系统使天线按照预定的规律运动,或者跟随目标运动;并且通过轴位检测装置,精确地测出目标的方位。

  天线座架有多种结构型式:按转轴的数目,可以分为一轴、二轴、三轴、四轴和固定不动的。搜索、引导雷达在垂直方向上波瓣较宽或者垂直方向是电扫描的,只要求天线在方位上转动,就能覆盖预定的空间。跟踪雷达、卫星通信地球站和射电望远镜,通常采用圆抛物面天线,波束窄,必须使天线在方位和俯仰上同时转动才能扫掠整个空域。舰载和机载雷达为了补偿舰艇纵、横摇摆,或者飞机升降、滚翻的影响,常采用三轴或四轴的天线座。相控阵雷达天线波束是电控扫描的,微波接力通信天线用于定向传输,因此都可以采用固定不动的座架。在各种座架中,应用最广的是两轴天线座。两轴天线座按座架的结构型式分为俯仰-方位型、-型、极轴型等多种型式。

  以地面为基准,所以也称为地平式或经纬仪式天线座。方位轴与地面垂直,俯仰轴与方位轴垂直。这种座架的结构紧凑,承载能力大,调整测量方便,是两轴天线座中应用最广的座架型式。俯仰-方位型天线座又有三种基本型式:立轴式、转台式和轮轨式。①立轴式天线座:用立轴(方位轴)支撑天线和方位转动部分。中小型天线多数采用这种座架,它的基本结构简单,设计、制造、维修都比较方便。②转台式天线座:天线和方位转动部分用能够承受轴向载荷、径向载荷和倾覆力矩的特大型滚动轴承或静压轴承来支承。这种型式承载能力大、刚度好、精度高、轴向尺寸小、重心低、稳定性好,通常用于大、中型天线。③轮轨式天线座:天线和方位转动部分用滚轮和轨道支承。轨道直径一般为天线,滚轮和轨道也是方位驱动系统的末级传动装置。滚轮和轨道是摩擦传动,所以方位驱动能力不仅决定于驱动电机的功率,而且还取决于驱动滚轮与轨道之间的静摩擦力。为了保证方位的驱动能力,轮轨之间必须有足够的正压力和摩擦系数,所以一般用于大型天线。座架采用桁架结构,与前两种型式相比,省略了大型方位轴承、方位大齿轮和大转台。因此结构简单、重量与口径的比值小、造价低、安装维修方便,而且能达到较高的结构精度。

  俯仰-方位型天线座的缺点是在天顶附近有跟踪不上目标的盲区。当目标从天线天顶附近通过时,所需的方位跟踪角速度趋于无穷大,所以它只能跟踪某一仰角以下的目标。如果需要过顶连续跟踪,则须采用其他的型式。

  轴水平配置,轴与轴空间垂直并随轴转动,电轴与轴垂直(图1)。它适用于跟踪运动卫星、气象卫星和宇宙飞船的地球站。因为卫星、飞船经过天顶时离地面距离最近,信号最强,所以要求地球站能够过顶跟踪接收,-型座架不像俯仰-方位型座架那样会在天顶附近出现跟不上目标的现象;此外,每根轴只需转动±90°,就能使波束扫掠整个空域。因此,它不需要高频转动铰链和滑环,可以使用挠性波导和电缆。但是这种座架、轴均不与地面垂直。通常两轴都需要加平衡重才能达到静平衡,因而两轴间距大,结构不紧凑,体积重量较大。

  这种天线座是以赤道平面为基准,所以也称为赤道式天线)。下轴与地球自转轴线平行,称为极轴或赤经轴;上轴与极轴垂直,称为赤纬轴。这种座架在射电天文望远镜中使用较广,因为用极轴型座架跟踪恒星时,先调整赤纬轴使天线对准星体,然后只转动极轴抵消地球的自转转速(23小时56分4.095秒转一圈),就能使天线始终对准被观测的星体。它还适用于跟踪赤道卫星。极轴与地面的夹角应等于当地的纬度,所以座架的结构比较复杂,受力情况不佳。

  除了上述型式之外,还有--型三轴座架、三脚支撑座架等。随着卫星通信技术的发展,还出现了各种方向有限可控的简易座架。

  设计设计的基本要求是:保证天线的活动范围;有足够的角速度和角加速度;满足跟踪测量的精度要求;座架结构应有足够的刚度和强度,在规定的环境条件下能安全、精确地工作。对于高精度天线座的设计,为了保证伺服系统的精度和动态性能指标,除这些要求外还要求转动惯量小、结构固有频率高、间隙小、摩擦和摩擦起伏小、慢动性好。同时,在各种气候条件下要求尺寸稳定和轴系精度高。为此,须对天线座架结构进行静力和动力分析计算。天线座架的设计包括结构型式和驱动方式的选择,支承转动装置、驱动装置、轴位检测装置、平衡装置、滑环,以及安全保护装置的设计。其中影响度的关键部件是支承转动装置、驱动装置和轴位检测装置。

  对于俯仰-方位型天线座是指方位轴的铅垂度;俯仰轴与方位轴的垂直度;以及电轴与俯仰轴的垂直度。测量目标的角位置是通过俯仰轴和方位轴的轴位检测装置输出的。如果方位轴、俯仰轴和电轴互不垂直,轴位检测装置输出的就不是真实的方位角和俯仰角,就会产生测角误差。影响轴系精度的因素主要是轴承的晃动、座架的制造误差、调整误差和结构变形等。

  由天线座架、驱动系统和基础组合成一个复杂的弹性系统,具有一定的固有频率。当外界干扰力(如阵风、驱动力矩、振动、颠簸等)的频率接近或等于系统的固有频率时,系统便会发生谐振。对于伺服驱动的天线系统,如果结构固有频率接近或者落入伺服系统的带宽之内,伺服噪声也会激发系统而发生谐振,使系统不稳定而无法工作,甚至造成天线系统的损伤和毁坏。为了保证伺服系统的稳定性并有足够的稳定裕度,通常要求结构固有频率为伺服带宽的3~5倍。随着天线直径的增大,这种矛盾更为突出。因此,结构谐振问题越来越受到人们的重视。在结构设计时应对天线系统进行动力分析,尽可能使结构固有频率避开各种干扰频率,高于伺服带宽;另外,也可以从机械和伺服两方面采取措施抑制谐振峰。

  舰艇在航行中会发生纵摇、横摇、升沉和航向的变化,其中影响最大的是横摇和纵摇。舰艇连同天线座和天线波束一起纵横摇摆,就会影响雷达的搜索区域、捕捉目标的概率、作用距离和测量定位精度。为了消除舰艇纵摇和横摇的影响,通常将天线座装在稳定平台上。稳定平台有两根轴,横摇轴与舰的首尾线平行,纵摇轴与舰的首尾线垂直。在纵摇轴和横摇轴上各有一套轴位传感器和伺服驱动系统。在舰艇上装有方位水平仪,它也有纵摇、横摇两根轴和两套轴位传感器。利用高速陀螺的惯性,使方位水平仪的平台不随舰艇摇摆,而始终保持稳定的水平基准。当舰艇发生纵摇、横摇时,高速陀螺的惯性使方位水平仪的纵、横摇轴轴位传感器产生摇摆信号,与天线座稳定平台纵、横摇轴轴位传感器的信号进行比较,得出误差信号,经过放大加给伺服驱动系统,使稳定平台的纵摇轴、横摇轴跟随方位水平仪的纵摇轴、横摇轴转动,使天线座稳定平台始终保持水平。

  采用稳定平台能够比较彻底地解决基座稳定问题,可以消除舰艇摇摆的影响,实现“波束稳定”。但是,对于俯仰-方位型天线座附加稳定平台的纵摇轴和横摇轴,构成四轴稳定基座(图3)需要四套伺服驱动系统,因而增加天线座的重量和结构的复杂性。为了减轻重量和简化结构,有的舰用雷达只有横摇稳定系统(图4)。因为舰艇横摇大于纵摇,只要稳定横摇,与非稳定基座相比也可以改善性能,增大作用距离。

  有的舰用雷达天线座,既没有纵摇轴,也不用横摇轴,只有俯仰轴和方位轴。舰艇的纵摇和横摇角信号可以利用计算机进行实时的坐标变换,并由俯仰轴和方位轴的转角来补偿,称为两轴稳定。两轴稳定在结构上比较简单,只有两根转轴,只需要两套伺服驱动系统,就能使波束中心指向空间的任意位置,实现“瞄准线稳定”。但是,在伺服系统和结构设计上又有一些新的问题。因为除了目标运动之外,还附加了舰艇的摇摆运动,常规的伺服系统可能跟踪能力不够,必须提高伺服系统的性能,为此所采用的基本方法是速度补偿。

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