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1)  pedestal of polar mount
极轴天线座
1.
The requirement of the solar radio observing system real-time observing the sun is considered,the applications of several kinds of antenna pedestal are compared and the principle of antenna pedestal of polar mount used in the solar radio observing system are given.
针对太阳射电观测系统实时观测太阳的要求,比较了常见的几种天线座的应用范围,给出了极轴天线座用于太阳观测系统的原理。
2)  three axes pedestal
三轴天线座
1.
Through analysis and calculation,the conclusion is drawn that the three axes pedestal is used in angle-measuring system,if the precision of the third axis encoder is enough high and the calibration is accurate,the precision of angle-measuring will not be much affected.
从AZ-EL+第三轴天线座的坐标变换公式出发,推导出第三轴角度对地平系AZ,EL角影响的数学模型,从而对AZ-EL型天线座在引入第三轴后对测角精度的影响进行了计算。
3)  polar mount antenna
极座架天线
4)  kingpost antenna mount
主轴式天线座架
5)  coaxial-dipole antenna,sleeve-dipole antenna
同轴偶极子天线
6)  sleeve antenna
同轴偶极天线
补充资料:天线座架
      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。
  
  结构型式  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、x-y型、极轴型等多种型式。
  
  俯仰-方位型天线座  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口径的1/2~2/3,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。
  
  x-y型天线座 x 轴水平配置,y轴与x轴空间垂直并随x轴转动,电轴与y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,x-y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x、y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。
  
  
  极轴型天线座  这种天线座是以赤道平面为基准,所以也称为赤道式天线座(图2)。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x-y-z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。
  
  天线座轴系精度  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。
  
  结构谐振  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。
  
  稳定平台  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。
  
  

参考书目
   吴凤高编:《天线座结构设计》,国防工业出版社,北京,1980。
  

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