МЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА БЛИЖНЕГО ПОЛЯ

АННОТАЦИЯ

В работе описан процесс проектирования конструкции механи­ческой системы измерительного комплекса ближнего поля (ИКБП). Использовался новый подход в проектировании ИКБП, позволяющий обеспечить высокую стабильность системы.

Ключевые слова: измерительный комплекс ближнего поля; механическая система.

Keywords: near field scanner test complex; mechanical system.

При разработке антенных систем космического аппарата (КА) связи перед разработчиками обычно встает задача измерения энергети­ческих характеристик полезных нагрузок разрабатываемого изделия. Для измерения энергетических характеристик антенн может быть использован измерительный комплекс ближнего поля, состоящий из механической системы, системы позиционирования, радиочастотной системы и программного обеспечения сбора и обработки данных. Сканирование может осуществляться по поверхностям различной формы. Для апертурных антенн, наиболее подходящим является сканирование на плоскости, которое, кроме того, проще всего реализуется технически [1]. Планарные ИКБП предназначены для проведения измерения параметров антенн амплифазометрическим методом в ближнем поле. Пересчет данных ближней зоны в дальнюю зону с построением двумерных и трехмерных диаграмм направлен­ности осуществляется с помощью программного обеспечения сбора и обработки данных. Основными параметрами для планарных ИКБП являются точность позиционирования и скорость перемещения [2]. В данной работе описана конструкция механической системы ИКБП.

Механическая система ИКБП спроектирована и построена с использованием высокопрочной конструкции (Рис. 1). Техническое исполнение основной конструкции с системой приводов и энкодеров линейного вращения ‑ образует собой точный механический сканер с высокой стабильностью. Свойственная механической системе стабильность позволяет использовать лазерную систему для юстировки положения сканера и создания таблиц коррекции геометрических ошибок при использовании планарного ИКБП. После того, как сканер установлен и выровнен, лазерный трекер выполняет юстировку наклона по горизонтальной и вертикальной оси сканера. Основными факторами, влияющими на погрешность положения датчика, являются ошибки измерения расстояния (X, Y, Z) и геометрические ошибки [3]. Источники ошибок эффективно обрабатываются точностью позициони­рования систем ИКБП.

Рисунок 1. Общий обзор X, Y и Z-Осей

Система состоит из двух катков оси X, которые выровнены по высоте и расположены параллельно друг другу. На каждом из катков расположены площадки, которые удерживают каток оси Y. Движение двух площадок синхронизировано.

Каждый каток оси X состоит из трех модульных сегментов длинной 5 м, которые закреплены на восьми модульных опорах (Рис. 2). Модульные опоры изготовлены из стальных пластин с площадью поперечного сечения 105 см². Опоры крепятся к бетонному полу с помощью болтов и зажимов. Винты, расположенные рядом с каждым зажимом, используются для выравнивания оси X.

Движение оси Х ограничено электромеханическими граничными выключателями хода. Возвращение в исходное положение для X-оси выполняется с помощью дополнительного граничного выключателя хода. В случае отказа граничного выключателя движение оси X ограни­чивается мощными амортизаторами, установленными на концах осей. Кабель-носитель используются для сохранения кабелей от повреждений и обеспечения минимального радиуса изгиба кабеля.

Рисунок 2. Структура оси X

Два устройства привода оси X имеют тип «зубчатая рейка и шестерня». Устройство привода представляет собой двигатель постоян­ного тока, который работает при определенных нагрузках, скоростях и ускорениях (Рис. 3). Двигатели оси X, зубчатые рейки и шестерни расположены на катке оси Х, по одному с каждой стороны. Движение оси X осуществляется двигателем, который приводит в движение шестерню с помощью роликов и зубчатого ремня.

Рисунок 3. Система приводов оси Х в собранном виде

Энкодер линейного вращения, установленный на каждом из осевых катков, передает данные положения оси Х в систему позиционирования. Энкодер управляется шестерней, используя те же зубчатые рейки, что и устройства привода, но независимо от шестерней устройств привода. Энкодер преобразует таблицу линейного положения оси X в цифровые биты и передает контроллеру системы позиционирования. Система позиционирования синхронизируется с двумя устройствами привода оси X и производит электронное управление движением. На каждом из катков по оси X установлен дополнительный набор энкодеров (Рис. 4). Данные дополнительных энкодеров подаются на программный логи­ческий контроллер для обеспечения синхронного движения и защиты от ошибок.

Рисунок 4. Энкодеры в собранном виде

Четыре граничных выключателя управляют расстоянием пере­мещения по оси Х. По два выключателя слева и справа на каждом катке оси Х, для установки границ движения. Первый граничный выключатель останавливает ось с контролируемым замедлением. Второй граничный выключатель активирует механизм аварийной остановки системы. В дополнение к граничным выключателям имеются два амортизатора, установленные на концах катка оси X, которые используются для остановки перемещения оси за пределами диапазона электрических граничных выключателей. Эти амортизаторы используются только в случае отказа электрического граничного выключателя.

Ось Y состоит из трех идентичных стальных сегментов (Рис. 5). Сегменты соединены выровнены для обеспечения высокой точности движения во время измерений. Ось Y поддерживается площадками, установленными на катках оси Х.

Технология управления осью Y аналогична технологии приме­няемой на оси X.

Рисунок 5. Система приводов оси Y в собранном виде

Энкодер устанавливается рядом с двигателем. Линейный массив оси Y состоит из двух граничных выключателей и двух механических амортизаторов, которые ограничивают движение по оси Y.

Платформа оси Z представляет собой прямоугольную коробку, в которой приводной механизм установлен на одном конце, а стержень оси установлен на другом конце, обращенном к направлению сканиро­вания (Рис. 6). Движение оси Z осуществляется с помощью ведущего винта. Двигатель через зубчатый ремень вращает ведущий винт, который приводит в движение гайку. Каток оснащен энкодером, который преобразует линейное положение таблицы в цифровые биты, которые затем передаются в систему управления движением.

Рисунок 6. Ось Z

В измерительном комплексе в качестве поляризатора антенны используется позиционер AL-360-1P (Рис. 7).

Рисунок 7. Позиционер AL-360-1P

В позиционере используется двигатель, который соединен с червячной коробкой передач с помощью зубчатого ремня. Скани­рующий зонд измерительного комплекса прикреплен к выходному стержню червячной коробки передач. Позиционер оснащен встроенным энкодером линейного вращения, который передает положение пози­ционера в цифровых битах в систему управления движением [4].

Разработанная ИКБП позволяет проводить измерения энерге­тических характеристик полезных нагрузок КА связи. За счет примененных технических решений он отличается высокой скоростью, точностью позиционирования и стабильностью (табл. 1).

Таблица 1.

Характеристики механической системы ИКБП

Список литературы:

1. Иванов А.С. и др. Диагностика линзовых антенн с использованием сканера ближнего поля //Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2015. – № 1 (35).
2. Планарный сканер серии PSN. [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://radiorf.ru/planarnyj-skaner-serii-psn (Дата обращения: 14.02.2018).
3. Калинин Ю.Н., Миляев П.В., Миляев А.П., Морев В.Л., Попиков М.В. Измерение характеристик антенн методами ближней и дальней зоны во временной области // Труды Междунар. научн. конф. «Излучение и рассеяние ЭМВ» (ИРЭМВ-2009). – Таганрог, 2009. – С. 355-359.
4. Ю.Н. Калинин, П.В. Миляев Современные методы и средства измерения радиотехнических характеристик антенн // ХI Всероссийская научно-техническая конференция «Метрологическое обеспечение обороны и безопасности в Российской Федерации». – Москва, 2016. – С. 34–38.