УСТРОЙСТВО КРЕПЛЕНИЯ АНТЕНН

Полезная модель относится к антенной технике, в частности, к устройствам крепления антенн с частотным качанием луча, и может быть использовано в антенных системах радиолокационных устройств и навигации.
При разработке радиолокационных устройств возникает необходимость в безинерционном отклонении луча. Одним из способов получения безинерционного отклонения луча является способ частотного сканирования. По сравнению с другими способами этот способ более экономичен, прост и надежен.
Конструкция излучателей может быть любой, единственным условием является наличие частотно - зависимой линии задержки для формирования фазового фронта в заданном положении. Угол отклонения луча зависит от эффективной электрической длины линий. Как правило, линии задержки выполняются на основе волноводов или же на основе коаксиальных линий.
Как показано в (Справочник по радиолокации, редактор М. Сколник пер. с английского, изд. «Советское Радио» M. 1977 т.2), угол отклонения луча зависит от температуры окружающей среды. Эта зависимость вызвана изменениями размеров материала, из которой выполнена антенна, от колебаний температуры окружающей среды. Обычно ширина основного лепестка диаграммы направленности находится в пределах 0,5 5,0° и, следовательно, антенна имеет большие размеры и значительное количество линий задержки, следовательно, угол отклонения луча сильно зависит от температуры. Так при протяженности пути распространении радиоволн в линии задержки порядка 200λ, изменение фазы в алюминиевом волноводе составляет около 3° при изменении температуры на 1°С (Справочник по радиолокации, редактор М.Сколник пер. с английского, изд. «Советское Радио» M. 1977 т.2), что существенно сказывается на положении луча. Таким образом, в системах, где требуется высокая точность установки луча необходимо корректировать изменение положения луча при изменении температуры. Существует несколько способов коррекции луча, их можно условно разделить на два первый - учет температурного ухода положения луча, второй - снижение влияния изменения температуры окружающей среды на положение луча.
Учет температурного ухода положения луча, в конечном итоге, сводится к введению поправочного коэффициента для определения положения луча, который, как правило, определяется экспериментально. Определение температуры антенны осуществляется либо непосредственно, путем установки термодатчиков на поверхности антенны, либо опосредованно, измерением эквивалентной осевой длины волны или измерением изменения фазы сигналов излучающих элементов. Все это требует дополнительной аппаратуры, что неизбежно ведет к увеличению стоимости радиотехнического устройства, и его надежности.
Снижение влияния изменения температуры окружающей среды на положение луча может осуществляться несколькими способами.
Одним из способов является получение стабильной температуры путем использования специальных кожухов со встроенными в них нагревателями и кондиционерами (может использоваться кожух и без кондиционера). Таким образом, удается осуществить термостабилизацию антенны. Недостатком способа является большая энергоемкость, расход мощности при этом может составлять, для больших антенн, десятки киловатт.
3
Другим способом является использование инвара в качестве конструкционного материала антенны, ошибки наведения снижаются примерно в 25 раз по сравнению с ошибками, получающимися в алюминиевых конструкциях. Недостатками этого способа являются: большая масса конструкции (Плотность сплава составляет 8130 кг/м), высокая стоимость, низкая технологичность, обусловленная трудностью механической обработки.
В отдаленном аналоге заявляемой полезной модели, содержащем основание (колонну), каркас для установки в нем антенны (поворотную часть), узел крепления, состоящий из ходового винта и ходовой гайки, установленной внутри качающегося корпуса с возможностью вращения (авт.св. СССР №1810940 А1, МПК H01Q 3/04, 1991), осуществляется изменение положения антенны. Это дает возможность корректировать направление луча. Изменение положения антенны осуществляется путем изменения угла наклона поворотной части при вращении ходовой гайки.
Указанное устройство имеет следующие недостатки:
необходимо определять температуру антенны либо непосредственно, путем установки термодатчиков на поверхности антенны, либо опосредованно, измерением эквивалентной осевой длины волны или измерением изменения фазы сигналов излучающих элементов. Все это требует дополнительной аппаратуры, что неизбежно ведет к увеличению веса и стоимости радиотехнического устройства, снижению его надежности;
для коррекции положения луча необходимо постоянно изменять положение антенны, что ведет к износу узла крепления и снижению надежности всего изделия в целом.
Более близким аналогом, выбранным в качестве прототипа в связи со сходством выполняемой технической задачи, является устройство крепления антенны (Справочник по радиолокации, редактор М.Сколник пер. с английского, изд. «Советское Радио» M. 1977 т.2 с.285), содержащее основание, каркас для установки в нем антенны и, узлы крепления.
Это устройство менее громоздко, имеет более простую конструкцию, и как следствие, более высокую надежность.
Однако, и этому устройству присущи следующие недостатки
необходимо определять температуру антенны;
коррекция положения луча осуществляется введением поправочного коэффициента, который, как правило, определяется экспериментально, что сопряжено со значительными затратами.
Технический результат предлагаемого технического решения - снижение влияния изменения температуры окружающей среды на положение луча при сохранении высокой надежности и без увеличения стоимости всего радиотехнического устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство крепления антенны, содержащее основание, каркас для установки в нем антенны и, по крайней мере, один узел крепления, вводится элемент, имеющий коэффициент температурного расширения отличный от коэффициента температурного расширения материала, из которого выполнены каркас и основание, присоединенный одним своим концом к каркасу, другим концом - к основанию, причем узлы крепления выполнены таким образом, что каркас имеет возможность смещения относительно узлов крепления.
На фиг.1 показано схематическое изображение предлагаемого устройства.
Устройство крепления антенны (см. фиг.1) состоит из основания 1, каркаса 2 для установки в нем антенны, узлов крепления 3 и элемента 4, имеющего коэффициент температурного расширения отличный от коэффициента температурного расширения материала, из которого выполнен каркас 2 и основание 1, присоединенного одним своим концом к каркасу 2, другим концом - к основанию 1.
Устройство крепления антенны работает следующим образом
При изменении температуры изменяются размеры материала, из которых сделана антенна, и, следовательно, изменяется положение луча, луч отклоняется. Отклонение луча можно скомпенсировать, отклонив каркас с антенной, таким образом, чтобы «возвратить» луч в исходное положение. Эту задачу выполняет элемент 4, имеющий коэффициент температурного расширения отличный от коэффициента температурного расширения материала, из которого выполнен каркас 2 (основание 1). Допустим, при изменении температуры, например, при повышении, луч отклоняется вверх. Элемент 4 расширяясь, отклоняет каркас 2 с установленной в нем антенной в противоположную сторону за счет возможности смещения относительно узлов крепления 3, тем самым, компенсируя уход луча из-за температурного расширения. В том случае, если при изменении температуры, например, при повышении, луч отклоняется вниз, элемент 4 должен сжимаясь, отклонять каркас 2 с установленной в нем антенной в противоположную сторону за счет возможности смещения относительно узлов крепления 3, тем самым, компенсируя уход луча из-за температурного расширения
Элемент 4 должен иметь коэффициента температурного расширения отличный от коэффициента температурного расширения каркаса 2 (основания 1) в противном случае компенсации изменения положения луча не происходит.
Материал, из которого сделан элемент 4, может быть различным:
-4
-1
-5
-1
Это может быть жидкость. Тогда элемент 4 выполнен в виде гидравлического цилиндра, заполненного жидкостью, например, техническим маслом. Коэффициент температурного расширения жидкости (порядка 10К) обычно много больше коэффициента температурного расширения металлов (порядка 10К).
Это может быть и твердое тело, например, полиамид, коэффициент температурного расширения которого в 4,6 раза больше, чем у алюминия.
В том случае, когда каркас 2 (основание 1) выполнен из материалов, имеющих большие значения коэффициента температурного расширения необходимо использование элемента 4 с коэффициентом температурного расширения меньше коэффициента температурного расширения материала каркаса 2 (основания 1).
Конструктивное исполнение тоже может быть различным. На фиг.2 и 3 показаны схематические изображения предлагаемого устройства с другими конструктивными исполнениями. Соединение элемента 4 с основанием 1, с каркасом 2 может быть непосредственным, а может быть выполнено с использованием системы рычагов для увеличения компенсационного угла отклонения каркаса 2 с антенной. Кроме того, антенна может быть установлена и без специального каркаса, в этом случае корпус антенны сам является каркасом.
При небольших углах сканирования (±7°) этой компенсации достаточно и нет необходимости вводить поправочный коэффициент для определения положения луча в зависимости от угла сканирования.
Использование заявляемого устройства крепления антенн позволит снизить зависимость положения луча от температуры при этом отказаться во первых, от установки термодатчиков на поверхности антенны, измерения эквивалентной осевой длины волны или измерения изменения фазы сигналов излучающих элементов, что соответственно позволяет отказаться от применения дополнительной аппаратуры, во вторых при изготовлении антенны использовать недорогие и легко обрабатываемые материалы, такие как, алюминий, латунь и т.п. Все перечисленное приводит к повышению надежности радиотехнического устройства, без увеличения его стоимости.
Использование заявляемого устройства крепления антенн позволит снизить зависимость положения луча от температуры, уменьшить стоимость аппаратуры и повысить надежность всего радиотехнического устройства.