АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО
ANTENNA DEVICE

Изобретение относится к системам самонаведения, в частности к антеннам с механическим сканированием луча, и может быть использовано на подвижных объектах, например в малогабаритных активных радиолокационных головках самонаведения на конечном участке траектории на цель.
Известно устройство «Активная радиолокационная головка самонаведения» (свидетельство РФ на полезную модель №27205, МПК F41G 7/22, опубл. 10.01.2003), в котором антенна выполнена в виде антенной решетки дисковой формы с волноводным трактом, установленной на кронштейне (кардановой вилке), с возможностью поворота с помощью наружного карданова подвеса в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Такая схема имеет недостатки (см. С.С. Ривкин. Стабилизация измерительных устройств на качающемся основании. М.: «Наука», 1978 г., стр. 194-195):
- ограничение поля «зрения» зеркала антенны;
- трудности, возникающие при балансировке антенны и обеспечении равножесткости механической системы подвеса, когда рамки подвеса испытывают большие нагрузки вследствие ускорений и вибраций, в результате чего может возникнуть возмущающий момент, который отрицательно действует на работу всего устройства.
Известно антенное устройство, описанное в авторском свидетельстве №153565, МПК H01Q 3/08. Устройство содержит зеркало с сверхвысокочастотным (СВЧ) трактом, закрепленное на внутренней рамке карданова подвеса, двухстепенный карданов подвес, подвижно укрепленный на основании антенны, приводы внешней и внутренней рамки подвеса, установленные на основании антенны и связанные с внешней и внутренней рамкой сложной кинематической цепью (зубчатые колеса, тяги и т.д.), причем зубчатые колеса, устанавливаемые на основании антенны и на внешней рамке, укреплены подвижно относительно осей карданова подвеса.
Недостатком описанного устройства является отсутствие балансировки зеркала. Зеркало с СВЧ трактом крепится через кронштейн, что увеличивает момент несбалансированности при повороте зеркала. Отсутствие балансировки приводит к увеличению пусковых моментов для двигателей, которые необходимо выбирать с учетом моментов инерции при воздействии линейных ускорений. Использование приводов большой мощности приводит к увеличению веса всей конструкции.
Для обеспечения работы устройства в кинематическую схему введены тяги и зубчатые колеса, что также повышает момент инерции антенны, ухудшает ее работу в условиях вибраций и ударов. Тяги ограничивают диапазон углов сканирования зеркала. Также тяги обладают нежесткостью при работе, так как имеют собственную частоту колебаний, что влияет на точность работы всего устройства. В устройствах со сложной кинематикой необходимо бороться с люфтами, снижающими точность изделия.
Предложенная в авторском свидетельстве №153565 конструкция значительно увеличивает массу устройства, что необходимо учитывать на летательных аппаратах, в частности радиолокационных головках наведения ракет.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является антенное устройство (патент РФ №2387057 на изобретение «Антенное устройство», МПК H01Q 3/08, H01Q 3/02, опубл. 20.04.2010), принятое в качестве прототипа. Устройство-прототип содержит основание, двухстепенной карданов подвес, состоящий из внешней и внутренней рамок, подвижное зеркало, закрепленное на внутренней рамке кардана с помощью кронштейна, приводы поворота рамок с выходными шестернями, зубчатые колеса, сверхвысокочастотный тракт. Сверхвысокочастотный тракт расположен на неподвижном основании, и его элементы соединены с зеркалом волноводами и вращающимися переходами. Привод поворота внешней рамки карданова подвеса жестко крепится к внешней рамке и имеет кинематическую связь с зубчатым колесом, неподвижно закрепленным на основании антенны и соосно с осью вращения внешней рамки. Привод поворота внутренней рамки карданова подвеса жестко крепится к внутренней рамке и имеет кинематическую связь с зубчатым колесом, закрепленным неподвижно на внешней рамке и соосно с осью вращения внутренней рамки, т.е. привода выполняют роль балансировочного груза по отношению к массе зеркала и элементам его крепления.
Недостатком описанного устройства является невозможность балансировки зеркала без дополнительных противовесов, и в случае, когда в качестве балансира выступают исполнительные приводы, масса подвижной части антенного устройства увеличивается, так как привода всех каналов управления необходимо размещать на подвижной части антенного устройства.
Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение балансировки подвижного зеркала антенны с расположенным на нем сверхвысокочастотным трактом.
Технический результат достигается тем, что в заявляемом антенном устройстве, содержащем, как и прототип, основание, зеркало, карданов подвес, состоящий из внешней и внутренней рамок, привод поворота внешней рамки, выходная шестерня которого кинематически связана с зубчатым колесом, установленным соосно с осью вращения внешней рамки, привод поворота внутренней рамки, выходная шестерня которого кинематически связана с зубчатым колесом, закрепленным на внешней рамке карданова подвеса соосно с осью вращения внутренней рамки, и сверхвысокочастотный тракт, в отличие от прототипа сверхвысокочастотный тракт и привод поворота внутренней рамки карданова подвеса установлены на нижней части зеркала, образующей внутреннюю рамку карданова подвеса. Привод поворота внешней рамки установлен на основании антенны, а зубчатое колесо (сектор) внешней рамки закреплено на азимутальном валу карданова подвеса и конструктивно выполняет роль внешней рамки карданова подвеса. Ось вращения внутренней рамки совпадает с осью наклона, ось вращения внешней рамки совпадает с осью азимута. Пересечение осей вращения рамок карданова подвеса совпадает с центром масс зеркала и с центром вращения зеркала, что улучшает балансировку зеркала и дает возможность работы устройства в широком диапазоне частот и вибраций, снижает момент инерции антенны и позволяет уменьшить мощность двигателей и, соответственно, габариты антенного устройства.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется графическими материалами и рисунками:
Фиг. 1 - сечение антенного устройства по оси наклона;
Фиг. 2 - сечение антенного устройства по оси азимута;
Фиг. 3 - общий вид антенного устройства.
Антенное устройство (фиг. 1, фиг. 2) содержит двухстепенной карданов подвес, состоящий из внешней и внутренней рамок, и подвижное зеркало 1 (например, антенная решетка), нижняя часть которого является одновременно внутренней рамкой карданова подвеса, закрепленной на валу наклона 3. На нижней части зеркала 1 установлены сверхвысокочастотный тракт 2 и привод поворота 5 внутренней рамки карданова подвеса, выходная шестерня 6 которого кинематически связана с зубчатым колесом 7, закрепленным неподвижно и соосно с осью вращения внутренней рамки на валу наклона 3 зубчатого колеса 4, который, в свою очередь, является внешней рамкой карданова подвеса.
Привод поворота 8 внешней рамки карданова подвеса закреплен на неподвижном основании 9. Выходная шестерня 10 привода поворота 8 внешней рамки кинематически связана с зубчатым колесом 4, которое закреплено неподвижно на азимутальном валу 11 карданова подвеса соосно с осью вращения внешней рамки.
Центр масс зеркала совпадает с осями вращения зеркала, находящимися в плоскости расположения осей внутренней и внешней рамок карданова подвеса, т.е. с центром кардана. Оси вращения внутренней и внешней рамок карданова подвеса совпадают с осями вращения зеркала по координатам - по оси наклона I-I и по оси азимута II-II соответственно.
Зубчатое колесо 4 внешней рамки карданова подвеса может быть выполнено в виде сектора со сквозными отверстиями вдоль дуги сектора. Зубчатое колесо (сектор) 4 является дополнительным подвижным противовесом антенного устройства по оси азимута. В соответствии с выбором количества и размера облегчающих отверстий можно изменять вес зубчатого колеса (сектора) 4 для окончательной внешней балансировки зеркала 1, при этом угол сектора пропорционален углу поворота зеркала.
Общий вид антенного устройства представлен на фиг. 3.
Устройство работает следующим образом.
Поворот зеркала 1 антенного устройства вокруг оси наклона I-I осуществляется приводом поворота 5 внутренней рамки карданова подвеса, при этом происходит обкатка зубчатого колеса 7, неподвижно и соосно установленного на внешней рамке карданова подвеса, шестерней 6 привода поворота 5. Поворот же зеркала 1 вокруг оси азимута II-II осуществляется приводом поворота 8 внешней рамки карданова подвеса, расположенным на основании 9, через выходную шестерню 10, приводящую в движение зубчатое колесо (сектор) 4, являющееся внешней рамкой карданова подвеса.
Улучшение балансировки зеркала заключается в том, что центр масс зеркала конструктивно совпадает с пересечением осей наклона I-I и азимута II-II, что достигается еще при проектировании зеркала 1. Дополнительной регулировкой баланса зеркала может служить, если возникнет необходимость, зубчатый сектор 4 привода 8. Этот сектор можно рассматривать как противовес для регулировки окончательной балансировки на производстве по оси азимута II-II.
Балансировка по оси наклона I-I обеспечивается тем, что внутренней рамкой карданова подвеса является само зеркало, конструктивно установленное на валу наклона 3 на внешней рамке. Сверхвысокочастотный тракт 2 и привод поворота 5 внутренней рамки расположены на нижней части зеркала так, чтобы центр масс зеркала совпадал как с центральной осью зеркала 1, так и с осью вала наклона 3 (ось вращения внутренней рамки), расположенной соосно с осью наклона I-I.
В предложенной конструкции, в отличие от прототипа, отсутствует кронштейн, с помощью которого установлено подвижное зеркало, что в значительной степени исключает момент инерции, возникающий при больших нагрузках вследствие ускорений и вибраций. Кроме того, привод поворота 8 внешней рамки карданова подвеса закреплен на неподвижном основании 9, что уменьшает массу антенны и не оказывает отрицательного влияния на балансировку.
Сущность изобретения заключается в оригинальном конструктивном исполнении антенного устройства, имеющего улучшенную балансировку подвижного зеркала с расположенным на нем сверхвысокочастотным трактом.
Источники информации
1. Свидетельство РФ на полезную модель №27205, МПК F41G 7/22, опубл. 10.01.2003.
2. С.С. Ривкин. Стабилизация измерительных устройств на качающемся основании. М.: «Наука», 1978 г., стр. 194-195.
3. Авторское свидетельство №153565, МПК H01Q 3/08.
4. Патент РФ на изобретение №2387057, МПК H01Q 3/08, H01Q 3/02, опубл. 20.04.2010.