本發(fā)明涉及一種用于緊縮場測量的饋源定位及偏焦裝置，它適用于緊縮場電磁測量過程中饋源喇叭的精確定位和偏焦運動，屬于機械工程和微波工程領域。

背景技術：

饋源定位裝置是緊縮場測量系統(tǒng)中重要的組成部分。饋源喇叭通過延長架與定位裝置相連，構成一個整體。饋源定位裝置能實現饋源相位中心的6自由度精密調整，實現對饋源的精確定位。定位裝置的定位精度直接影響著饋源喇叭相位中心的定位精度。在進行測量的過程中，饋源的等效相位中心必須嚴格位于拋物面的焦點之上，或者關于焦點對稱分布(進行RCS測量時)。在一些新型的緊縮場中，為了滿足實現更多的測量功能，還需要饋源能夠實現偏焦，饋源喇叭任意角度極化等。這對定位裝置也提出了更多新的要求。

目前，國內緊縮場系統(tǒng)普遍采用的饋源定位裝置主要結構還是以機械結構為主的固定式定位支架。在定位過程中，主要采用人工調整定位螺栓，利用激光跟蹤儀，進行手動調節(jié)。調節(jié)的過程比較復雜，效率較低。在測試過程中，饋源的極化轉動需要人工進行切換，根據定位孔的位置，極化旋轉的角度都是幾個固定值，很大程度上限制了測試的范圍。在調試、切換等過程中，都是依靠定位孔的位置來進行定位，因此定位的精度依靠定位件機械加工精度來保證，產生的誤差很難進行修正。另外，固定式支架無法實現饋源的偏焦運動，使得緊縮場測試過程中，功能變得單一。

技術實現要素：

一、目的

本發(fā)明的目的是提供一種用于緊縮場測量的饋源定位及偏焦裝置，以實現緊縮場測量系統(tǒng)中饋源的精確定位與偏焦運動，主要包括饋源沿X軸的左右橫向移動、沿Y軸的前后縱向移動、繞Z軸的轉動和平動、繞相位中心的俯仰運動，通過五個自由度的運動實現饋源的精確定位和偏焦，完成偏焦測量。另外通過伺服控制可以實現饋源喇叭的極化旋轉和以一定的轉速勻速轉動，完成RCS測量或天線測量。

二、技術方案

本發(fā)明是一種用于緊縮場測量的饋源定位及偏焦裝置。整個裝置的裝配圖如圖1-2所示，主要由X向移動單元、Y向補償單元、Z向旋轉及高度調整單元、偏置臂、饋源俯仰單元和饋源極化單元等組成。各組成部分技術方案如下：

所述X向移動單元主要由X向底座7、X向直線導軌8、X向滾珠絲杠9、Y向補償單元安裝座10、X向聯(lián)軸器11、X向電機安裝座12和X向驅動電機13組成，如圖3所示，主要實現饋源沿X軸方向的橫向運動。X向底座7主要由方管和鋼板焊接而成，焊接件經過應力消除工藝進行應力釋放，對導軌安裝配合面、絲杠安裝配合面和電機座安裝配合面進行精密機械加工。精確的移動是由X向驅動電機13帶動X向滾珠絲杠9完成，X向驅動電機與X向滾珠絲杠一端通過X向聯(lián)軸器11連接，消除了X向驅動電機軸與X向滾珠絲杠的軸向偏差帶來的影響。X向驅動電機通過X向電機安裝座12安裝在X向底座7的一端。X向滾珠絲杠的安裝方式為兩端固定方式，在與X向驅動電機13相連一端，利用一對背靠背安裝的角接觸軸承，通過鎖緊螺母將這一對角接觸軸承與X向滾珠絲杠進行軸向固定，并且安裝在軸承支座中，最終利用軸承端蓋進行密封；X向滾珠絲杠的另一端固定安裝在X向底座7上，軸承座當中安裝的是推力軸承和深溝球軸承，兩個軸承之間加上了隔套，推力軸承承受軸向載荷，深溝球軸承承受徑向負載；最后利用鎖緊螺母進行固定并且通過施加一定的預緊力，可以減少X向滾珠絲杠的撓度。安裝的防塵端蓋可以防止工作環(huán)境中的灰塵污染軸承工作環(huán)境。X向滾珠絲杠轉動帶動Y向補償單元安裝座10進行左右移動，Y向補償單元安裝座10下端面安裝有滑塊，可以沿著X向直線導軌8作高精度線性運動。X向直線導軌8兩端安裝有行程開關，可以限定沿X方向的運動范圍，保證設備工作的安全性。

所述Y向補償單元2主要由Y向底座15、Y向滾珠絲杠14、Y向直線導軌16、Y向補償驅動電機17、Z向旋轉單元安裝座18、Z向旋轉驅動電機19、Z向旋轉主動同步帶輪20、Y向補償主動同步帶輪21和Y向補償從動同步帶輪22等組成，如圖4所示，主要用于實現饋源沿Y方向的縱向運動。Y向底座15安裝在Y向補償單元安裝座10上，可沿著X向直線導軌8作精確的直線運動。Z向旋轉單元安裝座18通過Y向滾珠絲杠14和Y向直線導軌16安裝在Y向底座15上。Y向補償驅動電機17通過同步帶輪(Y向補償主動同步帶輪21和Y向補償從動同步帶輪22)驅動Y向滾珠絲杠帶動Z向旋轉單元安裝座18沿Y向直線導軌方向作精確直線運動，Y向直線導軌兩端安裝有限位開關，保證Z向旋轉單元安裝座18運動的安全性。Z向旋轉驅動電機19通過驅動Z向旋轉主動同步帶輪20實現Z向旋轉及高度調整單元3繞Z軸的旋轉。Y向滾珠絲杠14的安裝方式為一端固定，一端游動；固定端是動力的輸入端，采用一組面對面安裝的角接觸軸承進行軸向定位，承受軸向載荷，利用鎖緊螺母將軸承與Y向滾珠絲杠進行固定，利用兩個油封可以將潤滑油密封在軸承座中；游動端采用的是角接觸球軸承，利用鎖緊螺母將軸承與Y向滾珠絲杠固定，承受徑向載荷。

所示Z向旋轉及高度調整單元3主要由Z向高度調整裝置25、Z向旋轉RV減速器24和Z向旋轉從動同步帶輪23組成，如圖5所示，主要實現饋源繞Z軸的旋轉和平動。Z向旋轉RV減速器24安裝在Z向旋轉單元安裝座18上，通過Z向旋轉驅動電機19驅動同步帶輪(Z向旋轉主動同步帶輪20和Z向旋轉從動同步帶輪23)帶動Z向旋轉及高度調整調單元3繞Z軸轉動。該Z向旋轉RV減速器的輸入軸與輸出軸在同一軸線上，饋源相位中心位于減速器輸出軸的旋轉軸線上，在旋轉過程中，相位中心固定不動，其他部分繞著軸線做圓周旋轉運動。減速器類型為密封安裝的RV減速器，在工業(yè)機器人關節(jié)，數控機床中有著廣泛的運用，可以承受較大的軸向載荷和彎矩，并且還具有很高的精度，在整個生命周期內，減速器都不需要加潤滑油。其中Z向高度調整裝置25主要由動頂盤26、推力球軸承27、開槽平端緊定螺釘28、Z向螺柱29、Z向導柱30、六角頭法蘭面螺栓31、Z向導套32、靜頂盤33、靜底盤34和動底盤35組成，主要實現饋源相位中心高度的精確調整，裝配二維剖視圖如圖6所示。動底盤35、動頂盤26通過Z向導柱30和Z向導套32與靜底盤34、靜頂盤33連接到一起，通過六角頭法蘭面螺栓31固定連接。推力球軸承27安裝在靜底盤34上，Z向螺柱29再安裝到推力球軸承27上，推力球軸承27可以實現Z向螺柱29繞Z軸的旋轉和承受較大的軸向載荷。當旋轉Z向螺柱29時，動頂盤就能夠沿著螺柱上下運動，完成饋源相位中心高度的微調。在微調完成后，用開槽平端鎖緊螺釘28將Z向螺柱頂緊，高度固定。

所述偏置臂36主要由型材焊接而成，對裝配連接界面進行精密機械加工，如圖7所示。偏置臂主要用于連接Z向旋轉及高度調整調單元3和饋源俯仰單元5，通過偏置臂保證饋源相位中心在Z向旋轉及高度調整調單元3的旋轉軸上。

所述饋源俯仰單元5主要由饋源俯仰單元靜基座37、滾輪38和饋源俯仰單元動基座39、調整螺桿40、擺動塊41、上轉座42、下轉座43、方向絲母44和轉軸45構成，如圖8所示，主要用于饋源喇叭繞相位中心的俯仰運動，即調整饋源的照射角度。饋源俯仰單元靜基座37下端面安裝在偏置臂36上，饋源俯仰單元動基座39用于安裝饋源極化單元6。饋源俯仰單元靜基座左右兩側有圓弧型滑槽，圓弧的圓心與饋源的相位中心重合，保證在俯仰調整過程中，饋源相位中心保持不動。饋源俯仰單元動基座39左右兩側安裝有用于滾動導向的滾輪38，左右兩側各安裝三個滾輪，滾輪鑲嵌在饋源俯仰單元靜基座左右兩側的圓弧型滑槽中。上轉座42安裝在饋源俯仰單元靜基座37上，下轉座43安裝在饋源俯仰單元動基座39上，利用左右兩個轉軸45將擺動塊41安裝到上轉座42上，同樣再利用左右兩個轉軸45將方向絲母44安裝到下轉座43上，調整螺桿40安裝在擺動塊41和方向絲母44上。在擰動調整螺桿40時，方向絲母44與調整螺桿40產生相對運動，從而帶動饋源俯仰單元動基座39沿著饋源俯仰單元靜基座37上的圓弧型滑槽運動，安裝在饋源俯仰單元動基座39上邊的饋源喇叭將繞著饋源相位中心做圓周轉動。調整完成之后，擰緊饋源俯仰單元靜基座兩側板的頂緊螺釘，將饋源俯仰單元動基座頂緊，固定角度。

所述饋源極化單元6主要有饋源極化底板46、饋源極化直線導軌47、饋源安裝滑板48、饋源極化減速器49、饋源極化轉盤50、饋源喇叭安裝支架51組成，如圖9所示，主要用于實現饋源的極化與旋轉運動。饋源極化底板46安裝在饋源俯仰單元動基座39上。饋源安裝滑板48通過饋源極化直線導軌47安裝在饋源極化底板46上，饋源極化減速器49安裝在饋源安裝滑板48上，饋源極化減速器49與饋源喇叭安裝支架51之間通過饋源極化轉盤50連接。饋源極化減速器49為蝸輪蝸桿減速傳動機構，伺服電機通過聯(lián)軸器與蝸桿相連，帶動蝸桿轉動。饋源喇叭安裝支架51與饋源極化轉盤50相連，轉盤轉動帶動饋源完成極化旋轉。該饋源極化單元6可同時安裝兩個饋源喇叭，并能實現兩個饋源的極化與旋轉運動，這兩個饋源喇叭可以在饋源極化底板46上沿直線導軌進行左右滑動。在饋源極化底板46上分別有一個處于中間的和兩組呈對稱分布的定位銷孔52。當其中一個饋源喇叭處于正中間時，使用中間的定位銷孔，利用這個饋源喇叭可以測量天線的方向圖。當兩個喇叭(一個發(fā)射電磁波，一個接收電磁波)對稱分布時，使用對稱分布的定位銷孔52，利用這對饋源喇叭可以測量被測物體的雷達散射截面(RCS)。利用伺服電機驅動蝸輪蝸桿減速器可以精確定位饋源喇叭的極化角度，也可以實現以一定的角速度進行勻速旋轉。

三、優(yōu)點和功效

本發(fā)明是一種用于緊縮場測量的饋源定位及偏焦裝置，在緊縮場測試過程中，可以完成饋源精確定位和偏焦運動，與現有的饋源定位裝置相比，有以下幾個優(yōu)點：

1)本發(fā)明可以讓饋源實現左右平動，前后平動，軸向轉動，使之可以用于偏焦測量；

2)本發(fā)明在設計過程中加入了高度微調機構和照射角俯仰調整機構，在裝調過程中可以進行微調，增加了裝調的精確性；

3)本發(fā)明各個定位軸都采用伺服電機驅動，在測量定位過程中，速度更快，精度更高；

4)利用本發(fā)明已經測得了一條特定的偏焦曲線，在波束偏轉角相同的情況下，位于該偏焦軌跡上時，饋源發(fā)射的波經過反射面之后得到的波束的相位差最小。

5)本發(fā)明已經將特定的饋源偏角軌跡寫了進控制程序，在偏焦測量過程中，操作更加方便；

6)本發(fā)明中饋源極化轉臺選用了高精度電控極化轉臺，在極化角定位過程中，精度更加高；

7)本發(fā)明可以用于進行天線測量，也可以用于進行RCS測量。在測量過程中，饋源可以精確完成任意角度極化或者以一定的速度實現順時針勻速轉動和逆時針勻速轉動，擴大了使用范圍。

附圖說明

圖1為新型饋源定位裝置裝配圖。

圖2為新型饋源定位裝置裝配圖的爆炸圖。

圖3為X向移動單元爆炸圖。

圖4為Y向補償單元爆炸圖。

圖5為Z向旋轉及高度調整單元爆炸圖。

圖6為Z向高度微調單元結構圖。

圖7為偏置臂結構圖。

圖8為俯仰單元爆炸圖。

圖9為饋源極化單元爆炸圖。

圖10a、10b、10c、10d為不偏焦狀態(tài)下測量天線時饋源定位裝置的位置姿態(tài)。

圖11a、11b、11c、11d為偏焦狀態(tài)下測量天線時饋源定位裝置的位置姿態(tài)。

圖12a、12b、12c、12d為不偏焦狀態(tài)下測量物體雷達散射截面特性時饋源定位及偏焦裝置的位置姿態(tài)。

圖13a、13b、13c、13d為偏焦狀態(tài)下測量物體雷達散射截面特性時饋源定位及偏焦裝置的位置姿態(tài)。

圖中標號及符號說明如下：

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

實施例一：現場裝調。

饋源相位中心最終將定位在反射面的焦點位置，定位偏差要求優(yōu)于十分之一波長(緊縮場最大工作頻率波長)。在現場安裝過程中，X向底座7安裝在現場的地腳螺栓上，饋源定位裝置的高度粗調主要是在安裝時完成，利用激光跟蹤儀測量，通過調節(jié)地腳螺栓上螺母的高度，將X向移動單元1安裝調到水平狀態(tài)，為了保證整個導軌方向(X方向)與緊縮場電軸方向(Y方向)垂直，需要利用激光跟蹤儀調整X向直線導軌與緊縮場電軸方向垂直，偏差不大于十分之一波長。在上述所有的調整完畢之后，整個X向移動軸已經調整至跟電軸方向垂直，并且處于同一個水平面之內。饋源的相位中心高度在調整X向直線導軌時需要完成粗調，并且保證饋源的粗調相位中心在Z向高度調整裝置25的中間行程位置，上下偏差不大于Z向高度調整裝置總行程的四分之一。饋源相位中心高度的精確定位將由Z向高度調整裝置25進行微調，擰動Z向高度調整裝置25內部的Z向螺柱29，實現相位中心高度方向的微調，保證饋源相位中心高度偏差不大于最大工作頻率波長的十分之一。最后擰緊開槽平端緊定螺釘28，將饋源相位中心固定。

實施例二：不偏焦狀態(tài)下測量天線。

圖10a、10b、10c、10d分別為不偏焦狀態(tài)下測量天線時饋源定位及偏焦裝置的位置姿態(tài)的等軸測圖、俯視圖、正視圖和右視圖。在該測試狀態(tài)下，只需要使用一個饋源喇叭，喇叭位于緊縮場電軸上，其相位中心位于電軸軸線上，與反射面的焦點重合，并且正對反射面板，波束偏轉角為0°。饋源發(fā)射的球面波經過反射面之后變成平面波。測量天線過程中，饋源喇叭有兩種測量狀態(tài)：在某一極化角度測量和勻速旋轉測量。該測試狀態(tài)可以測量天線的方向圖等數據。

實施例三：偏焦狀態(tài)下測量天線。

圖11a、11b、11c、11d分別為偏焦狀態(tài)下測量天線時饋源定位及偏焦裝置的位置姿態(tài)的等軸測圖、俯視圖、正視圖和右視圖。在該測試狀態(tài)下，只需要使用一個饋源喇叭，喇叭位置偏離于緊縮場電軸，其相位中心位于一條特定的偏焦軌跡上，波束偏轉角范圍為-9°～9°。在偏焦軌跡上，饋源發(fā)射的球面波經過反射面之后變成效果最佳的近似平面波。測量天線過程中，饋源喇叭有兩種測量狀態(tài)：在某一極化角度測量和勻速旋轉測量。該實驗可以測量天線的方向圖等數據。

實施例四：不偏焦狀態(tài)下測量物體雷達散射截面特性

圖12a、12b、12c、12d分別為在不偏焦狀態(tài)下測量物體雷達散射截面特性時饋源定位及偏焦裝置的位置姿態(tài)的等軸測圖、俯視圖、正視圖和右視圖。在該測試狀態(tài)下，使用兩個饋源喇叭，分別為用于發(fā)射電磁波的發(fā)射饋源和接收反射回來電磁波接收饋源。這兩個饋源通過定位銷孔安裝，關于緊縮場電軸對稱。兩饋源的相位中心連線中點(也是等效相位中心)位于緊縮場反射面的焦點上。發(fā)射饋源發(fā)射電磁波，經反射面板反射以后，電磁波照射向被測物體，被測物體反射的電磁波再反射回面板，在經過面板反射，回到接收饋源。整個過程，就可以測得物體的雷達散射截面特性。在測量過程中，兩個饋源的極化角度可以通過兩個電控轉臺進行調整，分別可以實現0～360°任意角度極化。

實施例五：偏焦狀態(tài)下測量物體雷達散射截面特性。

圖13a、13b、13c、13d分別為偏焦狀態(tài)下測量物體雷達散射截面特性時饋源定位及偏焦裝置的位置姿態(tài)的等軸測圖、俯視圖、正視圖和右視圖。在該測試狀態(tài)下，使用兩個饋源喇叭，分別為用于發(fā)射電磁波的發(fā)射饋源和接收反射回來電磁波接收饋源。這兩個饋源通過定位銷孔安裝，關于緊縮場電軸對稱。兩饋源的相位中心連線中點(也是等效相位中心)位于特定的偏焦曲線上。發(fā)射饋源發(fā)射電磁波，經反射面板反射以后，電磁波照射向被測物體，被測物體反射的電磁波再反射回面板，在經過面板反射，回到接收饋源。整個過程，就可以測得物體的雷達散射截面特性。在測量過程中，兩個饋源的極化角度可以通過兩個電控轉臺進行調整，分別可以實現0～360°任意角度極化。

預計發(fā)明推廣應用的可行性及前景：

本發(fā)明是根據緊縮場偏焦測量需求而專門研制發(fā)明的一種新型的饋源定位及偏焦裝置。在測量過程中通過專門開發(fā)的控制軟件對定位及偏焦裝置進行精確控制。簡化了操作過程，提高了測量的效率，定位精度高，控制過程簡單可靠。因此該裝置的具有很好的可行性。

與傳統(tǒng)的固定式饋源定位裝置不同，該裝置不僅可以用于緊縮場傳統(tǒng)方式測量時饋源的精確定位，也可以用于偏焦等新需求方式的測量。隨著科研水平的深入，對物體的電特性測量的需求也在不斷的提高，因此對緊縮場的功能也提出了更多的要求。偏焦測量是新型緊縮場中一種重要的功能。隨著偏焦測量在更多緊縮場中的推廣應用，適用于偏焦測量的該新型饋源定位及偏焦裝置也將不斷地推廣，因此，該裝置具有廣闊的應用空間和發(fā)展前景。