АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2008 года по МПК H01Q3/08 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для установки на летательных аппаратах, в частности на вертолетах.

Известно антенное устройство вертолетной РЛС [1], состоящее из неподвижной параболической антенны, отражателя, установленного под углом к ней, и приводов азимутального вращения и сканирования отражателя, каждый из которых приводится в движение от своего электродвигателя и имеет свои датчики угла по азимуту и по углу наклона отражателя. Однако это техническое решение отличается большими габаритами, а наличие двух приводов вызывает существенные трудности в обеспечении синхронизации показаний датчиков как в условиях изменяющихся нагрузок на электродвигатели, колебаний напряжения в сети их питания, так и при изменении температуры окружающей среды.

Известно антенное устройство [2], принятое за прототип, состоящее из неподвижной параболической антенны, отражателя, установленного под углом к ней, привода азимутального вращения и сканирования отражателя, выходной вал азимутального вращения которого выполнен полым, внутри него соосно установлен второй вал с эксцентриком, размещенным на торце и взаимодействующим с пазом каретки, установленной на первом валу с возможностью возвратно-поступательного перемещения в плоскости, перпендикулярной к общей оси валов, и имеющей зубчатую рейку, взаимодействующую с зубчатым сектором, жестко связанным с отражателем, установленным на первом валу с возможностью качания относительно оси, перпендикулярной к общей оси валов. Это устройство отличается малыми габаритами, в нем азимутальное вращение и сканирование отражателя обеспечивается одним приводом, но в нем не решается задача получения информации по азимуту и углу наклона отражателя.

Техническим результатом изобретения является получение информации по углу поворота отражателя по азимуту и по углу его наклона от одного датчика.

Технический результат достигается тем, что в известное устройство [2] введен датчик угла, кинематически связанный с обоими валами и дающий информацию об углах азимутального вращения и наклона отражателя, определяемых по формулам:

где ϕ - угол поворота отражателя по азимуту,

α - угол наклона отражателя,

ϕ_∂ - угол поворота датчика угла,

i - передаточное отношение между датчиком и валом азимутального вращения,

r - величина эксцентриситета эксцентрика,

d - диаметр делительной окружности зубчатого сектора,

Δi - разность передаточных отношений между датчиком и валами.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого антенного устройства, на фиг.2 показана схема сопряжения вала с эксцентриком и зубчатого сектора с кареткой.

Антенное устройство состоит из неподвижной параболической антенны 1, отражателя 2, установленного под углом к ней, привода 3 азимутального вращения и наклона отражателя 2. В полый выходной вал 4 азимутального вращения отражателя 2 установлен второй вал 5, на торце которого размещен эксцентрик 6, входящий в паз каретки 7, установленной на валу 4. На каретке 7 выполнена зубчатая рейка, с которой зацепляется зубчатый сектор 8, жестко связанный с отражателем 2, закрепленным в подшипниках на валу 4. Валы 4 и 5 получают вращение от электродвигателя 9 через зубчатые колеса 10, 11 и 12, 13. С валом 14 связан датчик угла 15.

Передача рассчитана так, что разность частот относительного вращения вала 4 (n₄) и вала 5(n₅) равна требуемой частоте вращения эксцентриков (n_экс), соответствующей частоте качания отражателя 2; т.е. n_экс=n₄-n₅, откуда угол поворота эксцентрика ϕ_экс в относительном вращении валов 4 и 5 будет равен ϕ_экс=ϕ₄-ϕ₅ (1), где ϕ₄, ϕ₅ - углы поворота валов 4 и 5 соответственно.

Устройство работает следующим образом. Вращение от электродвигателя 9 передается на вал 14, с которым связан датчик угла 15, и через зубчатые колеса 10, 11 и 12, 13 на валы 4 и 5. Поскольку валы 4 и 5 вращаются в одну сторону с разной частотой, эксцентрик 6 вала 5, вращаясь с частотой, соответствующей частоте качания отражателя 2, перекатывается по пазу каретки 7 и перемещает ее возвратно-поступательно. При этом зубчатая рейка каретки 7 через зубчатый сектор 8 приводит отражатель 2 в колебательное движение с частотой n_экс.

Определим зависимости угла поворота отражателя 2 по азимуту и угла его наклона от угла поворота датчика угла 15.

Примем за исходное (начальное) среднее положение каретки 7 и зубчатого сектора 8, при котором эксцентрик 6 вала 5 занимает одно из крайних положений в пазу каретки 7. Тогда перемещение S каретки 7, соответствующее углу поворота эксцентрика ϕ_экс в относительном вращении валов 4, 5, равно r·sinϕ_экс, где r - величина эксцентриситета. Это перемещение будет преобразовываться в качательное движение с углом α сектора 8 и жестко связанного с ним отражателя 2 зависимостью,

где d - диаметр делительной окружности сектора 8.

Углы поворота валов 4 и 5 в зависимости от угла поворота ϕ_∂ датчика угла 15 определяются следующими формулами:

где z₁₀, z₁₁, z₁₂, z₁₃ - количество зубьев зубчатых колес 10, 11, 12, 13 соответственно.

Тогда из (1) следует

где i, i₁ - передаточное отношение между датчиком и валами 4 и 5, а Δi их разница.

Тогда

Угол поворота ϕ₄ вала 4 является углом поворота ϕ отражателя по азимуту: ϕ₄=ϕ. Из (2)

Таким образом, введение в известное устройство [2] датчика угла, кинематически связанного с обоими валами, обеспечивает получение информации как по азимутальному углу, так и по углу наклона отражателя. При этом обеспечивается однозначность и стабильность взаимосвязи информации по азимутальному углу и углу наклона отражателя независимо от изменения нагрузок на электродвигатель, колебания напряжения его питания, изменения температуры окружающей среды и других возмущающих факторов. Кроме того, информация по углу наклона отражателя может быть получена с высокой точностью, т.к. полный цикл наклона отражателя происходит за несколько оборотов датчика угла, а возможность получения информации по азимутальному углу и углу наклона отражателя от одного датчика позволяет уменьшить массогабаритные характеристики привода антенного устройства и стоимость его изготовления.

Список литературы.

1. Ежегодный обзор достижений и перспектив электронной техники. Электроника, 1982, №21, т.55, с.15, 16.

2. Патент РФ №1810941 по заявке №4931694 от 29.04.1991 на изобретение «Антенное устройство».

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для установки на летательных аппаратах, в частности на вертолетах. Техническим результатом изобретения является получение информации об угле поворота отражателя по азимуту и об угле его наклона от одного датчика, что позволяет уменьшить массогабаритные характеристики привода антенного устройства и стоимость его изготовления. Сущность изобретения состоит в том, что в антенное устройство, состоящее из неподвижной параболической антенны, отражателя, установленного под углом к ней, привода азимутального вращения и сканирования отражателя, выходной вал азимутального вращения которого выполнен полым, внутри него соосно установлен второй вал с эксцентриком, размещенным на торце и взаимодействующим с пазом каретки, установленной на первом валу с возможностью возвратно-поступательного перемещения в плоскости, перпендикулярной к общей оси валов, и имеющей зубчатую рейку, взаимодействующую с зубчатым сектором, жестко связанным с отражателем, установленным на первом валу с возможностью качания относительно оси, перпендикулярной к общей оси валов, введен датчик угла, кинематически связанный с обоими валами и дающий информацию об углах азимутального вращения и наклона отражателя, определяемых по приведенным формулам. 2 ил.

Антенное устройство, предназначенное для установки на летательных аппаратах, состоящее из неподвижной параболической антенны, отражателя, установленного под углом к ней, привода азимутального вращения и сканирования отражателя, выходной вал азимутального вращения которого выполнен полым, внутри его соосно установлен второй вал с эксцентриком, размещенным на торце и взаимодействующим с пазом каретки, установленной на первом валу с возможностью возвратно-поступательного перемещения в плоскости, перпендикулярной к общей оси валов, и имеющей зубчатую рейку, взаимодействующую с зубчатым сектором, жестко связанным с отражателем, установленным на первом валу с возможностью качания относительно оси, перпендикулярной к общей оси валов, отличающееся тем, что в него введен датчик угла, кинематически связанный с обоими валами и дающий информацию об углах азимутального вращения и наклона отражателя, определяемых по формулам:

где ϕ - угол поворота отражателя по азимуту;

α - угол наклона отражателя;

ϕ_∂ - угол поворота датчика угла;

i - передаточное отношение между датчиком и валом азимутального вращения;

r - величина эксцентриситета эксцентрика;

d - диаметр делительной окружности зубчатого сектора;

Δi - разность передаточных отношений между датчиком и валами.