Адаптивный рефлектор Советский патент 1991 года по МПК B64G1/54 G02B5/10 

Изобретение относится к космической технике, в частности к устройствам для концентрации энергии в СВЧ, оптическом и I/1K- диапазонах, и может быть использовано при проектировании космических и наземных оптических радиотелескопов, радиолокаторов, радиометров и т.д.

Известен рефлектор с электростатическим управлением, основаный на формировании параболического профиля отражающей поверхности с помощью электростатических сил, действующих между электропроводящей отражающей поверхностью и системой управляющих электродов. Рефлектор содержит электропроводящий мембранный элемент, соединенный с нулевым потенциалом, N управляющих электродов, соединенных с выходами N источников питания, блок управления источниками питания и датчик контроля профиля поверхности мембранного элемента, причем источники питания выполнены в виде электронной пушки с отклоняющей системой и N приемников электронов, выходы каждого из которых соединены с входом соответствующего управляющего электрода, а также через резистор и разрядник соединены с нулевым потенциалом. Блок управления источниками питания выполнен в виде регистра сдвига, цифроаналогового преобразователя, усилителя, первого ключа, генератора импульсов опроса, ключей разрядных импульсов, N ключей опорного напряжения, первого и второго компараторов, инвертора, второго ключа и генератора разрядных импульсов. При этом информационные выходы регистра сдвига соединены с управляющими входами соответствующих ключей разрядных импульсов, управляющими входами ключей опорного напряжения и входами цифроаналогового преобразователя, выход которого через усилитель соединен с входом отклоняющей системы электронной пушки и управляющим входом датчика контроля профиля поверхности электропроводящего мембранного элемента, выход которого соединен с неинвертирующими входами первого и второго компараторов, инвертирующие входы которых соединены с выходами ключей опорных напряжений, вход регистра сдвига соединен через первый ключ с выходом генератора импульсов опроса, выход первого Компаратора соединен с управляющим входом второго ключа, выход второго компаратора соединен с управляющим входом первого ключа и через инвертор - с входом электронной пушки. Генератор разрядных импульсов через второй ключ подключен к входам ключей разрядных импульсов, выходы которых соединены с соответствующими управляющими электродами разрядников.

Существенным недостатком известного

рефлектора является высокий уровень радиопомех, создаваемых за счет токов утечки и высоковольтных пробоев, возникающих между поверхностью электропроводящего мембранного элемента и управляющими

0 электродами, напряжение на которых достигает 50-70 кВ, При таких напряжениях между электродами, находящимися в вакууме, возникают значительные темновые токи (до ) и пробои, интенсивность кото5 рых увеличивается при воздействии космической плазмы и ультрафиолетового излучения Солнца. Темновые токи и пробои вызывают высокий уровень паразитного электромагнитного излучения с широким

0 спектром частот (от единиц мегагерц до десятков гигагерц), снижающего реальную чувствительность радиоприемного устройства в указанном диапазоне частот. Кроме того, высокий уровень электромагнитных

5 помех выдвигает проблему электромагнитной совместимости рефлектора с другой радиоприемной аппаратурой. Другим недостатком рефлектора является необходимость наличия большого числа

0 управляющих высоковольтных электродов и приемников электронов, а также различных конструктивных элементов (высоковольтных изоляторов, элементов крепления и т.д.), что приводит к увеличению общей мас5 сы усложненного устройства.

Наиболее близким к изобретению является рефлектор с электростатическим управлением, содержащий электропроводящий мембранный элемент, соединенный с нуле0 вым потенциалом, управляющий высокопотенциальный электрод, выполненный из диэлектрической пленки, связанный с высоковольтным источником питания, выполненным на основе электродной пушки и

5 отклоняющей системы, и блок управления высоковольтным источником питания, соединенный с датчиком контроля профиля поверхности мембранного элемента и включающий первый и второй цифроанало0 говые преобразователи, первый и второй усилители, генератор, аналого-цифровой преобразователь, схему сравнения, блок памяти, первый и второй счетчики импульсов, источник ультрафиолетового излучения.

5 При этом выход датчика контроля профиля поверхности мембранного элемента соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, информационные выходы которого соединены с первыми входами схемы сравнения, первый выход которой соединен с электронной пушкой, второй выход - с источником ультрафиолетового излу- чения, а вторые входы подключены к выходам блока памяти, адресные входы которого соединены с выходами счетчиков им- пульсов, выход тактового генератора соединен с входом первого счетчика импульсов, информационные выходы которого подключены к соответствующим разрядным входам первого цифроаналогового преобразователя, а выход переноса соединен с тактовым входом второго счетчика импульсов, информационные выходы которого соединены с соответствующими разрядными входами второго цифроаналогового преобразователя, выход первого цифроакалого- вого преобразователя соединен с первым управляющим входом датчика контроля профиля поверхности мембранного элемента и через первый усилитель - с горизонтальными отклоняющими катушками отклоняющей системы электронной пушки, выход второго цифроаналогового преобразователя соединен с вторым управляющим входом датчика контроля профиля поверхности мембранного элемента и через второй усилитель - с вертикальными отклоняющими катушками отклоняющей системы электронной пушки.

В данном рефлекторе достигнуто значительное повышение точности формирова .- ния его профиля при одновременном снижении массы за счет выполнения управляющего электрода из диэлектрической пле.нки и соответствующего выполнения блока управления, а также за счет отсутствия большого числа высоковольтных изоляторов и конструктивных элементов для крепления управляющих электродов.

Однако основной недостаток, характерный для всех рефлекторов, основанных на использовании электростатических полей для формирования профиля, - высокий уровень радиопомех и плохая электромагнитная совместимость с радиоэлектронной аппаратурой , - полностью сохраняется, что препятствует успешному использованию рефлекторов в радиоприемных устройствах, особенно работающих в СВЧ-диапазо- не.

Цель изобретения - снижение уровня радиопомех и улучшение электромагнитной совместимости,

Это достигается тем, что в адаптивном рефлекторе, содержащем электропроводящий мембранный элемент, соединенный с нулевым потенциалом, датчик контроля профиля поверхности мембранного элемента, соединенный с блоком управления профилем мембранного элемента

включающим тактовый генератор, аналого- цифровой преобразователь, информационные выходы которого соединены с первыми входами схемы сравнения, вторые входы которой подключены к выходам блока памяти, адресные входы которого соединены с соответствующими информационными выходами счетчика импульсов, в блок управления введены N соленоидов, N пру0 жин, N усилителей. N цифроаналоговых преобразователей, N реверсивных счетчиков импульсов, распределитель импульсов, первый и второй элементы И. элемент ИЛИ с N входами и инвертор. При этом сердечник

5 каждого соленоида механически связан с соответствующим участком мембранного элемента и через пружину - с основанием устройства, первые выводы катушек соленоидов соединены с общей шиной, второй вы0 вод каждой катушки соленоида подключен к выходу соответствующего усилителя, вход которого соединен с выходом соответствующего цифроаналогового преобразователя, разрядные входы которого подключены к

5 информационным выходам соответствующего реверсивного счетчика импульсов, входы сложение - вычитание которых соединены с первым выходом схемы сравнения, а тактовый вход каждого реверсивного

0 счетчика импульсов соединен с соответствующим выходом распределителя импульсов, управляющие входы которого соединены с соответствующими информационными выходами счетчика импульсов и входами эле5 мента ИЛИ, выход которого подключен к управляющему входу датчика контроля профиля поверхности мембранного элемента. Вход распределителя импульсов подключен к выходу первого элемента И. первый вход

0 которого соединен с выходом тактового генератора и вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с тактовым входом счетчика импульсов, а первый вход соединен с вторым выходом схемы сравне5 ния и через инвертор - с вторым входом первого элемента И.

Достижение цели изобретения осуществляется за счет совокупности введенных элементов и связей между ними и в первую

0 очередь за счет введения в блок управления соленоидов, механически связанных с мембранным элементом, а также других элементов, что позволяет отказаться от использования высоких управляющих напря5 жений и исключить электрические пробои и токи утечки.

На чертеже изображена структурная схема адаптивного рефлектора.

Адаптивный рефлектор содержит элект- гюпровод ящий мембранный элемент 1, отдельные участки которого механически связаны с сердечниками соленоидов 2. Сердечники соленоидов 2 также механически связаны через пружины 3 с основанием рефлектора 4. Первые выводы катушек соленоидов 2 соединены с общей шиной, а вторые выводы подключены к выходу соответствующего усилителя 5, вход которого подключен к выходу соответствующего цифроаналогового преобразователя 6. Разрядные входы цифроаналоговых преобразователей 6 соединены с соответствующими информационными выходами реверсивных

счетчиков 7 импульсов, входы сложение-вычитание которых соединены с первым выходом схемы 8 сравнения, а тактовый вход каждого реверсивного счетчика 7 импульсов соединен с соответствующим выходом распределителя 9 импульсов. Управляющие входы распределителя 9 соединены с соответствующими информационными выходами счетчика 10 импульсов, адресными входами блока 11 памяти и входами элемента ИЛИ 12, выход которого подключен к управляющему входу датчика 13 контроля профиля поверхности мембранного элемента 1. Выход датчика 13 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 14, информационные выходы которого подключены к первым входам схемы 8 сравнения, вторые входы которой соединены с выходами блока 11 памяти. Вход распределителя 9 подключен к выходу первого элемента И 15, первый вход которого соединен с выходом тактового генератора 16 и вторым входом второго элемента И 17, выход которого сое,динен с тактовым входом счетчика 10,а первый вход соединен с вторым выходом схемы 8 и через инвертор 18 - с вторым входом первого элемента И 15.

Общие цепи всех элементов соединены с общей шиной устройства (не показано).

Адаптивный рефлектор работает следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии питания производят механическую регулировку профиля рефлектора путем изменения степени натяжения пружин 3, связанных через сердечники соленоидов 2 с различными участками мембранного элемента так, чтобы профиль мембранного элемента был менее вогнутым, чем требуемый. Затем включают питание и датчик 13 начинает сканировать по поверхности мембран- ного элемента 1. При этом на выходе датчика 13 возникают уровни напряжения, соответствующие профилю мембранного элемента 1 в каждой анализируемой точке. Эти уровни напряжения преобразуются аналого-цифровым преобразователем 14 в

цифровой код, поступающий на первые входы схемы 8, на вторые входы которой из блока 11 поступает цифровой код, соответствующий требуемому профилю мембранного элемента в данной точке/ его поверхности. Так как число, Написанное в блоке 11, больше числа, считываемого с выхода аналого-цифрового преобразователя 14, то на первом выходе схемы 8 высокий

0 уровень напряжения, на ее втором выходе - низкий уровень напряжения. Высокий уровень напряжения с первого выхода схемы 8 поступает на входы сложение-вычитание реверсивных счетчиков 7 и устанавливает их

5 в режим Сложение. Низкий уровень напряжения с второго выхода схемы 8 поступает на второй вход элемента И 17 и через инвертор 18 - на первый вход первого элемента И 15. Низкий уровень напряжения,

0 поступающий на второй вход элемента И 15, запирает его, и импульсы тактового генератора 16 не проходят на вход счетчика 10, информационные выходы которого соединены с соответствующими управляющими

5 входами распределителя 9, адресными входами блока 11 и входами элемента ИЛИ 12. Это вызывает прекращение сканирования датчика 13 и фиксацию состояния счетчика 10 и распределителя 9 в положении, соот0 ветствующем данной анализируемой точке поверхности мембранного элемента 1. При этом низкий уровень напряжения, поступающий на вход инвертора 18, преобразуется в высокий уровень напряжения, который по5 дается на первый вход элемента И 15 и открывает его. Импульсы тактового генератора 16 проходят через элемент И 15, поступают на распределитель 9 и через него попадают на вход соответствующего ревер0 сивного счетчика 7, выходное число которого начинает увеличиваться, что приводит к увеличению напряжения на выходе соответствующего цифроаналогового преобразователя 6 и усилителя 5. Это приводит к

5 увеличению тока в соответствующей катушке соленоида 2 и втягиванию его сердечника внутрь катушки, Сердечник соленоида 2, механически связанный с соответствующим анализируемым в данный момент участком

0 поверхности мембранного элемента 1, деформирует данный участок поверхности до тех пор, пока профиль в данной точке не будет соответствовать требуемому. После этого на втором выходе схемы 8 возникает

5 высокий уровень напряжения, который отпирает элемент И 17,При этом импульс тактового генератора 16, проходя через элемент И 17, устанавливает счетчик 10, распределитель 9, блок 11 и датчик 13 в состояние, соответствующее очередному участку

профиля поверхности мембранного элемента 1. Процесс корректирования профиля этого и других участков протекает аналогично описанному и продолжается до тех пор, пока профиль всей поверхности мембранного 5 элемента 1 не будет соответствовать заданному.

Если профиль поверхности мембранного элемента станет более вогнутым, чем требуемый, например вследствие воздействия 10 высокой температуры, то выходное напряжение датчика 13 будет больше, соответственно выходное число аналого-цифрового преобразователя 14 будет больше, чем число, записанное в блоке 11, и на первом и 15 втором выходах схемы 8 будет низкий уровень напряжения, который с первого выхода схемы 8 поступает на входы сложение-вычитание реверсивных счетчи- ков 7 и устанавливает их в режим Вычита- 20 ние. Импульсы тактового генератора 16, проходя через элемент И 15, поступают на распределитель 9 и через него - на вход соответствующего реверсивного счетчика 7, выходное число которого начинает умень- 25 шаться, что приводит к изменению напряжения на выходе соответствующего цифроаналогового преобразователя 6 и усилителя 5. Это приводит к уменьшению тока в соответствующей катушке соленоида 2 и 30 уменьшению деформации данного участка поверхности мембранного элемента до тех пор, пока профиль поверхности в данной точке не будет соответствовать требуемому. После этого на втором выходе схемы 8 воз- 35 никает высокий уровень напряжения(кото- рый открывает элемент И 17, при этом импульс тактового генератора 16 устанавливает счетчик 10, распределитель 9, блок 11 и датчик 13 в состояние, соответствующее 40 очередному участку профиля поверхности мембранного элемента 1.

Сканирование датчика 13 происходит синхронно с переключением корректируемых участков поверхности мембранного 45 элемента, т.е. в каждый момент времени контролируется тот участок поверхности мембранного элемента, который анализируется. Синхронизация осуществляется путем подачи синхронизирующих импульсов с вы- 50 хода счетчика 10 через элемент ИЛИ 12 на управляющий вход датчика контроля профиля поверхности.

В процессе работы рефлектора происходит периодическое сканирование датчика 55 контроля профиля поверхности и, если вследствие температурных или каких-либо других факторов происходит отклонение профиля отдельных участков поверхности мембранного элемента от заданного, ток соленоидов изменяется, что приводит к изменению степени деформации мембраны %гдо получения заданного профиля.

В предлагаемом рефлекторе по сравнению с известными рефлекторами с электростатическим управлением достигается полное устранение электромагнитных помех, что обеспечивает высокую чувствительность радиоприемных устройств и хорошую электромагнитную совместимость с любой радиоэлектронной аппаратурой. Его преимуществом является также более высокая надежность, обусловленная исключением возможности высоковольтных пробоев и отсутствием высоковольтного источника питания.

Изобретение позволяет создать крупногабаритные космические рефлекторы, ис- пользуемые в радиотелескопах, радиолокаторах и других устройствах, работающих в СВЧ-диапазоне. Отсутствие собственного электромагнитного излучения позволяет реализовать высокую чувствительность современных радиоприемных устройств, работающих в СВЧ-диапазоне. Кроме того, изобретение может быть использовано при создании наземных радиотехнических устройств, так как его работоспособность не зависит от давления окружающей среды.

Формула изобретения

Адаптивный рефлектор, содержащий электропроводящий мембранный элемент, соединенный с нулевым потенциалом, датчик контроля профиля поверхности мембранного элемента, соединенный с блоком управления профилем мембранного элемента, включающим тактовый генератор, аналого-цифровой преобразователь, информационные выходы которого соединены с первыми входами схемы сравнения, вторые входы которой подключены к выходам блока памяти, адресные входы которого соединены с соответствующими информационными выходами счетчика импульсов, отличающийся тем, что, с целью снижения уровня радиопомех и улучшения электромагнитной совместимости, в блок управления введены N соленоидов, N пружин, N усилителей, N цифроаналого вых преобразователей, N счетчиков импульсов, распределитель импульсов, первый и второй элемент И, элемент ИЛИ с N входами и инвертор, причем сердечник каждого соленоида механически связан с соотрет- ствующим участком мембранного элемента и через пружину - с основанием устройства, первые выводы катушек соленоидов соединены с общей шиной, второй вывод каждой катушки соленоида подключен к выходу сответствующего усилителя, вход которого соединен с выходом соответствующего циф- роана/югфефго и рео&раэователя, разрядные входы которого подключены к информационным выходам соответствующего реверсивного счетчика импульсов, входы сложение-вычитание которых соединены с первым выходом схемы сравнения, а тактовый вход каждого реверсивного счетчика импу/и е®в соединен с соответствующим выходом распределителя импульсов, управляющие входы которого соединены с соответствующими информационными вы0

ходами счетчика импульсов и входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к управляющему входу датчика контроля профиля поверхности мембранного элемента, вход распределителя импульсов подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом тактового генератора и вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с тактовым входом счетчика импульсов, а первый вход соединен с вторым выходом схемы сравнения и через инвертор - с вторым входом первого элемента И. ,

Изобретение относится к устройствам для концентрации энергии- в СВЧ, оптическом и ИК-диапазонах. Цель изобретения снижение уровня радиопомех и улучшение электромагнитной совместимости. Это достигается за счет введения соленоидов 2, механически связанных с участками мембранного элемента 1. При сканировании датчиком 13 контроля профиля поверхности мембранного элемента 1 уровни напряжений анализируемых участков поверхности преобразованных в цифровые коды, сравниваются с цифровыми кодами, соответствующими требуемому профилю мембранного элемента 1. В результате сравнения кодов вырабатываются управляющие сигналы, обеспечивающие изменение тока соленоидов 2 и соответствующую деформацию уча- стков поверхности мембранного элемента 1. 1 ил. « & ( 00 Јь Qv