Способ контроля радиоантенны Советский патент 1993 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для получения информации об качестве формы поверхности отражателя радиоантенны, ее диаграмме направленности и направлении оси радиоизлучения.

Целью изобретения является повышение точности контроля радиоантенны путем учета деформаций отражающей поверхности зеркала.

Указанная цель достигается усовершенствованием известного спосрба контроля радиоантенны, включающего освещение плоских оптических отражателей (ПОО), равномерно расположенных на отражающей поверхности зеркала радиоантенны, потоком оптического излучения от источника, установленного на геометрической оси радиоантенны и жестко соединенного с ней и анализ распределения излучения, отраженного от ПОО.

Усовершенствование заключается в . том, что ПОО устанавливаются в отверстиях, выполненных в зеркале радиоантенны, совмещая их геометрические центры с отра жающей поверхностью зеркала. Устанавливают, между каждым ПОО и источником оптического излучения фокусирующий элемент. Затем разворачивают ПОО на угол

й| 45° - 0,5 arctg AXi/ AY|.

где «j - угол между нормалью к отражающей поверхности зеркала и нормалью к ПОО в плоскости; проходящей через геометрическую ось радиоантенны и центр 1-го ПОО;

А Х| - длина перпендикуляра, опущенного из центра 1-го ПОО на геометрическую ось радиоантенны;

ДУ| - расстояние от основания 1-го перпендикуляра до источника оптического излучения, отсчитываемое в сторону фокуса радиоантенны,

В этом положении фиксируют ПОО, а затем определяют три координаты соответствующих 1-х изображений источника оптического излучения в предфокальной и/или зафокальной плоскости, по которым судят о качестве радиоантенны.

е

00

О 00

fcb

СА

В двухзеркальных системах радиоантенны на вторичном зеркале можно устанавливать дополнительные ПОО по касательным к отражающей поверхности, оптически соединенные с ПОО на отражающей поверхности зеркала радиоантенны.

Возможно также источник оптического излучения и все ПОО перед фиксацией смещать от отражающей поверхности в одну сторону на одинаковые расстояния по направлению, параллельному геометрической оси радиоантенны.

На фиг.1...3 показаны возможные варианты исполнения радиоантенн с устройствами, реализующими заявляемый способ; на фиг.4 - геометрические построения для обоснования угла разворота нормали к поверхности плоского оптического отражателя.

На фиг.1-3 обозначены: 1 - первичное зеркало радиоантенны, 2 - вторичное зеркало радиоантенны: 3 - геометрическая ось радиоантенны; 4 - радиоизлучение об бесконечно удаленного источника, находящегося на оси радиоантенны, 5 - фокус первичного зеркала радиоантенны, 6 - фокус радиоантенны, 7 - источник оптического излучения, 8 - плоские оптические отражатели, 9 - фокусирующие элементы. Кроме того, на фиг,4 обозначены: 10 - нормаль к радиоотражающей поверхности антенны; 11 - углы падения и отражения радиоизлучения; 12(1) и 12(2)-нормали к поверхности оптического отражателя при двух положениях источника 7(1) и 7(2); 13 - углы падения и отражения излучения при расположении источника оптического излучения в 7(1): 14 - половина угла между направлениями на два положения источника излучения 7(1) и 7(2) при наблюдении из центра плоского оптического отражателя 8.

На фиг.1 и фиг.2 изображены радиоантенны по схеме Ньютона с парэбалоидаль- ным зеркалом 1, а на фиг.З - по схеме Грегори с парабалоидальным зеркалом 1 и эллипсоидальным зеркалом 2. Геометрические оси радиоантенн 3 направлены на бесконечно удаленный радиоисточник, на рисунках не показанный. Радиоизлучение 4 отражается от поверхности радиоантенны и направляется в фокус первичного зеркала 5, совпадающий в схеме Ньютона с фокусом радиоантенны 6. В схеме Грегори радиоизлучение после фокуса первичного зеркала 5 отражается от вторичного зеркала 2 и направляется в фокус 6 радиоантенны. Свет от источника оптического излучения 7 с геометрической оси антенны 3 плоскими оптическими отражателями 8 направляется в фокус первичного зеркала 5 и фокус радиоантенны 6, при этом в схеме Грегори вторич но отразившись от плоского оптического отражателя 8, установленного на вторичном зеркале 2. Фокусирующие элементы 9 строят изображение источника оптического излучения 7 в фокусе радиоантенны 6.

Контроль радиоантенны производится следующим образом.

Устанавливают источник оптического

излучения 7 в параксиальной области геометрической оси 3 радиоантенны. На фиг.1 и 3 используются предзеркальный, а на фиг.2 зазеркальныйучастки геометрической оси.

5 Устанавливают в равномерно расположенных по апертуре радиоантенны отверстиях плоские оптические отражатели 8. совмещая геометрические центры их поверхностей с радиоотражающей поверхностью

0 1 антенны. За поверхность антенны 1 в точке, соответствующей центру поверхности плоского геометрического отражателя 8, принимают поверхность антенны 1 при отсутствии отверстия. Не нарушая совмеще5 ния, .разворачивают плоский оптический отражатель 8 на угол, обеспечивающий попадание излучения от источника света 7 в фокус радиоантенны при идеальном-испол- нении поверхности зеркала 1 (зеркал 1 и 2).

0Обоснование математического выражения, приведенного в заявляемом способе, удобно проводить, используя рисунок фиг.4. На нем имеются две параллельные прямые, изображаемые линиями распространения

5 радиоизлучения 4 и геометрической осью 3. Расположим источник оптического излучения в точке 7(1), являющейся основанием перпендикуляра, отпущенного из центра плоского оптического отражателя 8. Развер0 нем отражатель таким образом, чтобы излучение из т. 7(1) шло в фокус 5. Как следует из рисунка фиг.4; ( 13) + ( 13) + ( 11) + ( 11) 90°. А угол между нормалями 10 и 12(1), равный сумме углов ( 1 Т) и ( 13), составляет

5 45°. Переместим источник оптического излучения в-т. 7(1) в точку 7(2) и развернем плоский оптический отражатель из положения 8(1) в положение 8(2) так, чтобы излуче- ние вновь попало в фокус 5. Для этого

0 необходимо развернуть нормаль к плоскому оптическому отражателю из п.оложения 12(1) в положение 12(2). т.е. на угол ( 14), равный половине угла между направлениями на два положения источника оптического

5 излучения 7(1) и 7(2). Угол между нормалью к поверхности радиоантенны 10 и нормалью к плоскому оптическому отражателю составит при этом угол-а 45° - ( 14)

Из треугольника 7(1): 8: 7(2) следует. что

)+.(14)( 14) + ( 4) arctg AXi/AYi

и искомый угол я 45° - 0,5 arctg Д Xi/ Д Yi

Положительное направление по оси X отсчитывается от основания перпендикуляра 7(1) в сторону фокуса 5 радиоантенны.

После разворота плоских оптических отражателей их фиксируют, т.е. закрепляют относительно радиоотражающей поверхности антенны, обеспечивая неизменность углов о.

Огибающая поверхность, проходящая через центры всех плоских оптических отражателей 8, при этом совпадаете радиоотражающей поверхностью антенны 1.

При деформации участка радиоотражающей поверхности 1 в районе плоского оптического отражателя 8 и радиолучи и оптическое излучение отклоняются от фокуса на одинаковые углы.

Для концентрации оптического излучения устанавливают между каждым плоским оптическим отражателем 8 и источником излучения 7 фокусирующий элемент 9 оптиче- ской осью на линию, соединяющую геометрический центр плоского оптического отражателя 8 и источник излучения 7. Благодаря такой установке направление оси дискретного пучка относительно оптического излучения 7, проходящего через плоский оптический отражатель 8, фокусирующим элементом 9 не изменяется. Фокусные расстояния фокусирующих элеме.нтов 9 выбирают такими, чтобы каждый фокусирующий элемент 9 строил изображение источника оптического излучения 7 в фокусной плоскости радиоантенны 6, т.е. чтобы было осуществлено оптическое сопряжение источника оптического излучения 7 и фокуса радиоантенны 5, 6. Для выбора фокусного расстояния измеряют отрезки между источниками излучения 7 и фокусом 5, 6 и между фокусирующим элементом 9 и центром плоского оптического отражателя 8 и используя ранее измеренные отрезки ДХ| и ДУ|, определяют аналитически фокусное расстояние по формуле Ньютона (fr Xi Xi1). Выполнив указанные действия, определяют три координаты соответствующих 1-х изображений источника излучения в .предфокальной и/или зафокальной плоскости. Дальнейшая обработка измерений производится по методу Гартмана. При этом определяют положение фокуса, координаты центра фокальной плоскости, смещение изображения источника оптического излучения относительно него, параметры параболоида, наилучшим образом приближающегося к истинной поверхности зеркала и сведения о местных ошибках поверхности 5 зеркала в местах крепления плоских оптических отражателей. Кроме того, используя координаты центров плоских оптических отражателей, координаты центра фокальной плоскости и рабочую длину радиоизлу0 чения, возможен аналитический расчет диаграммы радиоизлучения для антенны, Зная координаты радиоизлучателей или входов радиоприемных устройств по координатам центра фокальной плоскости не5 трудно определить положение радиооси антенны.

В двухзеркальных системах радиоантенн можно устанавливать на вторичном зеркале 2 дополнительные плоские оптиче0 ские отражатели 8 (фиг.З) по касательным к радиоотражающей поверхности. Они должны быть оптически соединены с соответствующими им плоскими оптическими отражателями 8 на радиоотражающей по5 верхности первичного зеркала 1. Это означает, что оптическое излучение, пройдя от источника 7 через фокусирующий элемент 9 и плоский оптический отражатель 8 на первичном зеркале 1, должно быть направлено

0 через фокус первичного зеркала 5 (может быть мнимым в случае схемы Кассегрена) на плоской оптический отражатель 8 на вторичном зеркале 2, а оттуда в фокус 6 радиоантенны. Там же должно быть построено

5 изображение источника оптического излучения 7.

Возможно также смещение (до фиксации) всех плоских оптических отражателей - 8 и источника оптического излучения 7 от

0 радиоотражающей поверхности 1, 2 в одну сторону на одинаковые расстояния по направлению, параллельному геометрической оси 3 радиоантенны. При этом плоские оптические отражатели смещаются парал5 лельно самим себе, т.е. без изменения угла а. Такое смещение позволяет либо отказаться от вырезания отверстий в радиоотражающей поверхности 1, либо закрыть эти отверстия радиоотражающей оптически

0 прозрачной крышкой (металлическая сетка, стекло с прозрачным токопроводящим покрытием и т.п.). Естественно, что при этом на величину смещения не совпадают фокуса радиоантенны и оптической модели антен5 ны, что необходимо учитывать при аналитической обработке результатов измерений,

Смещение возможно и в перпендикулярном оси направлении, но при этом различные плоские оптические отражатели оказываются в разных положениях относительно радиоогражающей поверхности, что вызывает неравномерные по величине гравитационные и температурные деформации и усложняет обработку результатов измерений.

Определение координат изображений источника оптического излучения, построенных дискретными потоками, может производиться с использованием фотографических, фотоэлектрических и телевизионных устройств. Возможно проведение измерений в момент работы радиоантенны, для чего по пути излучения перед фокусом устанавливают спектроделитель и одно из излучений отводят в сторону,

Таким образом по описанному способу возможен контроль радиоантенны при любых наклонах антенны и любых азимутах радиоизлучения, включая время приема или передачи радиоизлучения.:

Формул а изобретения

1. Способ контроля радиоантенны, включающий освещение плоских оптических отражателей (ПОО), равномерно расположенных на отражающей поверхности зеркала радиоантенны, потоком оптического излучения от источника, установленного на геометрической оси радиоантенны и жестко соединенного с ней, и анализ распределения излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения качества контроля радиоантенны путем учета деформаций отражающей поверхности зеркала, ПОО устанавливают в отверстиях, выполненных в зеркале радиоантенны, совмещая их геометрические центры с отражающей поверхностью зеркала, устанавливают между каждым ПОО и источником оптического излучения фокусирующий элемент, разворачивают ПОО на угол

tfi 45° -0.5.arctg .-д--.. ..

где (% угол между нормалью к отражающей поверхности зеркала и нормалью к ПОО в плоскости, проходящей через геометрическую ось радиоантенны и центр 1-го ПОО;;

Д YI - длина перпендикуляра, опущенного из центра 1-го ПОО на геометрическую ось радиоантенны;

ДХ| - расстояние от основания 1-го перпендикуляра до источника оптического излучения, отсчитываемое в сторону фокуса радиоантенны, фиксируют ПОО, определяют три координаты соответствующих 1-х изображений

источника оптического излучения, в предфокальной и/мли зафокальной плоскости, по

которым судят о качестве радиоантенны.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я

тем, что в двухзеркальных системах радиоантенны на вторичном зеркале устанавливают дополнительные ПОО по касательным к отражающей поверхности, оптически соединенные с ПОО .на отражающей noBepxAV

сти зеркала радиоантенны.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что источник оптического излучения и все ПОО перед фиксацией смещают от отражающей поверхности в одну сторону на одинаковые расстояния по направлению, параллельному геометрической оси радиоантенны,

Использование: для контроля формы поверхности отражателя радиоантенны. Сущ-, ность изобретения: плоские оптические отражатели устанавливают в отверстиях, выполненных в зеркале, совмещая их геометрические центры с отражающей поверхностью зеркала, отражатели освещают потоком оптического излучения от источника, установленного на геометрической оси антенны и жестко соединенного с ней, разворачивают отражатели на определенный угол и фиксируют, определяют три координаты, соответствующих изображений источника в предфокальной и/или зафокальной плоскости, по которым судят о качестве. Приведен контроль формы для двухзеркаль- ных систем. 2 з.п. ф-лы, 4 ил,