CN111043955B - 一种叠层式准光学馈电网络结构及其调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种叠层式准光学馈电网络结构，包括准光部件安装板，以及设置在准光部件安装板上的上层馈电系统和下层馈电系统；上层馈电系统和下层馈电系统均至少包括：椭球镜、馈源喇叭、频率选择表面/极化栅网以及平面反射镜；准光部件安装板的上层和下层对称设置有测量基准件，椭球镜设计有测量基准平面以及至少一个测量基准孔；频率选择表面/极化栅网通过支架与准光部件安装板连接，支架上设置有安装平面以及测量基准孔；其中，叠层式准光馈电网络系统的累积装配误差，根据各频段链路的平面近场电性能测试结果，计算机械轴方向与各频段电轴方向的夹角，借助多自由度馈源喇叭调节支撑工装，通过调整馈源喇叭指向和方位进行修正。

Description

一种叠层式准光学馈电网络结构及其调节方法
技术领域
本发明涉及一种准光学馈电部件装配精度测试及调整技术领域，尤其涉及一种叠层式准光学馈电网络结构及其调节方法。
背景技术
为满足实际应用时空间分辨率的要求，地球静止轨道探测需工作于微波高频段。并且探测仪是一个多频率、多极化的辐射计系统，目的是探测仪能够在对地观测时同时采集若干个不同频率，不同极化通道的观测数据，进而能够尽可能多地获取大气及地表信息。实现对对大气温度、湿度，降水量以及云层中的冰水含量等多种物理特性进行三维立体探测。由于所有的频率和极化通道共用同一个天线口面，需要在天线系统和各通道的接收机之间添加频率和极化方向选择部件，将天线口面捕获的地面/大气辐射信号分离成不同的频率和极化通道，然后再送至相应的接收机进行处理。这种多频率、多极化的辐射计系统通常使用准光学系统进行馈电。准光学馈电系统主要由反射镜面、馈源喇叭、极化栅网、频率选择表面、平面折返镜等准光部件组成。极化栅网实现垂直极化和水平极化信号按极化分离功能。频率选择表面实现不同频段电磁辐射信号按频率分离的功能。馈源喇叭实现各频段、各极化的空间电磁信号转化至波导系统，并馈送至各对应通道接收机的功能。
准光学馈电网络具有传输效率高、插入损耗小，多通道多极化以及共焦共视轴等优点。利用准光学馈电网络馈电时，因各频段都位于焦点处，所以对辐射性能影响较小。
然而，由于准光馈电网络的工作频段较高，一般为毫米波和亚毫米波段，链路中信号传输的准确性、以及对无源微波接收的灵敏度，一方面对准光部件自身的加工加工精度提出了很高的要求，同时也对各频段链路中的准光部件的集成装配精度和累积装配误差提出了很高的要求。准光部件自身加工精度可以通过高精密的现代加工方法予以保证，但是装配误差的影响需要在工程实践中解决。传统的测量和调整方法中，由于测量基准、测量方法和误差评估方法不同导致装配精度很难满足微米级的精度要求，并且忽略了于链路中准光部件的累积装配误差对于电性能影响。此外，由于准光部件上测量基准的设计形式和数量等，不能充分代表准光部件准确的装配位置，给测量结果带来了很多不确定性。尤其是对于叠层式准光馈电网络，由于测量设备行程或视场的限制，上、下层馈电网络无法采用同测量基准，给测量结果和后续精度调整带来了诸多影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种叠层式准光学馈电网络结构及其调节方法，尤其适用于叠层式准光馈电部件的装调。一方面解决了单一准光部件的装配精度问题，另一方面通过机械测量和电性能测试相结合的方法消除了累积装配误差，实现了叠层式准光馈电部件微米级的装配精度。
针对上述工程实际问题，一方面，本发明提出了一种叠层式准光学馈电网络结构，所述结构包括准光部件安装板，以及设置在所述准光部件安装板上的上层馈电系统和下层馈电系统；
所述上层馈电系统和所述下层馈电系统均至少包括：椭球镜、馈源喇叭、频率选择表面/极化栅网以及平面反射镜；
所述准光部件安装板的上层和下层对称设置有测量基准件，用于建立基准坐标系；
所述椭球镜设计有测量基准平面以及至少一个测量基准孔，用于建立所述椭球镜的测量坐标系和计算装配误差；
所述频率选择表面/极化栅网通过支架与准光部件安装板连接，所述支架上设置有安装平面以及测量基准孔，用于建立频率选择表面/极化栅网的测量坐标系和计算装配误差；
所述平面反射镜用于通过测量其支架的安装平面建立平面反射镜测量坐标系和计算装配误差；
所述馈源喇叭用于通过测量所述馈源喇叭的口面中心及轴线方向判断其装配误差；
其中，所述叠层式准光馈电网络系统的累积装配误差，根据各频段链路的平面近场电性能测试结果，计算机械轴方向与各频段电轴方向的夹角，借助多自由度馈源喇叭调节支撑工装，通过调整馈源喇叭指向和方位进行修正。
可选地，所述测量基准为横截面为正方形的长方体，所述测量基准的两端面平行于所述准光部件安装板且对称分布于所述准光部件安装板的上下两侧，所述准光部件安装板上侧的测量基准设置在所述上层馈电网络的测量基准坐标系A的原点处，所述准光部件安装板下侧的测量基准设置在所述下层馈电网络的测量基准坐标系B的原点处。
可选地，所述测量基准坐标系A的原点OA设置在长方体测量基准件上端面三个正交平面的交点处，端面与相邻两侧面的交线分别为XA轴和YA轴，ZA轴方向满足右手定则；
所述测量基准坐标系B的原点OB设置在长方体测量基准下端面三个正交平面的交点处，端面与相邻两侧面的交线分别为XB轴和YB轴，ZB轴方向满足右手定则；
其中，所述XB轴和所述YB轴的方向分别与所述XA轴和所述YA轴的方向相同。
可选地，所述椭球镜测量基准平面、频率选择表面/极化栅网的支架安装平面以及平面反射镜的安装平面的法线方向与相应的准光部件的机械轴方向相同；所述准光部件上设置有至少一个轴线与准光部件的安装平面垂直测量基准孔；所述椭球镜、频率选择表面/极化栅网支架测量基准孔的数量至少为三个，且至少有一个第一测量基准孔位于垂直于准光部件安装底面长边且过长边中点的平面上，有两个基准孔第二测量基准孔和第三测量基准孔所在平面位于同一高度，且孔心连线平行于准光部件安装平面，同时与准光部件机械轴垂直。
可选地，各准光部件坐标系的X轴方向为准光部件机械轴方向，第二测量基准孔和第三测量基准孔的孔心连线为Y轴方向，坐标系的原点位于第一测量基准孔的圆心；
所述平面反射镜安装支架设置有至少一个测量基准孔和两个相互垂直的安装基准面，所述基准孔的位置和方向与其他准光部件相同；
所述平面反射镜支架测量坐标系原点设置在其基准孔的圆心处，两个安装平面的法线方向分别为两个坐标轴。
可选地，所述馈源喇叭调节支撑工装具有四个调节自由度，包括馈源喇叭上压盖、馈源喇叭托架、横向轴、纵向轴、转轴支架、横向调节滑块以及底座；
所述上压盖设置有锁紧销钉，所述馈源喇叭纵向调整到位后通过所述锁紧销钉与所述馈源喇叭上的销槽锁紧；
所述馈源喇叭托架可实现绕横向轴的旋转，并根据其上的刻度盘确定调旋转角度的大小；
所述横向轴和所述纵向轴分别作为馈源喇叭俯仰角度和侧向摆动角度调整时的旋转中心；
所述转轴支架包括若干弧形腰孔，当转轴支架以横、纵向轴旋转到位后，通过螺钉与所述喇叭托架或所述横向调节滑块锁紧；
所述横向调节滑块具有导轨槽和刻度盘，用于在所述底座上的导轨侧向移动。
根据本发明的另一方面，提供了一种叠层式准光学馈电网络结构的调节方法，基于前述个实施例提供的叠层式准光学馈电网络结构，所述方法包括以下步骤：
步骤S1.建立测量基准坐标系；
步骤S2.建立各准光部件的测量坐标系，所述准光部件包括椭球镜、频率选择表面/极化栅网支架、平面反射镜支架以及馈源喇叭中的至少一种；
步骤S3.根据准光部件测量坐标在基准坐标系与理论值的偏差计算装配误差和确定调整方案；
步骤S4.累积装配误差通过机械测量和平面近场测试数据进行调整。
可选地，述建立测量基准坐标系包括：
将叠层式准光馈电网络放置于三坐标机测量平台上，使用三坐标机分别在测量基准上端面及相邻两个侧面采集测点，每个平面上侧测点数量不少于四个，以三个平面上的测点分别拟合三个平面，所述三个拟合平面的交点为坐标原点OA，以两个侧面的法线方向分为作为XA轴和YA轴建立上层准光馈电网络的测量基准坐标系OA-XAYAZA；
采用相同的方法建立下层准光部件的测量基准坐标系OB-XBYBZB，测量基准坐标系OA-XAYAZA和测量基准坐标系OB-XBYBZB的坐标轴指向相同，空间位置相差ΔZ，为共用基准的高度值。
可选地，所述步骤S2包括：
建立椭球镜测量坐标系OT-XTYTZT；
建立频率选择表面/极化栅网支架测量坐标系OJ-XJYJZJ；
建立平面反射镜测量坐标系OP-XPYPZP。
可选地，所述步骤S4包括：
通过机械测量的方法确定准光馈电网络的机械轴方向；
在扫描范围内移动测量探针，并对每次探针的位置进行测量拟合出探针测量时所形成的扫描面；
利用扫面探针获得准光馈电网络各频段的近场电场分布，通过近远场变换获得远场方向图以及电轴与扫描面的夹角；
根据扫描面的法线方向和各频段电轴与扫描面的夹角，计算各频段的电轴方向，计算机械轴方向与各频段电轴方向的夹角；
根据电轴与机械轴方向的夹角，调整喇叭指向，直到电性能测试结果满足要求。
通过采用上述结构和方法，本申请至少包括以下有益效果：
特定频段整个链路中各准光部件的累积装配误差的消除采用了机械测量、半物理仿真和电性能测试相结合的方法。首先通过三坐标机将链路中所有的椭球镜、平面反射镜、极化栅网/频率选择表面等准光部件的装配精度准确测量调整到位后，针对链路中的累积装配误差引起的通道性能不满足使用要求，首先通过半物理的分析方法，获取各频段馈源喇叭装配精度与其通道性能之间的关系式，然后借助多自由度馈源喇叭调节支撑工装，在测试场内进行电性能测试，根据通道性能测试结果进行馈源喇叭精度调整，直到电性能测试结果满足要求。这种机械测量、半物理分析和电性能测试相结合的方法从根本上解决了装配误差对于电性能影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1是本发明实施例的叠层式准光馈电网络结构示意图；
图2是本发明实施例的共用测量基准局部放大图；
图3是本发明实施例的椭球镜结构示意图；
图4是本发明实施例的频率选择表面/极化栅网支架结构示意图；
图5是本发明实施例的平面反射支架测量基准结构示意图；
图6是本发明另一实施例的叠层式准光馈电网络结构示意图。
符号说明：
1为上层准光馈电网络
2为下层准光馈电网络
3为准光部件安装板
4为共用测量基准
5为椭球镜工作表面
6为椭球镜安装面长边
7为椭球镜口面测量基准面
8为椭球镜右侧测量基准孔
9为椭球镜顶部测量基准孔
10为椭球镜左侧测量基准孔
11为椭球镜前安装孔
12为频率选择表面/极化栅网支架安装基准面
13为频率选择表面/极化栅网支架左侧测量基准孔
14为频率选择表面/极化栅网支架顶部测量基准孔
15为频率选择表面/极化栅网支架右侧测量基准孔
16为频率选择表面/极化栅网支架安装面长边
17为频率选择表面/极化栅网支架前安装孔
18为平面反射镜前安装基准面
19为平面反射镜下安装基准面
20为平面反射镜支架安装基准面
21为平面反射镜支架前安装孔
22为平面反射镜支架测量基准孔
23为馈源喇叭
24为馈源喇叭上压盖
25为馈源喇叭托架
26为转轴支架
27为横向轴
28为底座
29为横向调节滑块
30为纵向轴。
具体实施方式
以下将结合图1至图2对本发明提供的一种叠层式准光部件装配精度检测及调整方法进行详细的描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
本发明提供的一种叠层式准光部件装配精度检测及调整方法，主要解决叠层式准光学馈电部件的装配精度检测及调整问题。叠层式馈电网络的组成如图1所示，主要包括上层准光馈电网络1、下层准光馈电网络2、准光部件安装板3和共用测量基准4。其中，上、光馈电网络分别包含若干准光部件。
该测量基准为长方体，横截面为正方形，外形尺寸加工精度为亚微米量级，各正交面的角度误差小于3″。测量基准对称安装于准光部件安装板的厚度方向，端面平行于安装板。在测量上层准光馈部件的装配精度时，以测量基准的上端面和相邻两个侧面构成的三个正交平面建立测量基准坐标系A，坐标原点为三个正交平面的交点为原点OA，端面与相邻两侧面的交线分别为XA轴和YA轴，ZA轴方向满足右手定则。在测量下层准光馈部件的装配精度时，以测量基准的下端面和相邻两个侧面构成的三个正交平面建立测量基准坐标系B，坐标原点为三个正交平面的交点为原点OB，端面与相邻两侧面的交线分别为 XB轴和YB轴，ZA轴方向满足右手定则。基准坐标系A和基准坐标系B的坐标轴指向相同。因此基于两个基准坐标系测量的上层和下层准光馈电部件的坐标值只需在Z轴坐标值上加减恒定值，即测量基准的高度，便可将所有的测量数据统一于统一测量坐标系下。对于叠层式准光馈电网络系统，这种共用基准解决了由于测量设备自身能力或视场限制等因素，导致的上层馈电网络和下层馈电网络无法同时检测，只能通过翻转选用不同测量基准分别检测，所引进的测量误差，和繁琐的坐标系转换问题，大幅提升了测量灵活性和测量结果的可靠性。同时，由于所有的准光馈电部件均相对于统一测量基准进行精度调整，更有利于装配精度的提升。
本发明中，根据准光学馈电部件自身的结构特点，将准光部件分为具有代表性的几类，并针对不同的类别设计不同测量基准，建立不同的装配误差测量和评估方法。其中所有的椭球镜、频率选择表面/极化栅网支架至少包含三个测量基准孔，且至少有一个第一测量基准孔位于垂直于准光部件安装底面长边且过长边中点的平面上，有两个基准孔第二测量基准孔和第三测量基准孔所在平面位于同一高度，且孔心连线平行于准光部件安装平面，同时与准光部件机械轴垂直。在建立准光部件测量坐标系时，坐标系的X轴方向为准光部件机械轴方向，第二测量基准孔和第三测量基准孔的孔心连线为Y轴方向，坐标系的原点位于第一测量基准孔的圆心。平面反射镜安装支架至少设计有一个测量基准孔和两个相互垂直的安装基准面，基准孔的位置和方向与其他准光部件相同。平面反射镜支架测量坐标系原点位于基准孔的圆心，两个安装平面的法线方向分别为两个坐标轴。馈源喇叭的装配精度通过喇叭口面圆心的位置和喇叭轴线方向评估，测量坐标系的原点位于喇叭口面圆心，喇叭轴线方向和安装面的法线方向分别为X轴和Z轴。这种测量基准的设计形式和测量坐标系的建立方法具有通用性，能够有效避免测量设备与准光部件的干涉，同时方便计算装配误差和指导精度调整。
本发明中，准光部件X轴为机械轴方向，其与安装面的夹角为准光部件的指向偏差，通过沿着安装面短边方向进行精度调整；Y轴为平行于安装面的长边方向，其与理论方向的夹角代表准光部件面内的安装角度误差，通过螺纹孔装配间隙绕Z轴方向旋转进行精度调整；Y轴与安装面的夹角用于计算准光部件安装面长度方向两侧的高低差，通过垫片或修锉调整。测量坐标系Z轴与理论安装面法线夹角用于验证精度调整情况。这种测量基准的设计形式和坐标系的建立方法能够最大限度的反映准光部件真实的装配情况，方便精度调整。
本发明中，提供了累积装配误差的解决和调整方案。特定频段整个链路中各准光部件的累积装配误差的消除采用了机械测量、半物理仿真和电性能测试相结合的方法。首先通过三坐标机将链路中所有的椭球镜、平面反射镜、极化栅网/频率选择表面等准光部件的装配精度准确测量调整到位后，针对链路中的累积装配误差引起的通道性能不满足使用要求，首先通过半物理的分析方法，获取各频段馈源喇叭装配精度与其通道性能之间的关系式，然后借助多自由度馈源喇叭调节支撑工装，在测试场内进行电性能测试，根据通道性能测试结果进行馈源喇叭精度调整，直到电性能测试结果满足要求。这种机械测量、半物理分析和电性能测试相结合的方法从根本上解决了装配误差对于电性能影响。
本发明中具体实施方案分为以下步骤：
1.建立测量基准坐标系。测量过中，将图1所示的叠层式准光馈电网络放置于三坐标机测量平台上，使用三坐标机分别在测量基准上端面及相邻两个侧面采集测点，每个平面上侧测点数量不少于四个，然后以三个平面上的测点分别拟合三个平面。以三个拟合平面的交点为坐标原点OA，以两个侧面的法线方向分为作为XA轴和YA轴建立上层准光馈电网络的测量基准坐标系 OA-XAYAZA，如图2所示。待上层准光馈电部件的装配精度测量完成后，将图 1所示的准光馈电网络系统翻转180°，采用相同的方法建立下层准光部件的测量基准坐标系OB-XBYBZB。测量基准坐标系OA-XAYAZA和测量基准坐标系 OB-XBYBZB的坐标轴指向相同，空间位置相差ΔZ，为共用基准的高度值。
2.建立准光部件测量坐标系。根据准光部件的结构特征，分为椭球镜、频率选择表面/极化栅网支架、平面反射镜支架、馈源喇叭。
建立椭球镜测量坐标系：如图3所示，椭球镜共用三个轴线方向垂直于安装面的基准测量孔8，9，10和一个测量基准平面7。基准孔8和10对称分布在椭球镜的两侧且位于同一平面内。测量基准孔10位于过安装面长边6中点且垂直于安装面的平面内。测量基准平面7的法线方向能够反映出椭球镜工作面5 的指向。使用三坐标测量设备在椭球镜口面测量基准面7上采集测点，拟合平面PT，测量8，9，10三个基准孔的圆心。以基准孔9的圆心为坐标原点OT，以 PT平面的法线方向为XT轴，以基准孔10和8的孔心连线为YT轴建立椭球镜测量坐标系OT-XTYTZT。
建立频率选择表面/极化栅网支架测量坐标系：如图4所示频率选择表面/ 极化栅网支架有三个轴线方向垂直于安装面的基准测量孔13，14，15和一个安装基准平面12。基准孔13和15对称分布两侧且位于同一平面内。测量基准孔14位于过安装面长边16中点且垂直于安装面的平面内。安装基准平面12的法线方向能够反映出极化栅网/频率旋转表面的指向。使用三坐标测量设备在支架安装基准面12上采集测点，拟合平面PJ，测量13，14，15三个基准孔的圆心。以基准孔14的圆心为坐标原点OJ，以PJ平面的法线方向为XJ轴，以基准孔 13和15的孔心连线为YJ轴建立频率选择表面/极化栅网支架测量坐标系 OJ-XJYJZJ。
建立平面反射镜测量坐标系：如图5所示，平面反射支架测量基准由一个轴线垂直于支架安装面的基准孔22和两个安装基准平面18和19组成。基准孔 22位于过安装面长边20中点且垂直于安装面的平面内。安装基准面18和19相互垂直。三坐标测量设备分别在18和19上采集测点，并拟合平面。以基准孔 22的圆心OP为原点，两个拟合平面的法线方向分别为XP轴YP轴建立测量坐标系OP-XPYPZP。
3.准光部件装配误差评估及调整方法。根据准光部件测量坐标在基准坐标系与理论值的偏差计算装配误差和确定调整方案。椭球镜、频率选择表面/极化栅网支架及平面反射镜支架装配误差的计算和调整方法相同，下文以椭球镜为例介绍具体实施方案，流程如下：(1)先将测量数据及所建立的测量坐标系导入到设计模型中，计算出XT轴与椭球镜安装面的夹角ΔαT，ΔαT代表椭球镜口面的俯仰偏差，沿椭球镜安装面短边方向调整。设椭球镜前安装孔11 圆心在测量坐标系OT-XTYTZT中的坐标值为(ΔXT，ΔYT，ΔZT)，则沿安装面短边方向，两个前安装角高度需调整±ΔXT·sin(ΔαT)值，正负值根据ΔαT的偏差方向确定，通过垫片或修锉完成。调整ΔαT的偏差之后继续使用同样的方法重新建立测量坐标系，直至ΔαT值满足装配精度要求。(2)读取测量基准孔8 和10的圆心坐标值，并计算在ZT方向上的坐标值之差ΔZT，以实测位置与理论位置更接近的圆心为基准，调节另一基准孔下方安装角的高度，调节量为±ΔZT，正负值根据参考孔的位置确定，通过垫片或修锉完成。ΔZT的偏差之后继续使用同样的方法重测量孔心坐标和计算两孔心高度差，并根据测量结果调整，直至ΔZT值满足装配精度要求。(3)完成上述两步调整后，取点建立测量坐标系，计算YT轴与安装面夹角ΔβT，ΔβT代表椭球镜口面在安装面内的角度偏差，通过椭球镜绕ZT轴旋转±ΔβT调整，正负值根据角度偏差方向确定。旋转可以借助预留的孔位装配间隙完成，或根据需要采用扩孔或重新加工装配孔的方法完成。(4)完成上述调整过程后，重新取点建立测量坐标系，在基准测量坐标系下，计算测量坐标系位置与理论坐标系的位置偏差，然后通过沿三个坐标轴方向的平移，使得测量坐标系位置与理论坐标系位置偏差满足精度要求。
4.累积装配误差的评估及调整方法。累积装配误差通过机械测量和平面近场测试数据进行调整。首先通过机械测量的方法确定准光馈电网络的机械轴方向；然后在扫描范围内移动测量探针，并对每次探针的位置进行测量，通过数次测量获得的探针位置，拟合出探针测量时所形成的扫描面；利用扫面探针获得准光馈电网络各频段的近场电场分布，通过近远场变换获得远场方向图。远场方向图中波束中心相对于坐标原点的偏移即为电轴与扫描面的夹角；根据扫描面的法线方向和各频段电轴与扫描面的夹角，计算各频段的电轴方向，然后计算机械轴方向与各频段电轴方向的夹角；根据电轴与机械轴方向的夹角，通过图6所示馈源喇叭调节支撑工装微调喇叭指向，直到电性能测试结果满足要求。
馈源喇叭23的调节主要包括位置调整和指向调整。位置调整即调节馈源口面在三个坐标轴方向平移，指向调节包括俯仰和侧向摆动。具体方法如下：沿XF轴向调整时，解锁上压盖24，馈源喇叭沿轴向自由移动。沿YF向调整时，通过横向调节块29沿底座28上的导轨平移实现。馈源喇叭沿ZF向平移通过预置垫片或补充垫片的方法实现。俯仰角度调节时，解锁横向轴27，转动托架 25，使其带动馈源喇叭绕横向轴转动，并根据转轴支架26上的刻度盘，确定角度调节量。俯仰角度调整结束后，通过转轴支架26上的弧形腰孔和托架25 上的螺纹孔，使用螺钉固定锁紧，同时锁定横向轴27。馈源喇叭侧向摆动调节时，解锁纵向轴30，通过转轴支架26的绕纵向轴30的旋转带动馈源喇叭侧向摆动。侧向摆动角度的调节量通过横向调节块29上的刻度盘确定。侧向摆动角度调节完成后，通过转轴支架26上的弧形腰孔和横向调节块29上的螺纹孔，使用螺钉锁紧，同时锁紧纵向轴30。
综上所述，本发明装配精度检测及调整方法的优点至少包括：
1.较好的解决了准光部件测量基准的设计和选择问题，并且具有较强的通用性。本发明中根据准光部件自身的结构特征，设计和选择不同的测量基准建立测量坐标系用于装配精度检测。所述的测量基准孔轴线垂直准光部件安装面，且用于建立坐标轴的两个基准孔之间的距离与准光部件的宽度相当，既方便测量又避免了以点代面的问题。所有的测量坐标系均以X轴代表准光部件的机械轴方向，Y轴平行于准光部件安装面的长边方向，Z轴方向垂直于安装面。机械轴方向以准光部件口面测量基准面或安装基准面上的多个测点拟合确定，所选测点沿准光部件口面圆周分布，能够真实的反映安装状态。Y轴通过准光部件安装面长边方向的两个基准孔确定，能够真实的反映了准光部件安装面内的角度偏差。Z轴垂直于安装面，用于检验装配精度的调整情况和进行位移调整。这种测量基准的设计和坐标系的建立方法能够真实的反映装配情况，直观的评估装配误差，方便精度调整。
2.提出了一种较好的评估准光部件装配误差的评估方法。装配的位移误差主要通过准光部件测量坐标系在基准坐标系下与理论位置的偏差直接求得。角度偏差包括俯仰角度偏差和面内夹角偏差。基于上述测量坐标系的建立方法，当俯仰角度偏差为Δα，安装面短边方向前安装孔心在测量坐标系X轴方向的坐标值为ΔX时，则两个前安装角高度需调整±ΔX·sin(Δα)值，正负值根据ΔαT的偏差方向确定。当面内角度偏差为Δβ时，准光部件需绕测量坐标系的 Z轴旋转±Δβ调整，正负值根据角度偏差方向确定。这种装配误差的评估方法简单、可行，而且能够直接指导精度调整，效率较高。
3.提供了一种较好的准光部件装配误差的调整方法。准光部件装配精度调整的基本思路是先调整角度偏差再调整位移偏差。具体的调节顺序为，首先调节俯仰角度偏差，即测量坐标系的X轴与安装面的角度偏差，通过短边方向安装孔的高度进行调节。其次调节绕X轴的旋转偏差，即测量坐标系Y轴与安装面的角度偏差，通过长边方向的安装孔的高度进行调节。然后调节面内的角度偏差，即测量坐标系Y轴与理论口面的夹角，通过绕Z轴的旋转进行调节。最后，所有角度偏差调节满足要求后，通过测量坐标系与理论位置的偏差读取所需调节位移值。本发明根据不同的装配误差给出了调节方法和调节量。具体操作时可选择工程中常用的如垫片、修锉、借用预留装配间隙、合理设计配合孔尺寸等简便的方法，也可通过其他辅助工装进行调节。
4.提出了一种叠层式准光学馈电网络采用共用测量基准的方法。传统的测量方法中，由于受到测量设备限制，如三坐标机，对于叠层式准光馈电网路系统，上层馈电网络测试完成后，需准光安装板法向方向翻转180°才能对下层准光馈电网络进行测量，因此上层馈电网络的测量基准无法在测量下层馈电网络时使用，而不同的测量基准需经过复杂的坐标变换才能将测量数据转化到同一测量基准坐标系下，不仅过程繁琐，而且选用不同的测量基准容易引入测量误差。本发明中的共用基准为一体结构，上、下层准光系统以共用基准建立的坐标系，只在Z轴方向相差恒定值，简化了数据结算过程、减小了测量误差。
5.提出了一种机械性测量与电性能测试相结合的方法，较好的解决了链路中准光部件的累积装配误差。累积装配误差的测量和调整结合了机械测量、半物理仿真和电性能测试的方法。在保证了链路中各准光部件装配精度满足要求后，通过半物理仿真的方法推算出馈源喇叭位移和角度误差与波束指向和波束宽度的线性关系表达式。根据电性能测试结果，借助馈源喇叭调节支撑工装，调节馈源口面的位置和波束指向，直到电性能测试指标满足要求。这种累积装配误差的测量和调节方法从根本上保证了准光馈电系统的电性能。
本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围。尽管也已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (10)

1.一种叠层式准光学馈电网络结构，其特征在于：所述结构包括准光部件安装板，以及设置在所述准光部件安装板上的上层馈电系统和下层馈电系统；
所述上层馈电系统和所述下层馈电系统均至少包括：椭球镜、馈源喇叭、频率选择表面/极化栅网以及平面反射镜；
所述准光部件安装板的上层和下层对称设置有测量基准件，用于建立基准坐标系；
所述椭球镜设计有测量基准平面以及至少一个测量基准孔，用于建立所述椭球镜的测量坐标系和计算装配误差；
所述频率选择表面/极化栅网通过支架与准光部件安装板连接，所述支架上设置有安装平面以及测量基准孔，用于建立频率选择表面/极化栅网的测量坐标系和计算装配误差；
所述平面反射镜用于通过测量其支架的安装平面建立平面反射镜测量坐标系和计算装配误差；
所述馈源喇叭用于通过测量所述馈源喇叭的口面中心及轴线方向判断其装配误差；
其中，所述叠层式准光馈电网络系统的累积装配误差，根据各频段链路的平面近场电性能测试结果，计算机械轴方向与各频段电轴方向的夹角，借助多自由度馈源喇叭调节支撑工装，通过调整馈源喇叭指向和方位进行修正。
2.根据权利要求1所述的叠层式准光学馈电网络结构，其特征在于，所述测量基准为横截面为正方形的长方体，所述测量基准的两端面平行于所述准光部件安装板且对称分布于所述准光部件安装板的上下两侧，所述准光部件安装板上侧的测量基准设置在所述上层馈电网络的测量基准坐标系A的原点处，所述准光部件安装板下侧的测量基准设置在所述下层馈电网络的测量基准坐标系B的原点处。
3.根据权利要求2所述的叠层式准光学馈电网络结构，其特征在于，
所述测量基准坐标系A的原点OA设置在长方体测量基准件上端面三个正交平面的交点处，端面与相邻两侧面的交线分别为XA轴和YA轴，ZA轴方向满足右手定则；
所述测量基准坐标系B的原点OB设置在长方体测量基准下端面三个正交平面的交点处，端面与相邻两侧面的交线分别为XB轴和YB轴，ZB轴方向满足右手定则；
其中，所述XB轴和所述YB轴的方向分别与所述XA轴和所述YA轴的方向相同。
4.根据权利要求2所述的叠层式准光学馈电网络结构，其特征在于，所述椭球镜测量基准平面、频率选择表面/极化栅网的支架安装平面以及平面反射镜的安装平面的法线方向与相应的准光部件的机械轴方向相同；所述准光部件上设置有至少一个轴线与准光部件的安装平面垂直测量基准孔；所述椭球镜、频率选择表面/极化栅网支架测量基准孔的数量至少为三个，且至少有一个第一测量基准孔位于垂直于准光部件安装底面长边且过长边中点的平面上，有两个基准孔第二测量基准孔和第三测量基准孔所在平面位于同一高度，且孔心连线平行于准光部件安装平面，同时与准光部件机械轴垂直。
5.权利要求4所述的叠层式准光学馈电网络结构，其特征在于，各准光部件坐标系的X轴方向为准光部件机械轴方向，第二测量基准孔和第三测量基准孔的孔心连线为Y轴方向，坐标系的原点位于第一测量基准孔的圆心；
所述平面反射镜安装支架设置有至少一个测量基准孔和两个相互垂直的安装基准面，所述基准孔的位置和方向与其他准光部件相同；
所述平面反射镜支架测量坐标系原点设置在其基准孔的圆心处，两个安装平面的法线方向分别为两个坐标轴。
6.根据权利要求1所述的叠层式准光学馈电网络结构，其特征在于，所述馈源喇叭调节支撑工装具有四个调节自由度，包括馈源喇叭上压盖、馈源喇叭托架、横向轴、纵向轴、转轴支架、横向调节滑块以及底座；
所述上压盖设置有锁紧销钉，所述馈源喇叭纵向调整到位后通过所述锁紧销钉与所述馈源喇叭上的销槽锁紧；
所述馈源喇叭托架可实现绕横向轴的旋转，并根据其上的刻度盘确定调旋转角度的大小；
所述横向轴和所述纵向轴分别作为馈源喇叭俯仰角度和侧向摆动角度调整时的旋转中心；
所述转轴支架包括若干弧形腰孔，当转轴支架以横、纵向轴旋转到位后，通过螺钉与所述喇叭托架或所述横向调节滑块锁紧；
所述横向调节滑块具有导轨槽和刻度盘，用于在所述底座上的导轨侧向移动。
7.一种叠层式准光学馈电网络结构的调节方法，其特征在于，基于权利要求1至6任一所述的叠层式准光学馈电网络结构，所述方法包括以下步骤：
步骤S1.建立测量基准坐标系；
步骤S2.建立各准光部件的测量坐标系，所述准光部件包括椭球镜、频率选择表面/极化栅网支架、平面反射镜支架以及馈源喇叭中的至少一种；
步骤S3.根据准光部件测量坐标在基准坐标系与理论值的偏差计算装配误差和确定调整方案；
步骤S4.累积装配误差通过机械测量和平面近场测试数据进行调整。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述建立测量基准坐标系包括：
将叠层式准光馈电网络放置于三坐标机测量平台上，使用三坐标机分别在测量基准上端面及相邻两个侧面采集测点，每个平面上侧测点数量不少于四个，以三个平面上的测点分别拟合三个平面，所述三个拟合平面的交点为坐标原点OA，以两个侧面的法线方向分为作为XA轴和YA轴建立上层准光馈电网络的测量基准坐标系OA-XAYAZA；
采用相同的方法建立下层准光部件的测量基准坐标系OB-XBYBZB，测量基准坐标系OA-XAYAZA和测量基准坐标系OB-XBYBZB的坐标轴指向相同，空间位置相差ΔZ，为共用基准的高度值。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
建立椭球镜测量坐标系OT-XTYTZT；
建立频率选择表面/极化栅网支架测量坐标系OJ-XJYJZJ；
建立平面反射镜测量坐标系OP-XPYPZP。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
通过机械测量的方法确定准光馈电网络的机械轴方向；
在扫描范围内移动测量探针，并对每次探针的位置进行测量拟合出探针测量时所形成的扫描面；
利用扫面探针获得准光馈电网络各频段的近场电场分布，通过近远场变换获得远场方向图以及电轴与扫描面的夹角；
根据扫描面的法线方向和各频段电轴与扫描面的夹角，计算各频段的电轴方向，计算机械轴方向与各频段电轴方向的夹角；
根据电轴与机械轴方向的夹角，调整喇叭指向，直到电性能测试结果满足要求。
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