DE10238588B4

DE10238588B4 - Spiegelflächenpräzisions-Meßeinrichtung und Spiegelflächensteuerungssystem einer Reflektorantenne

Info

Publication number: DE10238588B4
Application number: DE10238588A
Authority: DE
Inventors: Tomohiro Mizuno
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2022-08-23
Also published as: JP2003188641A; DE10238588A1; US20030112201A1; FR2833765B1; US6661384B2; JP3676294B2; FR2833765A1

Abstract

Spiegelflächenpräzisions-Meßeinrichtung einer Reflektorantenne, wobei die Spiegelflächenpräzision einer Reflektorantenne (1) gemessen wird, die einen aus einer Vielzahl von Spiegeltafeln (5a) zusammengesetzten Hauptreflektor (5) hat,
gekennzeichnet durch
eine Sendeantenne (16), die in einer vorgegebenen Entfernung von der Reflektorantenne (1) angeordnet ist;
eine Strahlungsfeldverteilung-Meßeinrichtung (7) zum Messen der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne für die vorgegebene Entfernung der Sendeantenne (16) unter gleichzeitiger Steuerung der Lage der Reflektorantenne (1);
eine Spiegeltafelstrahlungsfeldverteilung-Speichereinrichtung (17) zum Speichern der Tafelstrahlungsfeldverteilung jeder Spiegeltafel (5a) des Hauptreflektors (5) als Meßdaten;
eine Erregungskoeffizient-Recheneinrichtung (18) zum Berechnen von komplexen Erregungskoeffizienten jeder Spiegeltafel des Hauptreflektors nach Maßgabe der von der Strahlungsfeldverteilung-Meßeinrichtung (7) gemessenen Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne (1), der in der Spiegeltafelstrahlungsfeldverteilung-Speichereinrichtung (17) gehaltenen Tafelstrahlungsfeldverteilung der Spiegeltafel und eines Antennenlagesignals, das die Lage der Reflektorantenne gemäß der Steuerung durch die Strahlungsfeldverteilung-Meßeinrichtung bezeichnet; und
eine Spiegelflächenpräzision-Recheneinrichtung (19) zum Berechnen des Spiegelflächenfehlers jeder Spiegeltafel und der Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors (5) in...

Description

Die Erfindung betrifft eine Spiegelflächenpräzisions-Meßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2. Ferner betrifft die Erfindung ein Spiegelflächenssteuerungssystem einer Reflektorantenne gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Eine Reflektorantenne, wie etwa ein Radioteleskop, wird für astronomische Beobachtungen eingesetzt, wobei eine Radiowelle, die von einem weit entfernten Himmelskörper abgestrahlt wird, an einem Reflektor reflektiert wird, die reflektierte Radiowelle konvergent gemacht und die konvergente Radiowelle in einem Primärstrahler empfangen wird.
Eine von einem Himmelskörper abgestrahlte Radiowelle pflanzt sich unter Ausbreitung ähnlich einer Kugelwelle fort. Da jedoch ein Beobachtungspunkt von dem Himmelskörper weit entfernt ist, trifft die Radiowelle des Himmelskörpers wie eine ebene Welle auf die Reflektorantenne auf. Um die Radiowelle, die auf den Primärstrahler wie eine ebene Welle auftrifft, auf wirksame Weise konvergent machen zu können, ist im Fall der astronomischen Beobachtung unter Verwendung des Radioteleskops eine gleichmäßige Aperturphasenverteilung erforderlich.
Diese Aperturphasen-Verteilung ist unmittelbar von der Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors abhängig. Es ist daher sehr wichtig, die Spiegelflächenpräzision der Reflektorantenne zu erhöhen, um die Beobachtungsleistung der Reflektorantenne zu verbessern.
Zur Messung der Spiegelflächenpräzision der Reflektorantenne werden beim Stand der Technik ein mechanisches Meßverfahren unter Verwendung eines privaten Meßinstruments oder einer Entfernungs-Winkel-Meßeinheit und ein elektrisches Meßverfahren, wie etwa ein Radioholographieverfahren angewandt.
Weil bei Anwendung des mechanischen Meßverfahrens zur Messung der Spiegelflächenpräzision der Reflektorantenne ein Meßfehler bei Verwendung einer Meßvorrichtung von der Fertigungsgenauigkeit und Positioniergenauigkeit der Meßvorrichtung abhängig ist, ist es schwierig, die Spiegelflächenpräzision genau zu messen, die von der Reflektorantenne, wie etwa einem Radioteleskop, mit großem Durchmesser verlangt wird, das zur Durchführung von astronomischen Beobachtungen mit einer Millimeterradiowelle oder einer Submillimeterradiowelle dient.
Im allgemeinen wird daher für die Ersteinstellung der Spiegelfläche des Radioteleskops mit großem Durchmesser, das für die astronomische Beobachtung mit einer Millimeterradiowelle oder einer Submillimeterradiowelle dient, das mechanische Meßverfahren angewandt, und das Radioholographieverfahren der elektrischen Meßtechnik wird für die Endeinstellung der Spiegelfläche angewandt.

7 ist eine Zustandsansicht, die die Konfiguration eines herkömmlichen Spiegelflächensteuerungssystems zeigt, wobei die Spiegelflächenpräzision einer Reflektorantenne nach einer Radioholographiemethode gemessen und gesteuert wird. Dieses herkömmliche Spiegelflächensteuerungssystem ist in "Measurement of Mirror Surface Accuracy of 45m Radio Wave Telescope based on Radio Holography Method" von M. Ishiguro, K. Morita, S. Hayashi, T. Masuda, E. Ebisu und S. Betsudan, Technical Report Vol. 62, Nr. 5, S. 69–74 von Mitsubishi Electric Corporation, 1988, angegeben.

In 7 bezeichnet 1 eine Reflektorantenne. 2 ist ein geostationärer Satellit. 3 ist eine Kollimationsantenne bzw. Sendeantenne, die an dem geostationären Satelliten 2 angebracht ist und als eine Sendewellenquelle dient. 4 ist eine von der Sendeantenne 3 abgestrahlte Senderadiowelle. 5 ist ein Hauptreflektor, dessen Spiegelflächenpräzision gemessen wird.

5a bezeichnet jede von einer Vielzahl von Spiegeltafeln, die den Hauptreflektor 5 bilden. 5b bezeichnet jede von einer Vielzahl von Stelleinheiten zum Ändern der Einstellpositionen und -lagen der Spiegeltafeln 5a. 5c bezeichnet eine Stützkonstruktion, an der die Spiegeltafeln 5a und die Stelleinheiten 5b abgestützt sind. 6 ist ein Primärstrahler, an dem eine an dem Hauptreflektor 5 reflektierte und konvergent gemachte Radiowelle empfangen wird. 7 ist ein Empfänger, in den die Radiowelle von dem Primärstrahler 6 eingespeist wird.

8 bezeichnet jede von einer Vielzahl von Stützstreben. 9 bezeichnet Strahlungsfeldverteilungsdaten, die in dem Empfänger 7 erhalten werden. 10 ist ein Antennenlagesignal. Die Lage der Reflektorantenne 1 wird nach Maßgabe des Antennenlagesignals 10 so geändert, daß die Strahlungsfeldverteilungsdaten 9 erhalten werden, die einer Lage der Reflektorantenne 1 entsprechen.

11 bezeichnet einen Radioholographieprozessor, in dem eine Fourier-Transformation durchgeführt wird, um eine Aperturverteilung aus den Strahlungsfeldverteilungsdaten 9 und dem Antennenlagesignal 10 zu berechnen. 12 bezeichnet einen Spiegelfiächenpräzisionsprozessor, in dem die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 aus der im Radioholographieprozessor 11 erhaltenen Aperturverteilung berechnet wird.

13 bezeichnet eine Spiegelflächensteuerungseinrichtung, die die Stelleinheiten 5b nach Maßgabe der im Spiegelflächenpräzisionsprozessor 12 erhaltenen Spiegelflächenpräzision steuert, um Einstellpositionen und -lagen der Spiegeltafeln 5a des Hauptreflektors 5 einzustellen. 14 bezeichnet ein Stelleinheitssteuersignal. 15 bezeichnet eine Referenzantenne, in der ein Standard der Strahlungsfeldverteilungsdaten 9 gemessen wird.

Als nächstes wird die Funktionsweise des herkömmlichen Spiegelflächensteuerungssystems beschrieben.

Zur Messung der Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 wird eine Radiowelle für die Reflektorantenne 1 genutzt. Daher wird eine Sendequellenposition der Radiowelle ausreichend weit von der Reflektorantenne 1a entfernt auf die gleiche Weise wie der geostationäre Satellit 2 plaziert. Ferner wird anstelle des geostationären Satelliten 2 in Fällen, in denen als Sendequellenposition der Radiowelle eine bestimmte Bodenposition hinreichend weit von der Reflektorantenne 1 entfernt vorgegeben ist, die Bodenposition unter der Bedingung bestimmt, daß die Reflexion der Radiowelle an der Erde aufgrund von geographischen Merkmalen reduziert ist. Eine Strahlungsfeldverteilung der Sendewelle 4 an der Reflektorantenne 1 wird erhalten durch Empfang der Sendewelle 4 bei gleichzeitiger Änderung der Lage der Reflektorantenne 1 in zwei Dimensionen.

Daher werden die Strahlungsfeldverteilungsdaten 9 und das Antennenlagesignal 10, das die Lage der Reflektorantenne 1 bezeichnet, als Paar gemessen. Da eine Beziehung zwischen der Strahlungsfeldverteilung und der Aperturverteilung der Sendewelle 4 an dem Hauptreflektor 5 durch eine Fourier-Transformation ausgedrückt wird, werden die Strahlungsfeldverteilungsdaten 9 dem Radioholographieprozessor 11 zugeführt, die Berechnungsverarbeitung wird als schnelle Fourier-Transformation für die Strahlungsfeldverteilungsdaten 9 und das Antennenlagesignal 10 durchgeführt, und die Aperturverteilung an dem Hauptreflektor 5 wird berechnet.

Ein Phasenterm der berechneten Aperturverteilung drückt eine Aperturphasenverteilung aus und entspricht der Ungleichmäßigkeit der Spiegelfläche des Hauptreflektors 5. In dem Spiegelflächenpräzisionsprozessor 12 wird die Aperturphasenverteilung in das Äquivalent der benutzten Wellenlänge umgewandelt, und es wird eine Verteilung der Verzerrungsgrade, die von einer Idealgestalt der Spiegelfläche abweichen, erhalten.

Somit kann die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 abgeschätzt werden. Außerdem werden die Einstellpositionen und -lagen der den Hauptreflektor 5 bildenden Spiegeltafeln 5a von den Stelleinheiten 5b in der Spiegel flächensteuerungseinrichtung 13 korrigiert, und die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 wird verbessert.

Im allgemeinen ist es im Hinblick auf den Antennengewinn erforderlich, daß die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 gleich oder kleiner als 1/20 einer Wellenlänge einer Radiowelle (beispielsweise einer von einem Himmelskörper abgestrahlten Radiowelle), die für die astronomische Beobachtung genutzt wird, ist.

Im Fall der Reflektorantenne 1 mit großem Durchmesser ist es erforderlich, den Hauptreflektor 5 mit einer hohen Spiegelflächenpräzision herzustellen, weil die Reflektorantenne 1 zur astronomischen Beobachtung in einem Frequenzband einer Millimeterwelle oder einer Submillimeterwelle mit kürzerer Wellenlänge verwendet wird. Um also die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 mit höherer Meßgenauigkeit zu messen, muß die Frequenz einer für die Messung der Spiegelflächenpräzision genutzten Radiowelle erhöht werden.

Da jedoch das herkömmliche Spiegelflächenpräzision-Steuerungssystem der Reflektorantenne 1 die oben beschriebene Konfiguration hat, sind die Frequenzen von Radiowellen, die von dem geostationären Satelliten 2 als Sendewelle 4 zur Messung der Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 abgestrahlt werden können, auf ein bestimmtes Frequenzband beschränkt. Daher stellt sich das Problem, daß die Meßgenauigkeit für die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 nicht ausreichend erhöht werden kann.

In Fällen, in denen eine Sendewellenquelle auf dem Erdboden angeordnet ist, oder in Fällen, in denen ein Radiostern bzw. eine Radioquelle als Sendewellenquelle genutzt wird, kann ferner die Frequenz einer für die Messung der Spiegelflächenpräzision genutzten Radiowelle beliebig gewählt werden. Aber in Fällen, in denen die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 durch Nutzung einer Meßradiowelle wie etwa einer Millimeterwelle oder einer Submillimeterwelle in einem Frequenzband, das einer kurzen Wellenlänge entspricht, gemessen wird, wird die Meßradiowelle während ihrer Ausbreitung erheblich geschwächt.

Es ist somit schwierig, für die Messung der Spiegelflächenpräzision einen ausreichenden Dynamikbereich zu erhalten, und ein Meßwinkelbereich, der für die signifikante Messung der Strahlungsfeldverteilung zulässig ist, wird eingeengt.

Im allgemeinen ist in Fällen, in denen die Aperturverteilung aus der Strahlungsfeldverteilung unter Anwendung der Fourier-Transformation berechnet wird, ein Auflösungsgrad der Aperturverteilung nahezu umgekehrt proportional zu einem Meßbereich der Strahlungsfeldverteilung für paraxiale Strahlen. In Fällen, in denen ein Meßwinkelbereich, der für die signifikante Messung der Strahlungsfeldverteilung zulässig ist, schmal ist, stellt sich also das Problem, daß die Auflösung der Aperturverteilung unzureichend ist.

Da außerdem eine Millimeterwelle oder eine Submillimeterwelle für die astronomische Beobachtung unter Verwendung eines Radioteleskops mit großem Durchmesser verwendet wird, wird die Größe jeder Spiegeltafel häufig im Hinblick auf die mechanische Fertigungspräzision verringert. In diesem Fall ist es wichtig, daß die Aperturverteilung mit hoher Auflösung erhalten wird.

Im Fall des Radioholographieverfahrens ist es ferner erforderlich, die Amplitude und die Phase der Strahlungsfeldverteilung zu messen. In den Fällen jedoch, in denen eine Millimeterwelle oder Submillimeterwelle in einem sehr hohen Frequenzband genutzt wird, ist es schwierig, die Phase der Strahlungsfeldverteilung zu messen. Da es ferner erforderlich ist, eine zweidimensionale Darstellung der Aperturverteilung anzufertigen, muß die Strahlungsfeldverteilung in zwei Dimensionen gemessen werden.

In diesem Fall dauert es vergleichsweise lang, die Strahlungsfeldverteilung in zwei Dimensionen zu messen, und die Strahlungsfeldverteilung wird grundsätzlich im Freien gemessen. Somit ergibt sich das Problem, daß die Spiegelflächen präzision des Hauptreflektors 5 während der Messung aufgrund des Einflusses von Temperatur oder Wind im Freien geändert wird.

In Fällen dagegen, in denen die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 in einer sehr kurzen Entfernung gemessen wird, braucht die Strahlungsfeldverteilung entsprechend einer großen Entfernung zwar nicht gemessen zu werden, aber es ist erforderlich, die Aperturverteilung an dem Hauptreflektor 5 unter Verwendung einer Sonde direkt zu messen. In diesem Fall muß eine ebene Oberfläche, eine zylindrische Oberfläche oder eine sphärische Oberfläche des Hauptreflektors 5 mit der Sonde mechanisch abgetastet werden, um die Spiegelflächenpräzision zu messen.

Da es jedoch notwendig ist, eine Fläche abzutasten, die größer als die des Hauptreflektors ist, ist es im Fall des Radioteleskops mit großem Durchmesser bei Verwendung einer Millimeterwelle oder einer Submillimeterwelle sehr schwierig, eine breite Fläche exakt abzutasten. Daher ergibt sich das Problem, daß die Meßgenauigkeit von der Abtastgenauigkeit der Sonde abhängig und somit geringer ist.

Die US-A-5 374 934 A beschreibt ein Meßsystem für eine Reflektorantenne, wobei eine Trägereinrichtung eine Antenne unter einem gewünschten Drehwinkel lagert und die Spiegeloberfläche der Antenne unter verschiedenen Drehwinkeln gemessen wird. Mit einem Computer wird eine Reihenentwicklung der Meßwerte unter Verwendung von Polarkoordinaten durchgeführt, die dem Meßsystem zugeordnet sind, wobei die spezielle Deformation der Spiegeloberfläche im schwerelosen Zustand und die Deformation aufgrund der Schwerkraft separat gemessen werden.

In der EP 1 026 780 A1 wird eine Meß- und Einstelleinrichtung für eine Antennenreflektorfläche angegeben, die eine plane Reflektorfläche aufweist, die größer ist als eine Aperturfläche des Hauptreflektors und parallel zu der Aperturfläche angeordnet ist. Ein Betätigungsorgan dient zum Antrieb einer Gruppe von Spiegelplatten des Hauptreflektors. Eine Recheneinrichtung für das zu emp fangende elektrische Feld ist vorgesehen, um jedes Mal dann, wenn das Betätigungsorgan die Position der Spiegeloberfläche aus einem Ausgangszustand der Spiegeloberfläche des Hauptreflektors verlagert, Funkwellensignale von Funkwellen zu messen, die von einem Sender/Empfän-ger ausgestrahlt und von der Spiegeloberfläche reflektiert werden.

Auf diese Weise wird dort eine Aperturflächen-Phasenverteilung in einem Ausgangszustand des Hauptreflektors ermittelt, indem diese gemessenen Signale einer arithmetischen Verarbeitung unterworfen werden, wobei dann Konfigurationen der Spiegeloberfläche auf der Basis der Aperturflächen-Phasenverteilung erhalten werden. Die Spiegeloberfläche wird dann mit dem Betätigungsorgan in Abhängigkeit von den erhaltenen Spiegeloberflächenkonfigurationen eingestellt.

Die Veröffentlichung JP 2001-196842 A befaßt sich mit einer Spiegeloberflächen-Präzisionsmeßeinrichtung, um im gesamten Reflexionsbereich eines Hauptreflektors Aberrationen zu unterdrücken, die in einem Fresnel-Bereich auftreten. Zu diesem Zweck wird dort ein TeilReflexions-Korrekturspiegel mit einer speziellen Gestalt vewendet, um derartige Aberrationen zu kompensieren.

Die Veröffentlichung DEGUCHI, H. et al. „Radio Holographic Metrology with Best-Fit Panel Model of the Nobeyama 45-m Telescope" in IEICE Trans. Commun.Vol. E76-B, Nr. 12, Dezember 1993, S. 1492 bis 1499 beschreibt ein Verfahren zur Vermessung von Teleskopen mit einzelnen Spiegeltafeln mittels der bereits erwähnten Radio-Holographie.

Unter Berücksichtigung der Nachteile eines herkömmlichen Spiegelflächensteuerungssystems einer Reflektorantenne ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spiegelflächenpräzisions-Meßeinrichtung und ein Spiegelflächensteuerungssystem einer Reflektorantenne anzugeben, wobei eine im Stand der Technik nur schwer anwendbare Radiowelle hoher Frequenz angewandt wird, eine Aperturverteilung mit hoher Auflösung auch im Fall eines schmalen Winkelbereichs bei der effektiven Messung einer Strahlungsfeldverteilung erhalten wird, die Spiegelflächenpräzision auf der Basis der Messung nur der Amplitude der Strahlungsfeldverteilung abgeschätzt und die Spiegelflächenpräzision der Reflektorantenne mit hoher Genauigkeit gemessen wird.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, eine Spiegelflächenpräzisions-Meßeinrichtung einer Reflektorantenne anzugeben, die die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2 aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Spiegelflächenpräzisions-Meßeinrichtung einer Reflektorantenne sind in den Ansprüchen 3 und 4 angegeben.

Das erfindungsgemäße Spiegelflächensteuerungssystem einer Reflektorantenne weist die Merkmale des Anspruchs 5 auf und basiert im wesentlichen auf der erfindungsgemäßen Spiegelflächenpräzisions-Meßeinrichtung sowie einer entsprechenden Spiegelflächensteuerungseinrichtung zur Steuerung und Korrektur einer Vielzahl von Einstellpositionen der Spiegeltafeln des Hauptreflektors in Abhängigkeit von den Spiegelflächenfehlern der jeweiligen Spiegeltafeln.

Daher können die komplexen Erregungskoeffizienten der Spiegeltafeln in einer Kombination der Tafelstrahlungsfeldverteilungen der Spiegeltafeln, die den Hauptreflektor bilden, erhalten werden, um die Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne auszudrücken, und die Spiegelflächenfehler der Spiegeltafeln können erhalten werden.

In den Fällen, in denen eine Radiowelle, wie etwa eine Millimeterwelle oder eine Submillimeterwelle mit einem Frequenzband, das einer sehr kurzen Wellenlänge entspricht, als Radiowelle für die Messung der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne gewählt wird, kann somit auch dann, wenn der Beobachtungsbereich für die signifikante Messung der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne klein ist, eine Darstellung der Spiegelflächenfehler, die Auflösungsgrade entsprechend den Größen der Spiegeltafeln haben, erhalten werden, und die Messung der Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors kann mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.

Ferner kann eine Vielzahl von Beobachtungspunkten beliebig gewählt werden, um die Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne zu messen, und es ist nur erforderlich, daß die Anzahl der Beobachtungspunkte für die Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne höher als die Anzahl von Spiegeltafeln ist, die den Hauptreflektor bilden. Somit kann die Meßdauer der Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors vergleichsweise verkürzt werden, und der Einfluß von Temperatur und Wind bei der Erstellung der Meßwerte kann verringert werden.

Obwohl nur die Amplitude der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne gemessen wird, kann auch die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors geschätzt werden.

Ferner können die komplexen Erregungskoeffizienten der virtuellen Spiegeltafeln erhalten werden, um die Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne in einer Kombination der Tafelstrahlungsfeldverteilungen der virtuellen Spiegeltafeln, die den Hauptreflektor bilden, auszudrücken, und die Spiegelflächenfehler der virtuellen Spiegeltafeln können erhalten werden.

Somit kann auch dann, wenn eine Beobachtungsfläche, die für die Messung der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne klein ist, ein Diagramm der Spiegelflächenfehler mit Auflösungsgraden entsprechend den Größen der virtuellen Spiegeltafeln erhalten werden. Insbesondere kann, weil die Größen der virtuellen Spiegeltafeln beliebig bestimmt werden können, ein Diagramm der Spiegelflächenfehler mit hoher Auflösung erhalten werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in:
1 eine Spiegelflächenpräzisions-Meßeinrichtung einer Reflektorantenne gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Spiegelflächenpräzisions-Meßeinrichtung einer Reflektorantenne gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
3 ein Spiegelflächensteuerungssystem einer Reflektorantenne gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
4 ein Spiegelflächensteuerungssystem einer Reflektorantenne gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
5A eine erläuternde Ansicht, die ein Meßprinzip der Spiegelflächenpräzision der Reflektorantenne gemäß der Erfindung zeigt;
5B eine erläuternde Ansicht, die eine Beziehung in einer Gleichung zeigt, die ein Strahlungsfeld an einem Beobachtungspunkt ausdrückt;
5C ein erläuterndes Diagramm, das eine spezielle Beziehung in einer Gleichung zeigt, die ein Strahlungsfeld an einem Beobachtungspunkt in Fällen zeigt, in denen Spiegeltafeln an Idealpositionen angeordnet sind;
6 eine Beziehung zwischen einem Spiegelflächenfehler δ_mn einer Spiegeltafel, einem Winkel 2θ_mn zwischen einer ankommenden Radiowelle und einer abgehenden Radiowelle an der Spiegeltafel und einer Änderung ΔI_mn einer Radiowellenausbreitungsweglänge; und
7 eine Zustandsansicht, die die Konfiguration eines herkömmlichen Spiegelflächensteuerungssystems zeigt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
1 ist eine Spiegelflächenpräzisians-Meßeinrichtung einer Refiektorantenne gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Diejenigen Elemente, die gleich denen von 7 sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 7 versehen.
In 1 bezeichnet 1 eine Reflektarantenne zur Messung der Spiegelflächenpräzision. 16 ist eine Sendeantenne, die in einer vorbestimmten Entfernung von der Reflektorantenne 1 angeordnet ist. 4 bezeichnet eine Senderadiowelle, die von der Sendeantenne 16 abgestrahlt wird. 5 bezeichnet einen Hauptreflektor, dessen Spiegelflächenpräzision gemessen wird.
5a bezeichnet jede einer Vielzahl von Spiegeltafeln, die den Hauptreflektor 5 bilden. 5b bezeichnet jede einer Vielzahl von Stelleinheiten zum Ändern der Einstellpositionen und der Lagen der Spiegeltafeln 5a. 5c bezeichnet eine Stützkonstruktion, an der die Spiegeltafeln 5a und die Stelleinheiten 5b abgestützt sind. 6 ist ein Hauptstrahler, in dem eine an dem Hauptreflektor 5 reflektierte und konvergent gemachte Radiowelle empfangen wird. 7 ist ein Empfänger (oder eine Strahlungsfeldverteilung-Meßeinrichtung), in den die Senderadiowelle 4 von dem Hauptstrahler 6 eingespeist wird.
8 bezeichnet jede von einer Vielzahl von Stützstreben. 9 bezeichnet Strahlungsfeidvertellungsdaten, die in dem Empfänger 7 erhalten werden. Die Strahlungsfelverteilungsdaten 9 bezeichnen eine Strahlungsfeldverteilung der Senderadiowelle 4, die an der Reflektorantenne 1a reflektiert wird (nachstehend als Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 bezeichnet).
10 bezeichnet ein Antennenlagesignal. Eine Lage der Reflektorantenne 1 wird nach Maßgabe des Antennenlagesignals 10 geändert, um die Strahlungsfeldverteilungsdaten 9 zu erhalten, die die Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 entsprechend den verschiedenen Lagen der Reflektorantenne 1 bezeichnen.
15 bezeichnet eine Referenzantenne, in der eine Referenz bzw. ein Standard der Strahlungsfeldverteilungsdaten 9 gemessen wird. 17 bezeichnet eine Spiegeltafelstrahlungsfeldverteilung-Speichereinrichtung, in der Elemente von vorher ermittelten Meßdaten (oder normierte Strahlungsfelder) jeder Spiegeltafel 5a für eine Vielzahl von Beobachtungspunkten als Tafelstrahlungsfeldverteilung der Spiegeltafel 5a gespeichert werden.
18 bezeichnet eine Recheneinrichtung zum Berechnen von komplexen Erregungskoeffizienten, in der komplexe Erregungskoeffizienten jeder Spiegeltafel 5a entsprechend den Strahlungsfeldverteilungsdaten 9 und dem Antennenlagesignal 10 der Reflektorantenne 1 und der Tafelstrahlungsfeldverteilung der Spiegeltafel 5a, die in der Spiegeltafelstrahlungsfeldverteilung-Speichereinrichtung 17 gespeichert wird, berechnet werden.
19 bezeichnet einen Spiegelflächenpräzisionsprozessor (oder eine Spiegelflächenpräzisionsrecheneinrichtung), in dem ein Grad der Abweichung jeder Spiegeltafel 5a von einer Idealposition nach Maßgabe des komplexen Erregungskoeffizienten der Spiegeltafel 5a, der in der Recheneinrichtung 18 erhalten wird, berechnet wird, und die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 wird nach Maßgabe des Grads der Abweichung der Spiegeltafeln 5a berechnet.
Bei der ersten Ausführungsform der Spiegelflächenpräzisions-Meßeinrichtung der Reflektorantenne 1 wird nicht jede Stelleinheit 5b unbedingt benötigt. In Fällen, in denen nur die Amplitude der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 gemessen wird, wird auch die Referenzantenne 15 nicht benötigt.
Als nächstes wird ein Meßprinzip der Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 beschrieben.
Bei der Spiegelflächenpräzisions-Meßeinrichtung der Reflektorantenne 1 wird eine Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 genutzt, um die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 zu messen, und eine Einstellposition und -lage der Spiegelfläche der Reflektorantenne 1 wird durch Betätigen der Stelleinheiten 5b nach Maßgabe der Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5, gemessen mit der Spiegelflächenpräzisions-Meßeinrichtung, eingestellt.
Eine von der Sendeantenne 16 abgestrahlte Senderadiowelle 4 wird an sämtlichen Spiegeltafeln 5a, die den Hauptreflektor 5 der Reflektorantenne 1 bilden, reflektiert, die reflektierte Radiowelle 4 wird konvergent gemacht, so daß sie auf den Primärstrahler 6 trifft, und die reflektierte Radiowelle 4 wird in dem Empfänger 7 empfangen. Bei der Messung einer Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 wird die von der Sendeantenne 16 abgestrahlte Senderadiowelle 4 in dem Empfänger 7 empfangen, während gleichzeitig die Lage der Reflektorantenne 1 geändert wird, und ein Strahlungsfeld der Senderadiowelle 4 wird für jede Lage der Reflektorantenne 1 gemessen, um eine Vielzahl von Strahlungsfeldern als eine Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 zu erhalten.
Aufgrund der Umkehrbarkeit der Reflektorantenne 1 in bezug auf die Ausbreitungsrichtung der Sendewelle kann dabei auch eine Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 dadurch erhalten werden, daß eine von dem Primärstrahler 6 ausgehende Radiowelle an dem Hauptreflektor 5 der Reflektorantenne 1 reflektiert wird, während gleichzeitig die Lage der Reflektorantenne 1 geändert und ein Strahlungsfeld der in der Sendeantenne 16 empfangenen reflektierten Radiowelle für jede Lage der Reflektorantenne 1 gemessen wird.
Anders ausgedrückt, es kann eine Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 auch erhalten werden, indem eine von dem Primärstrahler 6 abgestrahlte Radiowelle an dem Hauptreflektor 5 reflektiert und eine Vielzahl von Strahlungsfeldern der reflektierten Radiowelle an einer Vielzahl von Beobachtungspunkten gemessen wird, die von der Reflektorantenne 1 jeweils im gleichen Abstand entfernt angeordnet sind.
Danach werden die Strahlungsfeldverteilungsdaten 9, die die Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 bezeichnen, aus der im Empfänger 7 emp fangenen reflektierten Radiowelle 4 entnommen, und die Strahlungsfeldverteilungsdaten 9 und ein Antennenlagesignal 10 der Reflektorantenne 1 werden der Recheneinrichtung 18 für komplexe Erregungskoeffizienten zugeführt. Das Antennenlagesignal 10, das eine Lage der Reflektorantenne 1 bezeichnet, wird beispielsweise in einem Lagesensor oder einer Antennenbewegungseinheit (nicht gezeigt) erzeugt.
In der Recheneinrichtung 18 für komplexe Erregungskoeffizienten wird ein komplexer Erregungskoeffizient jeder Spiegeltafel 5a nach Maßgabe der Strahlungsfeldverteilungsdaten 9, des Antennenlagesignals 10 und einer Tafelstrahlungsfeldverteilung der Spiegeltafel 5a berechnet, die in der Spiegeltafelstrahlungsfeldverteilung-Speichereinrichtung 17 gespeichert ist.
5A ist eine erläuternde Darstellung eines Meßprinzips für die Spiegelflächenpräzision. In 5A wird in den Fällen, in denen die Reflektorantenne 1 auf eine Lage eingestellt ist, ein Beobachtungspunkt Pn, der von der Reflektorantenne 1 um eine vorbestimmte Strecke entfernt ist, in einer beliebigen Richtung von der Reflektorantenne 1 angeordnet. Ein Strahlungsfeld E_n der Reflektorantenne 1 für den Beobachtungspunkt Pn wird gemäß einer Gleichung (1) ausgedrückt.
Dabei bezeichnet e_mn ein normiertes Strahlungsfeld der m-ten Spiegeltafel 5a des Hauptreflektors 5, und a_m bezeichnet einen komplexen Erregungskoeffizienten der m-ten Spiegeltafel 5a. Die normierten Strahlungsfelder e_mn jeder Spiegeltafel 5a werden vorher gemessen und sind bekannt. Dabei werden die normierten Strahlungsfelder e_mn der Spiegeltafeln 5a vorher als Elemente von Meßdaten gemessen und in der Spiegeltafelstrahlungsfeldverteilung-Speichereinrichtung 17 gespeichert.
In Fällen, in denen sowohl die Amplitude als auch die Phase des Strahlungsfelds als ein Meßwert F_n des Strahlungsfelds der Reflektorantenne 1 für jeden Beobachtungspunkt Pn (oder für jede Lage der Reflektorantenne 1) gemessen werden, wird der komplexe Erregungskoeffizient a_m jeder Spiegeltafel 5a erhalten durch Berechnen einer Abweichung zwischen dem Meßwert F_n und dem Strahlungsfeld E_n für jeden Beobachtungspunkt und Minimieren einer Summe ε_a von gewichteten quadratischen Werten der Abweichungen nach einer Methode der kleinsten Quadrate. Die Summe ε_a ist durch die Gleichung (2) definiert.
Dabei bezeichnet w_n einen Gewichtungsfaktor für den Beobachtungspunkt Pn.
Der komplexe Erregungskoeffizient a_m jeder Spiegeltafel 5a kann durch Lösen eines Gleichungssystems abgeschätzt werden, das durch eine repräsentative Gleichung (3) ausgedrückt wird.
Die Gleichung (3) repräsentiert M Gleichungen (m = 1 bis M).
In den Fällen, in denen nur die Amplitude des Strahlungsfelds als ein Meßwert F_n des Strahlungsfelds der Reflektorantenne 1 für jeden Beobachtungspunkt Pn gemessen wird, wird ferner der komplexe Erregungskoeffizient am jeder Spiegeltafel 5a erhalten durch Berechnen einer Abweichung zwischen |F_n|² des Meßwerts und |E_n|² des Strahlungsfelds für jeden Beobachtungspunkt und Durchführen der wiederholten Berechnung unter Anwendung eines nichtlinearen Optimierungsverfahrens, um so eine Summe ε_b von gewichteten Quadratwerten der Abweichungen nach der Methode der kleinsten Quadrate zu minimieren. Die Summe ε_b ist durch eine Gleichung (4) definiert.
Dabei bezeichnet w_n einen Gewichtungsfaktor für den Beobachtungspunkt Pn.
Somit wird der komplexe Erregungskoeffizient a_m jeder Spiegeltafel 5a berechnet. Die Berechnung der komplexen Erregungskoeffizienten a_m erfolgt in der Recheneinrichtung 18 für komplexe Erregungskoeffizienten.
Dabei wird bei der Berechnung der komplexen Erregungskoeffizienten a_m der Spiegeltafeln 5a die Amplitude des Strahlungsfelds nach Maßgabe einer Ausdehnungsverteilung des Primärstrahlers 6 zu den Spiegeltafeln 5a zusätzlich zu der Blockierung der Stützstreben 8 der Reflektorantenne 1 bestimmt, und die Phase des Strahlungsfelds wird in Abhängigkeit von der Positioniergenauigkeit jeder Spiegeltafel 5a bestimmt.
Die Beziehung in Gleichung (1) ist in 5B gezeigt. In den Fällen, in denen ein Gewinn der Reflektorantenne 1 (mit anderen Worten das Strahlungsfeld E_n der Senderadiowelle 4 an der Reflektorantenne 1) für den Beobachtungspunkt Pn, der in der beliebigen Richtung von der Reflektorantenne 1 angeordnet ist, maximiert ist, wie 5C zeigt, muß ein Produkt a_me_mn des komplexen Erregungskoeffizienten a_m und der normierten Strahlungsfelder e_mn jeder Spiegeltafel die gleiche Phase wie diejenigen der übrigen Spiegeltafeln 5a haben.
In Fällen, in denen die Spiegeltafeln 5a in Idealpositionen angeordnet sind, ist daher der Gewinn der Reflektorantenne 1 maximiert, und die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 ist bestmöglich eingestellt.
In Fällen, in denen der Gewinn der Reflektorantenne 1 für den Beobachtungspunkt Pn, der in der beliebigen Richtung angeordnet ist, maximiert wird, werden ein Spiegelflächenfehler δ_mn jeder Spiegeltafel 5a und ein Grad δ_n der Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 gemäß den Gleichungen (5) bis (9) unter Nutzung der in 6 gezeigten Beziehung ausgedrückt.
Dabei bezeichnet θ_mn in der Gleichung (6) einen halben Winkel zwischen einer einfallenden Radiowelle und einer abgehenden Radiowelle an der m-ten Spiegeltafel 5a. Δl_mn in der Gleichung (6) bezeichnet eine Änderung einer Radiowellenausbreitungsweglänge, verursacht durch den Spiegelflächenfehler δ_mn der m-ten Spiegeltafel 5a.
λ in der Gleichung (7) bezeichnet eine Wellenlänge der Senderadiowelle 4 entsprechend der Messung der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 in einem freien Raum. ϕ_mn in der Gleichung (8) bezeichnet eine Phase des Strahlungsfelds a_me_mn einschließlich der komplexen Erregungskoeffizienten a_m an dem Beobachtungspunkt Pn. Ferner bezeichnet ein entsprechend der Gleichung (9) erhaltener Wert einen Mittelwert der Phasen ϕ_mn an dem Beobachtungspunkt Pn.
Die Spiegelflächenfehler δ_mn der Spiegeltafeln 5a und der Grad δ_mn der Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 werden in dem Spiegelflächenpräzisionsprozessor 19 berechnet.
Wie oben beschrieben wird, kann ein Diagramm, das die Spiegelflächenfehler bezeichnet, von denen jeder die Auflösung äquivalent einer Größe der jeweiligen Spiegeltafel 5a hat, erhalten werden, und die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 kann gemessen werden.
Weil die komplexen Erregungskoeffizienten a_m der Spiegeltafeln 5a entsprechend der Methode der kleinsten Quadrate berechnet werden, ist es bei der Messung der Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 erforderlich, daß die Anzahl N der Beobachtungspunkte für die Messung der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 höher als die Anzahl M der Spiegeltafeln 5a ist, die den Hauptreflektor 5 bilden.
Es ist aber nicht unbedingt notwendig, daß die Beobachtungspunkte in zwei Dimensionen verteilt sind. Mit anderen Worten, es gilt für die Messung der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1, daß die Reflektorantenne 1 linear bewegt wird, um die Lage der Reflektorantenne 1 zu ändern.
Obwohl also ein Beobachtungsbereich, der möglich ist, um die Strahlungsfelder an der Reflektorantenne signifikant zu messen, durch einen Dynamikbereich eines Meßsystems bestimmt ist, kann die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 gemessen werden, indem nur eine Vielzahl von Meßwerten der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 für die Beobachtungspunkte des Beobachtungsbereichs erhalten wird.
Somit kann die Meßdauer, die zum Erhalt der Meßwerte der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 erforderlich ist, vergleichsweise verkürzt werden, die Meßwerte der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 können effizient erhalten werden, und ein Einfluß von Temperatur und Wind bei der Messung der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 wird auf die Meßwerte der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 kaum ausgeübt.
Obwohl nur die Amplitude der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 gemessen werden kann, kann auch die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 gemessen werden, wie vorstehend beschrieben wird.
Dabei kann in den Fällen, in denen die Reflektorantenne 1 eine Vielzahl von Reflektoren einschließlich des Hauptreflektors 5 hat, die Spiegelflächenpräzision der Reflektoren einschließlich des Hauptreflektors 5 auf die gleiche Weise gemessen werden.
Wie oben beschrieben, werden bei der ersten Ausführungsform die Tafelstrahlungsfeldverteilungen der Spiegeltafeln 5a, die den Hauptreflektor 5 bilden, in der Spiegeltafelstrahlungsfeldverteilung-Speichereinrichtung 17 als die Elemente von Meßdaten gespeichert, der komplexe Erregungskoeffizient jeder Spiegeltafel 5a wird in der Erregungskoeffizient-Recheneinrichtung 18 entsprechend den Strahlungsfeldverteilungsdaten 9, dem Antennenlagesignal 10 und der Tafelstrahlungsfeldverteilung der Spiegeltafel 5a, die vorher gespeichert wird, berechnet, und die Spiegelflächenfehler der Spiegeltafeln 5a und die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 werden in dem Spiegelflächenpräzisionsprozessor 19 entsprechend den komplexen Erregungskoeffizienten der Spiegeltafeln 5a berechnet.
Daher können die komplexen Erregungskoeffizienten der Spiegeltafeln 5a zur Beschreibung der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 in einer Kombination der Tafelstrahlungsfeldverteilung der den Hauptreflektor 5 bildenden Spiegeltafeln 5a erhalten werden, und die Spiegelflächenfehler der Spiegeltafeln 5a können erhalten werden.
In den Fällen, in denen eine Radiowelle, wie etwa eine Millimeterwelle oder eine Submillimeterwelle eines Frequenzbands, das einer sehr kurzen Wellenlänge ent spricht, als die zur Messung der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 benutzte Radiowelle gewählt wird, kann somit, obwohl der für die signifikante Messung der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 nutzbare Beobachtungsbereich klein ist, ein Diagramm der Spiegelflächenfehler mit Auflösungsgraden erhalten werden, die den Größen der Spiegeltafeln 5a entsprechen, und die Messung der Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 kann mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
Ferner können die Beobachtungspunkte beliebig gewählt werden, um die Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 zu messen, und es ist nur erforderlich, daß die Anzahl der Beobachtungspunkte für die Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 höher als die Anzahl der Spiegeltafeln 5a ist, die den Hauptreflektor 5 bilden. Somit kann die Meßdauer der Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 vergleichsweise verkürzt werden, und der Einfluß von Temperatur und Wind auf die Meßwerte bei der Messung kann verringert werden.
Auch wenn nur die Amplitude der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 gemessen wird, kann die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 auch abgeschätzt werden.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
2 zeigt eine Spiegelflächenpräzisions-Meßeinrichtung einer Reflektorantenne gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Diejenigen Elemente, die denen in 1 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen, und eine erneute Beschreibung dieser Elemente entfällt.
In 2 bezeichnet 20 eine Recheneinrichtung für die virtuelle Spiegeltafelstrahlungsfeldverteilung, in der die Tafelstrahlungsfelder aller den Spiegeltafeln 5a entsprechenden virtuellen Spiegeltafeln des Hauptreflektors 5 unter der Bedingung berechnet werden, daß der Hauptreflektor 5 rechnerisch in die virtuellen Spiegeltafeln unterteilt ist.
Bei der ersten Ausführungsform werden die normierten Strahlungsfelder e_mn der Spiegeltafeln 5a vorher als Elemente von Meßdaten gemessen und in der Spiegeltafelstrahlungsfeldverteilung-Speichereinrichtung 17 gespeichert. Bei der zweiten Ausführungsform jedoch wird kein normiertes Strahlungsfeld gemessen.
Im einzelnen ist der Hauptreflektor 5 in eine Vielzahl von virtuellen Spiegeltafeln unterteilt, die Tafelstrahlungsfeldverteilungen aller virtuellen Spiegeltafeln des Hauptreflektors 5 werden in der Virtuelle-Spiegeltafelstrahlungsfeldverteilung-Recheneinrichtung 20 berechnet. In diesem Fall werden die Tafelstrahlungsfeldverteilungen sämtlicher virtuellen Spiegeltafeln nach Maßgabe einer aktuellen Verteilungsmethode oder einer Aperturverteilungsmethode berechnet.
Die erhaltenen Tafelstrahlungsfelder von allen virtuellen Spiegeltafeln werden in der Gleichung (1) als die normierten Strahlungsfelder e_mn der Spiegeltafeln 5a genutzt, und der Wert F_n des Strahlungsfelds der Reflektorantenne 1 wird für jeden Beobachtungspunkt Pn auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform gemessen. Daher wird auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform ein komplexer Erregungskoeffizient jeder virtuellen Spiegeltafel in der Erregungskoeffizient-Recheneinrichtung 18 zum Berechnen von komplexen Erregungskoeffizienten nach Maßgabe der Strahlungsfeldverteilungsdaten 9, des Antennenlagesignals 10 und der Tafelstrahlungsfeldverteilung der virtuellen Spiegeltafel berechnet.
Bei der Messung der Strahlungsfeldverteilung des Hauptreflektors 5 unter Nutzung einer Radiowelle, wie etwa einer Millimeterwelle oder einer Submillimeterwelle sehr kurzer Wellenlänge wird, wie oben beschrieben, ein Gewinn jeder tatsächlich verwendeten Spiegeltafel 5a (mit anderen Worten ein Tafelstrahlungsfeld jeder Spiegeltafel 5a, das in der Spiegeltafelstrahlungsfeldverteilung-Speichereinrichtung 17 als ein normiertes Strahlungsfeld gespeichert ist) bei der ersten Ausführungsform notwendigerweise verringert, weil ein Bereich jeder Spiegeltafel 5a kleiner als ein Bereich des Hauptreflektors 5 ist.
Es ist daher bei der ersten Ausführungsform schwierig, die Tafelstrahlungsfeldverteilung jeder Spiegeltafel 5a signifikant zu messen. Bei der zweiten Ausführungsform jedoch werden die Tafelstrahlungsfeldverteilungen der virtuellen Spiegeltafeln des Hauptreflektors 5, die in der Virtuelle-Spiegeltafelstrahlungsfeldverteilung-Recheneinrichtung 20 berechnet werden, anstelle der Elemente der Meßdaten, die in der Spiegeltafelstrahlungsfeldverteilung-Speichereinrichtung 17 gespeichert sind, genutzt, und daher ist es nicht erforderlich, die Tafelstrahlungsfeldverteilungen der Spiegeltafeln 5a des Hauptreflektors 5 zu messen.
Obwohl es also schwierig ist, die Tafelstrahlungsfeldverteilung jeder tatsächlich verwendeten Spiegeltafel 5a signifikant zu messen, kann dadurch, daß die Tafelstrahlungsfeldverteilungen der virtuellen Spiegeltafeln des Hauptreflektors 5 berechnet werden, die Spiegelflächenpräzision der Reflektorantenne 1 zuverlässig gemessen werden.
Da ferner bei der zweiten Ausführungsform die Anzahl von tatsächlich ausgeführten Meßvorgängen verringert ist, kann die zur Messung der Spiegelflächenpräzision der Reflektorantenne 1 erforderliche Gesamtzeit gegenüber derjenigen bei der ersten Ausführungsform verkürzt werden.
Da ferner bei der zweiten Ausführungsform die Größen der virtuellen Spiegeltafeln beliebig vorgegeben werden können, können die Größen der virtuellen Spiegeltafeln so vorgegeben werden, daß sie kleiner als diejenigen der Spiegeltafeln 5a sind. Daher kann ein Diagramm einer Vielzahl von Spiegelflächenfehlern der virtuellen Spiegeltafeln mit höherer Auflösung als bei der ersten Ausführungsform erhalten werden.
Da außerdem bei der zweiten Ausführungsform die Tafelstrahlungsfeldverteilungen der virtuellen Spiegeltafeln des Hauptreflektors 5 anstelle der Tafelstrahlungsfeldverteilungen der Spiegeltafeln 5a des Hauptreflektors 5 verwendet werden, kann auch dann, wenn der Hauptreflektor 5 nur aus einer Spiegeltafel besteht, die Spiegelflächenpräzision der Reflektorantenne 1 gemes sen werden. Es ist also nicht unbedingt erforderlich, daß der Hauptreflektor 5 in die Vielzahl von Spiegeltafeln 5a unterteilt wird, und die Beschränkungen der Reflektorantenne 1 können verringert werden.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
3 ist ein Spiegelflächensteuerungssystem einer Reflektorantenne gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die Bestandteile, die gleich denen von 1 sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen wie dort versehen und werden nicht erneut beschrieben.
In 3 bezeichnet 13 eine Spiegelflächensteuerungseinrichtung, die den Betrieb der Stelleinheiten 5b steuert, so daß die Stelleinheiten 5b eine Vielzahl von Einstellpositionen der Spiegeltafeln 5a der Hauptreflektors 5 nach Maßgabe der Spiegelflächenfehler δ_mn der Spiegeltafeln 5a, die in dem Spiegelflächenpräzisionsprozessor 19 erhalten werden, einstellen. 14 bezeichnet jedes von einer Vielzahl von Stelleinheitssteuersignalen, die in der Spiegelflächensteuerungseinrichtung 13 nach Maßgabe der Spiegelflächenfehler δ_mn der Spiegeltafeln 5a erzeugt werden.
Als nächstes wird der Betrieb des Spiegelflächensteuerungssystems beschrieben.
Die Spiegelflächenfehler δ_mn der Spiegeltafeln 5a und der Grad δ_n der Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 werden in dem Spiegelflächenpräzisionsprozessor 19 auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform berechnet.
Die Spiegelflächenfehler δ_mn der Spiegeltafeln 5a, die in dem Spiegelflächenpräzisionsprozessor 19 berechnet werden, werden der Spiegelflächensteuerungseinrichtung 13 zugeführt, und eine Vielzahl von Stelleinheitssteuersignalen 14 wird in der Spiegelflächensteuerungseinrichtung 13 nach Maßgabe der Spiegelflächenfehler δ_mn der Spiegeltafeln 5a erzeugt.
Jedes Stelleinheitssteuersignal 14 entspricht einer Stelleinheit 5b, und die Stelleinheitssteuersignale 14 sind auf Werte eingestellt, die den Spiegelflächenfehlern δ_mn der Spiegeltafeln 5a entsprechen. Daher wird jede Stelleinheit 5b in Abhängigkeit von dem jeweiligen Stelleinheitssteuersignal 14 betätigt, und eine Vielzahl von Einstellpositionen der Spiegeltafeln 5a wird von den Stelleinheiten 5b korrigiert. Somit kann die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 verbessert werden, und der Hauptreflektor 5 kann mit hoher Spiegelflächenpräzision eingestellt werden.
Wie oben beschrieben, steuert bei der dritten Ausführungsform die Spiegelflächensteuerungseinrichtung 13 die Stelleinheiten 5b nach Maßgabe der Spiegelflächenfehler δ_mn der Spiegeltafeln 5a, die in dem Spiegelflächenpräzisionsprozessor 19 erhalten werden, so daß die Stelleinheiten 5b eine Vielzahl von Einstellpositionen der Spiegeltafeln 5a korrigieren.
Daher können in den Fällen, in denen die komplexen Erregungskoeffizienten der Spiegeltafeln 5a erhalten werden, um die Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 in einer Kombination der Tafelstrahlungsfeldverteilungen der Spiegeltafeln 5a, die den Hauptreflektor 5 bilden, auszudrücken und um ein Diagramm der Spiegelflächenfehler mit Auflösungsgraden entsprechend den Größen der Spiegeltafeln 5a zu erhalten, die Einstellpositionen der Spiegeltafeln 5a eingestellt werden. Daher kann zusätzlich zu den bei der ersten Ausführungsform erzielten Auswirkungen der Hauptreflektor 5 mit hoher Spiegelflächenpräzision eingestellt werden.
AUSFÜHRUNGSFORM 4
4 ist ein Spiegelflächensteuerungssystem einer Reflektorantenne gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Diejenigen Elemente, die denen von 2 gleichen, sind mit den gleichen Bezugszeichen wie dort bezeichnet und werden nicht erneut beschrieben.
In 4 bezeichnet 13 eine Spiegelflächensteuerungseinrichtung, die einen Betrieb der Stelleinheiten 5b steuert, so daß die Stelleinheiten 5b eine Vielzahl von Einstellpositionen der Spiegeltafeln 5a des Hauptreflektors 5 nach Maßgabe der Spiegelflächenfehler der virtuellen Spiegeltafeln, die in dem Spiegelflächenpräzisionsprozessor 19 erhalten werden, einstellen.
14 bezeichnet jedes einer Vielzahl von Stelleinheitssteuersignalen, die in der Spiegelflächensteuerungseinrichtung 13 nach Maßgabe der Spiegelflächenfehler der virtuellen Spiegeltafeln erzeugt werden.
Als nächstes wird die Betriebsweise des Spiegelflächensteuerungssystems beschrieben.
Die Spiegelflächenfehler der virtuellen Spiegeltafeln und die Spiegelflächenpräzision δ_n des Hauptreflektors 5 werden in dem Spiegelflächenpräzisionsprozessor 19 auf die gleiche Weise wie bei der zweiten Ausführungsform berechnet.
Die Spiegelflächenfehler der virtuellen Spiegeltafeln, die in dem Spiegelflächenpräzisionsprozessor 19 berechnet werden, werden der Spiegelflächensteuerungseinrichtung 13 zugeführt, und eine Vielzahl von Stelleinheitssteuersignalen 14 wird in der Spiegelflächensteuerungseinrichtung 13 in Abhängigkeit von den Spiegelflächenfehlern der virtuellen Spiegeltafeln erzeugt. Jedes Stelleinheitssteuersignal 14 entspricht einer Stelleinheit 5b, und die Stelleinheitssteuersignale 14 sind mit Werten vorgegeben, die den Spiegelflächenfehlern der virtuellen Spiegeltafeln entsprechen.
Daher wird jede Stelleinheit nach Maßgabe des entsprechenden Stelleinheitssteuersignals 14 betätigt, und eine Vielzahl von Einstellpositionen der Spiegeltafeln 5a wird von den Stelleinheiten 5b korrigiert. Somit kann die Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors 5 verbessert werden, und der Hauptreflektor 5 kann mit hoher Spiegelflächenpräzision eingestellt werden.
Wie vorstehend beschrieben, steuert bei der vierten Ausführungsform die Spiegelflächensteuerungseinrichtung 13 die Stelleinheiten 5b nach Maßgabe der Spiegelflächenfehler der virtuellen Spiegeltafeln, die in dem Spiegelflächenpräzisionsprozessor 19 erhalten werden, um die Stelleinheiten 5b zu veranlassen, eine Vielzahl von Einstellpositionen der Spiegeltafeln 5a zu korrigieren.
In den Fällen, in denen die komplexen Erregungskoeffizienten der virtuellen Spiegeltafeln erhalten werden, um die Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne 1 in einer Kombination der Tafelstrahlungsfeldverteilungen der virtuellen Spiegeltafeln, die den Hauptreflektor 5 bilden, auszudrücken und um ein Diagramm der Spiegelflächenfehler zu erhalten, die Auflösungsgrade haben, die den Größen der virtuellen Spiegeltafeln entsprechen, können die Einstellpositionen der Spiegeltafeln 5a eingestellt werden. Somit kann zusätzlich zu den bei der zweiten Ausführungsform erzielten Wirkungen der Hauptreflektor 5 mit hoher Spiegelflächenpräzision eingestellt werden.

Claims

Spiegelflächenpräzisions-Meßeinrichtung einer Reflektorantenne, wobei die Spiegelflächenpräzision einer Reflektorantenne (1) gemessen wird, die einen aus einer Vielzahl von Spiegeltafeln (5a) zusammengesetzten Hauptreflektor (5) hat, gekennzeichnet durch eine Sendeantenne (16), die in einer vorgegebenen Entfernung von der Reflektorantenne (1) angeordnet ist; eine Strahlungsfeldverteilung-Meßeinrichtung (7) zum Messen der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne für die vorgegebene Entfernung der Sendeantenne (16) unter gleichzeitiger Steuerung der Lage der Reflektorantenne (1); eine Spiegeltafelstrahlungsfeldverteilung-Speichereinrichtung (17) zum Speichern der Tafelstrahlungsfeldverteilung jeder Spiegeltafel (5a) des Hauptreflektors (5) als Meßdaten; eine Erregungskoeffizient-Recheneinrichtung (18) zum Berechnen von komplexen Erregungskoeffizienten jeder Spiegeltafel des Hauptreflektors nach Maßgabe der von der Strahlungsfeldverteilung-Meßeinrichtung (7) gemessenen Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne (1), der in der Spiegeltafelstrahlungsfeldverteilung-Speichereinrichtung (17) gehaltenen Tafelstrahlungsfeldverteilung der Spiegeltafel und eines Antennenlagesignals, das die Lage der Reflektorantenne gemäß der Steuerung durch die Strahlungsfeldverteilung-Meßeinrichtung bezeichnet; und eine Spiegelflächenpräzision-Recheneinrichtung (19) zum Berechnen des Spiegelflächenfehlers jeder Spiegeltafel und der Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors (5) in Abhängigkeit von den komplexen Erregungskoeffizienten der Spiegeltafeln (5a) des Hauptreflektors (5) gemäß der Berechnung durch die Erregungskoeffizient-Recheneinrichtung (18).
Spiegelflächenpräzisions-Meßeinrichtung einer Reflektorantenne, wobei die Spiegelflächenpräzision einer Reflektorantenne (1) gemessen wird, die einen aus einer Vielzahl von Spiegeltafeln (5a) zusammengesetzten Hauptreflektor (5) hat, gekennzeichnet durch eine Sendeantenne (16), die in einer vorgegebenen Entfernung von der Reflektorantenne (1) angeordnet ist; eine Strahlungsfeldverteilung-Meßeinrichtung (7) zur Messung der Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne (1) für die vorgegebene Entfernung der Sendeantenne (16) unter gleichzeitiger Steuerung der Lage der Reflektorantenne (1); eine Virtuelle-Spiegeltafelstrahlungsfeldverteilung-Recheneinrichtung (20) zum rechnerischen Unterteilen des Hauptreflektors (5) in eine Vielzahl von den Spiegeltafeln (5a) entsprechenden virtuellen Spiegeltafeln und Berechnen der Tafelstrahlungsfeldverteilung jeder virtuellen Spiegeltafel; eine Erregungskoeffizient-Recheneinrichtung (18) zum Berechnen von komplexen Erregungskoeffizienten jeder virtuellen Spiegeltafel des Hauptreflektors (5) in Abhängigkeit von der von der Strahlungsfeldverteilung-Meßeinrichtung (7) gemessenen Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne (1), der in der Virtuelle-Spiegeltafelstrahlungsfeldverteilung-Recheneinrichtung (20) berechneten Tafelstrahlungsfeldverteilung der virtuellen Spiegeltafel, und eines Antennenlagesignals, das die von der Strahlungsfeldverteilung-Meßeinrichtung (7) gesteuerte Lage der Reflektorantenne (1) bezeichnet; und eine Spiegelflächenpräzision-Recheneinrichtung (19) zum Berechnen des Spiegelflächenfehlers jeder virtuellen Spiegeltafel und der Spiegelflächenpräzision des Hauptreflektors (5) in Abhängigkeit von den von der Erregungskoeffizient-Recheneinrichtung (18) berechneten komplexen Erregungskoeffizienten der virtuellen Spiegeltafeln des Hauptreflektors (5).
Spiegelflächenpräzisions-Meßeinrichtung einer Reflektorantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsfeldverteilung der Reflektorantenne (1) von der Strahlungsfeldverteilung-Meßeinrichtung (7) erhalten wird durch Messen des Strahlungsfelds für jede Lage der Reflektorantenne (1).
Spiegelflächenpräzisions-Meßeinrichtung einer Reflektorantenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorantenne (1) linear bewegt wird, um die Lage der Reflektorantenne zu ändern.
Spiegelflächensteuerungssystem einer Reflektorantenne, wobei die Spiegelflächenpräzision einer Reflektorantenne (1) gesteuert wird, die einen aus einer Vielzahl von Spiegeltafeln (5a) zusammengesetzten Hauptreflektor (5) hat, gekennzeichnet durch eine Spiegelflächenpräzisions-Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4; und einer Spiegelflächensteuerungseinrichtung (13) zur Steuerung und Korrektur einer Vielzahl von Einstellpositionen der Spiegeltafeln (5a) des Hauptreflektors (5) in Abhängigkeit von den Spiegelflächenfehlern der Spiegeltafeln.