SU1714355A1

SU1714355A1 - Device for adjustment of large spherical surfaces

Info

Publication number: SU1714355A1
Application number: SU894732598A
Authority: SU
Inventors: Парис Мисакович Геруни; Ваан Генрихович Аветисян; Рубен Норикович Симонян
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Радиофизических Измерений
Priority date: 1989-08-22
Filing date: 1989-08-22
Publication date: 1992-02-23

Abstract

Изобретение относитс к антенной технике. Цель изобретени - повышение точности юстировки. Устройство содержит генератор пр моугольных импульсов, генератор СВЧ-сигналов, трехплечий циркул - тор. приемопередающую антенну и индикаторный блок, две пары идентичных приемных антенн, спаренные потенциометры, осциллограф и два идентичных канала усилени и преобразовани сигналов, каждый из которых содержит первый и.второй детекторы, выходы которых подключены к входам дифференциального усилител , выход которого подключен к последовательно соединенным синхронному детектору и модул тору. 1 ил.СОсThe invention relates to antenna technology. The purpose of the invention is to improve the accuracy of the adjustment. The device contains a generator of rectangular pulses, a generator of microwave signals, a three-arm circulator. transceiver antenna and indicator unit, two pairs of identical receiving antennas, paired potentiometers, an oscilloscope and two identical channels of amplification and conversion of signals, each of which contains the first and second detectors, the outputs of which are connected to the inputs of the differential amplifier, the output of which is connected to serially connected synchronous detector and modulator. 1 il.COC

Description

Изобретение относитс к области антенной техники.The invention relates to the field of antenna technology.

Известно устройство дл юстировки больших цилиндрических и с | ерических поверхностей , расчлененных на отдельные независимые элементы-щиты.A device for the adjustment of large cylindrical and with | The surfaces are partitioned into separate independent shield elements.

Устройство содержит генератор СВЧ. циркул тор. приемо-передающую антенну, модулирующие отражатели, устанавливаемые на юстируемый щит. приемник, представл ющий из себ СВЧ, фазовый детектор дл установки радиального рассто н и и одной из угловых координат ориентации нормали щита.The device contains a microwave generator. circulator transceiver antenna, modulating reflectors mounted on an adjustable shield. a receiver representing a microwave; a phase detector for setting the radial distance and one of the angular coordinates of the orientation of the shield normal.

Однако юстировка щитов с помощью указанного устройства вл етс трудоемким процессом из-за, необходимости установки отражателей на щит.However, the alignment of the shields using this device is a time consuming process due to the need to install reflectors on the shield.

Кроме того, устройство имеет дополнительные источники погрешностей при юстировке , обусловленные неточностью установки отражателей на щите-.In addition, the device has additional sources of error during adjustment due to the inaccuracy of the installation of reflectors on the shield.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство дл юстировки больших сферических поверхностей, содержащее приемопередающую антенну, расположенную в центре юстируемой поверхности, мощность передатчика через циркул тор излучаетс этой антенной на юстируемую поверхность, а отраженный от щита сигнал принимаетс этой же антенной и через циркул тор поступает на вход приемника. При приеме сигнала последовательно от каждого из щитов по максимуму отраженного сигнала устанавливаетс ориентаци нормали к щитам вдоль радиального направлени , а методом интерферометра устанавливаетс радиальное рассто ние каждого щита. . Однако в известном устройстве неизбежные флуктуации мощности на входе приемника вызывают флуктуации и на его выходе, что снижает точность ориентации нормали щита. Устройство также не обеспечивает индикацию пространственной ориентации нормали щита в процессе юстировки.Closest to the present invention is a device for adjusting large spherical surfaces, containing a transceiver antenna located in the center of the surface being adjusted, the transmitter power through the circulator is radiated by this antenna to the surface being adjusted, and the signal reflected from the shield is received by the same antenna receiver input. When a signal is received sequentially from each of the shields, the orientation of the normal to the shields along the radial direction is determined from the maximum of the reflected signal, and the radial distance of each shield is determined using the interferometer method. . However, in the known device, inevitable power fluctuations at the receiver input cause fluctuations at its output, which reduces the accuracy of the orientation of the shield normal. The device also does not provide an indication of the spatial orientation of the shield normal during the alignment process.

Кроме того, ориентаци по тупому максимуму прин того сигнала не позвол ет реализовать высокую точность установки щитов.In addition, the orientation along the blunt maximum of the received signal does not allow for the high accuracy of the shield installation.

Цель изобретени - повышение точности юстировки.The purpose of the invention is to improve the accuracy of the adjustment.

Использование изобретени приводит к снижению энергоемкости процесса юстировки и повышению производительности труда.The use of the invention leads to a decrease in the energy intensity of the alignment process and an increase in labor productivity.

Цель достигаетс тем, что в устройстве, содержащем генератор СВЧ, циркул тор, приемопередающую антенну, индикаторный блок дл установки радиального рассто ни , генератор пр моугольных импульсов, служащий в качестве источника модулирующих и опорных сигналов, установка ориентации нормали щита осуществл етс введенными симметрично вокруг приемопередающей антенны и расположенными относительно нее в двух взаимоортогональных направлени хдвум парами идентичных приемных антенн,причем каналы усилени и преобразовани каждой пары ёнтенн также идентичны. Выходы первой пары нагружены на детекторы. Низкочастотные сигналы с частотой модул ции Q , вл ющиес выходными сигналами детекторов , поступают на дифференциальный усилитель, выходной разностный сигнал которого синхронно детектируетс . Посто нный выходной Ьигнал синхронного детектора вновь модулируетс пр моугольными импульсами и через потенциометр подаетс на Y-вход осциллографа. Второй Х-вход осциллографа соединен с выходом потенциометра канала второй пары антенн. Потенциометры обоих каналов спарены, работают синхронно и служат дл регулировки чувствительности визуальной индикации.The goal is achieved by the fact that in a device containing a microwave generator, a circulator, a transceiver antenna, an indicator unit for setting the radial distance, a square pulse generator serving as a source of modulating and reference signals, setting the orientation of the shield normal is carried out symmetrically around the transceiver antennas and relative to it in two mutually orthogonal directions of two pairs of identical receiving antennas, with the gain and transform channels of each pair of Enn are also identical. The outputs of the first pair are loaded on the detectors. Low-frequency signals with a modulation frequency Q, which are the output signals of the detectors, are sent to a differential amplifier, the output difference signal of which is synchronously detected. The constant output signal of the synchronous detector is again modulated by square pulses and fed through a potentiometer to the Y-input of the oscilloscope. The second X-input of the oscilloscope is connected to the output of the channel potentiometer of the second pair of antennas. The potentiometers of both channels are paired, work synchronously and serve to adjust the sensitivity of the visual display.

Если ориентаци нормали юстируемого щита совпадает с радиальным направлением , то сигналы на выходах дифференциальных усилителей обоих каналов равны нулю ввиду того, что отраженна от щита мощность не вызывает сигнала разбаланса у идентичных антенн каждой пары. При этомIf the orientation of the normalized shield coincides with the radial direction, then the signals at the outputs of the differential amplifiers of both channels are zero due to the fact that the power reflected from the shield does not cause an imbalance signal in identical antennas of each pair. Wherein

на экране осциллографа наблюдаетс одно свет щеес п тно в центре экрана. При смещении ориентации нормали щита относительно радиального вдоль направлени On the oscilloscope screen, there is one light spotted in the center of the screen. When the orientation of the shield normal is shifted relative to the radial along the direction

линии первой пары антенн по вл етс сигнал разбаланса на выходе дифференциального усилител канала этой пары и на Y-входе осциллографа по вл етс сигнал в виде пр моугольных импульсов. При этомThe line of the first pair of antennas shows an imbalance signal at the output of the differential amplifier of the channel of this pair, and a signal in the form of rectangular pulses appears at the Y-input of the oscilloscope. Wherein

на экране кинескопа будут наблюдатьс два свет щихс п тна. Одно, нулевое свет щеес п тно, соответствующее отсутствию сигнала на входе осциллографа при закрытом состо нии модул тора, и второе, смещенное вдоль оси Y относительно нулевого п тна , рабочее свет щеес п тно, соответствующее сигналу при открытом состо нии модул тора. Направление смещени рабочего свет щегос п тна от нулевогоon the screen of a kinescope two light spots will be observed. One, a zero light spot, corresponding to the absence of a signal at the input of the oscilloscope in the closed state of the modulator, and the second, shifted along the Y axis relative to the zero spot, the working light from the spot, corresponding to the signal when the modulator is open. The direction of displacement of the worker light of the spot from zero

вдоль оси У в ту или иную сторону зависит от того, в которую сторону относительно радиального направлени смещена ориентаци нормали щита. Аналогичным образом смещение рабочего свет щегос п тна отalong the Y axis in one direction or another, depends on which direction of the shield normal is shifted relative to the radial direction. Similarly, the displacement of the worker light of the spot from

нулевого вдоль оси X св зано со смещением относительно радиального направлени ориентации нормали щита вдоль линии второй пары антенн. При произвольной ориентации нормали щита сигналы разбалансаthe zero along the X axis is associated with an offset from the radial direction of the orientation of the shield normal along the line of the second pair of antennas. With an arbitrary orientation of the shield normal, the imbalance signals

по вл ютс одновременно на выходах дифференциальных усилителей обоих каналов обработки сигналов пар антенн. Эти сигналы вызывают смещение рабочего свет щегос п тна осциллографа относительноAppears simultaneously at the outputs of the differential amplifiers of both channels of signal processing of pairs of antennas. These signals cause the working light of the oscilloscope to drift relative to

нулевого в положение, соответствующее ориентации нормали щита относительно радиального направлени , а пол рные координаты р и а рабочего свет щегос п тна относительно нулевого свет щегос п тнаzero to the position corresponding to the orientation of the normal of the shield relative to the radial direction, and the polar coordinates p and a of the working light of the bright spot relative to the zero light of the bright spot

пропорциональны соответственно углу места Ои азимутальному углу 9 ориентации нормали щита в системе координат, св занной с приемными парами антенн. При этом дрейф луча осциллографа дополнительныхproportional to, respectively, the elevation angle O and azimuth angle 9 of the orientation of the shield normal in the coordinate system associated with the receiving antenna pairs. At the same time, the oscilloscope’s beam drift

погрешностей в определении положени свет щегос п тна относительно нулевого не вызывает, поскольку оба п тна дрейфуют синхронно.Light does not cause errors in determining the position of the spot spot relative to zero, since both spots drift synchronously.

Таким образом, производитс непрерывна визуальна индикаци ориентации нормали щита в процессе юстировки щита. Поскольку дл визуальной индикации ориентации нормали щита используетс разностный сигнал в каждом канале пар антенн, то вли ние флуктуации уровн отращенного от щита сигнала на положение рабочего свет щегос п тна относительно нулевого мало . Это приводит к повышению точностиThus, a continuous visual indication of the orientation of the shield normal is made during the alignment of the shield. Since the difference signal in each channel of the antenna pairs is used to visually indicate the orientation of the shield normal, the effect of fluctuations in the level of the signal grown from the shield on the position of the working spot light relative to zero is small. This leads to increased accuracy.

установки ориентации нормали щита вдоль радиального направлени .set the orientation of the shield normal along the radial direction.

Одновременно существенно упрощаетс процесс юстировки и снижаютс требовани к квалификации юстировщиков, 5 регулиру болты следует добиватьс лишь совпадени меток на экране (напомним, что речь идет обычно о необходимости регулировки тыс ч щитов).At the same time, the alignment process is greatly simplified and the requirements for qualification of aligners are reduced;

На чертеже представлено устройство 10 дл юстировки.The drawing shows the device 10 for alignment.

На платформе 1, имеющей возможность вращени вокруг центра юстируемой сферической поверхности 2, расчлененной на отдельные независимые подвижные щиты 15On platform 1, which has the ability to rotate around the center of an adjustable spherical surface 2, divided into separate independent movable shields 15

3,установлена приемопередающа антенна3, transceiver antenna installed

4,вокруг которой симметрично относительно нее вдоль двух взаимно-ортогональных направлений X и Y установлены две пары идентичных антенн 5, 6 и 7, 8. Приемопере- 20 дающа антенна 4 подключена к второму плечу трехплечевого циркул тора 9, к первому плечу которого подключен сигнальный выход генератора СВЧ 10 и к третьему сигнальный вход блока индикации радиаль- 25 ного рассто ни 11, СВЧ-опорный вход которого подключен к опорному выходу генератора 10. Выходы первой пары антенн4, around which two pairs of identical antennas 5, 6 and 7 are installed symmetrically relative to it along two mutually orthogonal directions X and Y, 8. The receiving and transmitting antenna 4 is connected to the second arm of the three-arm circulator 9, the signal arm is connected to the first arm. the output of the microwave generator 10 and the third signal input of the radial distance indication unit 11, the microwave reference input of which is connected to the reference output of the generator 10. The outputs of the first pair of antennas

5 и 6 подключены к входам первого и второго детекторов 12 и 13 соответственно кана- 30 ла усилени и преобразовани сигналов этой пары антенн. Выходы детекторов соединены с входами дифференциальногоусилител - 14, выход которого соединен с сигнальным входом синхронного детектора 35 15, выход которого соединен с.сигнальным входом модул тора 16, выход которого соединен с входом потенциометра 17, вь1ход которого соединен с Y-входом осциллографа 18. Выходы второй пары антенн 7 и 8 40 подключены к входам первого и второго детекторов 19 и 20 канала усилени и преобразовани сигналов второй пары антенн. Выходы детекторов соединены с входами дифференциального усилител 21, выход 45 которого соединен с сигнальным входом синхронного детектора 22, выход которого соединен с сигнальным входом модул тора 23, выход которого, соединен с входом потенциометра 24, выход которого соединен с 50 Х-входом осциллографа 18. Причем потенциометры 17 и 24 спарены, а опорные входы синхронных детекторов 15 и 22, модулирующие входы генератора СВЧ 10, модул торов 16 и 23 и низкочастотный опорный вход 55 блока индикации радиального рассто ни 11 соединены с выходом генератора 25 пр моугольных импульсов. Кроме того, обозначе )-1ы рабочее свет щеес п тно 26 и нулевое свет щеес п тно 28 на экране кинескопа осциллографа 18, болты 28 щитов 3 и регулирующ1Ле и крепежные гайки 29.5 and 6 are connected to the inputs of the first and second detectors 12 and 13, respectively, of the amplification and conversion channel of the signals of this pair of antennas. The outputs of the detectors are connected to the inputs of the differential amplifier - 14, the output of which is connected to the signal input of the synchronous detector 35 15, the output of which is connected to the signal input of the modulator 16, the output of which is connected to the input of the potentiometer 17, whose input is connected to the Y-input of the oscilloscope 18. Outputs The second pair of antennas 7 and 8, 40 are connected to the inputs of the first and second detectors 19 and 20 of the channel for amplifying and converting the signals of the second pair of antennas. The outputs of the detectors are connected to the inputs of the differential amplifier 21, the output 45 of which is connected to the signal input of the synchronous detector 22, the output of which is connected to the signal input of the modulator 23, the output of which is connected to the input of the potentiometer 24, the output of which is connected to the 50 X input of the oscilloscope 18. Moreover, potentiometers 17 and 24 are paired, and reference inputs of synchronous detectors 15 and 22, modulating inputs of microwave generator 10, modulators 16 and 23, and low frequency reference input 55 of radial distance indication unit 11 are connected to generator output 25 rectangular pulses. In addition, the working light is indicated by a spot 26 and a zero light is spot 28 on the screen of the oscilloscope CRT 18, bolts 28 of the shields 3 and adjusting1Le and fastening nuts 29.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Часть мощности генератора СВЧ 10 модулируетс сигналом генератора 25 пр моугольных импульсов и подаетс циркул тор 9 на приемопередающую антенну 4. Друга немодулированна часть мощности генератора СВЧ 10 в качестве опорного СВЧ-сигнала подаетс на опорный вход блока 11 индикации, представл ющего из себ СВЧфазовый детектор с последующей индикацией радиального рассто ни . СВЧ-мощность, излучаема антенной 4 на юстируемый щит 3, отражаетс в направлении платформы 1. Часть ее принимаетс антенной .4 и посредством циркул тора 9 поступает на сигнальный вход блока 11 индикации радиального рассто ни , с помощью которого и производитс контроль радиального рассто ни . Часть отраженной от щита 3 мощности принимаетс антеннами 5-8. Вследствие произвольного смещени ориентации нормали щита относительно радиального направлени по вл етс разбаланс уровней мощностей, принимаемых антеннами 5 и 6 одной пары и 7 и 8 другой пары. .Обусловленные разбалансом сигналы на выходах дифференциальных усилителей 14 и 21 вызывают соответственно сигналами на входах Y и X осциллографа 18.A part of the power of the microwave generator 10 is modulated by a signal of the generator of 25 rectangular pulses and the circulator 9 is fed to the transmitting-receiving antenna 4. Another unmodulated part of the power of the microwave generator 10 as the reference microwave signal is fed to the reference input of the display unit 11, which represents the microwave phase detector subsequent indication of radial distance. The microwave power radiated by the antenna 4 to the adjustable shield 3 is reflected in the direction of the platform 1. Part of it is received by the antenna .4 and through the circulator 9 enters the signal input of the radial distance indication unit 11, by means of which the radial distance is monitored. Part of the power reflected from the shield 3 is received by antennas 5-8. Due to the arbitrary displacement of the orientation of the shield normal relative to the radial direction, the power levels received by antennas 5 and 6 of one pair and 7 and 8 of the other pair appear. .An imbalance-induced signals at the outputs of differential amplifiers 14 and 21 are called, respectively, by the signals at the inputs Y and X of an oscilloscope 18.

Благодар этому на экране кинескопа оссциллографа 18 происходит смещение рабочего свет щегос п тна 26 относительно нулевого свет щегос п тна 27 в положение , соответствующее ориентации нормали щита относительно радиального направлени . При этом ручка регулировки синхронно работающих и спаренных потенциометров стоит в положении, соответствующем низкой чувствительности визуальной индикации . Наблюда положение свет щегос п тна 26 на экране кинескопа, легко предсказать нужное изменение в положении щита 3. Изменением положени -щита 3 с помощью регулировачных болтов 28 (точнее гаек 29) добиваютс приблизительно совмещени рабочего свет щегос п тна с нулевым , что будет соответствовать грубой установке ориентации нормали щита вдоль радиального направлени . Затем, повыша чувствительность визуальной индикации ручкой спаренных потенциометров 17 и 24, вновь предсказуемым изменением положени щита добиваютс оп ть приблизительного совмещени рабочего свет щегос п тна с нулевым свет щимс п тном на экране кинескопа. .Операци установки ориентации нормали щита считаетс законченной , если при максимальной чувствительности визуальной индикации рабочее свет щеес п тно находитс внутри круга, центром которого вл етс нулевое.свет щеес п тно, Радиус круга прокалиброван при максимальной чувствительности и соответствует заданной точности установки ориентации нормали щита. После этой операции с помощью индикаторного блока 11 радиального рассто ни производитс установка радиального рассто ни щита.Due to this, on the screen of the oscilloscope 18 kinescope, the working light of the spot 26 is shifted relative to the zero light of the spot 27 to the position corresponding to the orientation of the shield normal relative to the radial direction. At the same time, the knob for synchronously operating and paired potentiometers is in the position corresponding to the low sensitivity of the visual indication. Observing the position of the light of the spot 26 on the screen of the kinescope, it is easy to predict the desired change in the position of the shield 3. By changing the position of the shield 3 with the help of adjusting bolts 28 (or more precisely nuts 29), the working spot of the bright spot is approximately equal to zero. setting the orientation of the shield normal along the radial direction. Then, by increasing the sensitivity of the visual indication by the knob of the paired potentiometers 17 and 24, by again predicting the change in the position of the shield, the approximate alignment of the working light of the spot with the zero light on the picture tube is achieved. The shield orientation setting is considered complete if, at maximum visual display sensitivity, the working light of the spot is inside a circle whose center is zero. The spot radius is calibrated at maximum sensitivity and corresponds to the specified accuracy of the shield orientation setting. After this operation, the radial distance of the shield is set using the radial distance indicator unit 11.

Устройство реализуют и испытывают в процессе юстировки радиотелескопа РОТ32-54-2 ,6, главное зеркало которого представл ет из себ составленную из 3800 щитов размерами пор дка м составную поверхность в виде полусферы с диаметром 54 м.The device is realized and tested in the process of alignment of the radio telescope ROT32-54-2, 6, the main mirror of which is a composite surface consisting of 3800 shields, in the order of m, in the form of a hemisphere with a diameter of 54 m.

Устройство состоит из платформы с антеннами и установленной на ее обратной стороне аппаратурой (платформа устанавливаетс на вращающейс конструкции), переносного индикаторного блока с кабелем длиной 60 м, наход щегос у оператора-юстировщика .The device consists of a platform with antennas and equipment installed on its back side (the platform is mounted on a rotating structure), a portable indicator unit with a 60 m long cable, located at the operator's aligner.

Параметры устройства таковы: рабоча длина волны Я 8 мм, разрешение по радиусу 15 мкм, разрешение по углу ориентации нормали щита 0,3 максимальные габариты платформы с антеннами и установленной на ней аппаратурой 500 х 500 х 700 мм , габариты индикаторного блока 200 х 400 х 400 мм .The device parameters are as follows: working wavelength I 8 mm, resolution over a radius of 15 μm, resolution along the orientation angle of the shield normal 0.3 maximum dimensions of the platform with antennas and equipment installed on it 500 x 500 x 700 mm, dimensions of the indicator unit 200 x 400 x 400 mm.

Claims

By improving the accuracy of the alignment of the entire dissected spherical surface with the same dimensions of the geometric surface of the antenna, its important parameter, the effective area, increases, and ensuring continuous visual indication of the orientation of the shield normal during the alignment immediately predicts the desired change in the shield position during the alignment, which reduces the alignment time the entire surface. An apparatus for adjusting large spherical surfaces, comprising a series-connected square pulse generator, a microwave signal generator, a three-shouldered circulator, a transceiver antenna, and an indicator unit connected to the third shoulder of the three-shouldered circulator, characterized in that, in order to improve the accuracy of the alignment , two pairs of identical receiving antennas, installed symmetrically with respect to the transceiver antenna in two mutually perpendicular directions, paired along Potentiometers, an oscilloscope and two identical channels of amplification and conversion of signals, each of which contains the first and second detectors, the outputs of which are connected to the first and second inputs of a differential amplifier connected by their output to series-connected synchronous detector and modulator, the second inputs of synchronous detectors, module tori and indicator unit are connected to the output of the generator of rectangular pulses, the outputs of the modulators are connected to the corresponding inputs of the paired potentiometers, the output is The first potentiometer is connected to the X input, and the output of the oscilloscope is second to the Y input, and the inputs of the amplification and signal conversion channel detectors are connected to the outputs of the corresponding pairs at. removable antennas.

y / x