支撐天線結構並使天線在規定空域內運動的裝置。它通過天線控制系統使天線按照預定的規律運動，或者跟隨目標運動；並且通過軸位檢測裝置，精確地測出目標的方位。
基本介紹
- 中文名：天線座架
- 結構型式：一軸、二軸、三軸、四軸
- 目的：精確地測出目標的方位
- 定義：使天線在規定空域內運動的裝置
正文,
正文
支撐天線結構並使天線在規定空域內運動的裝置。它通過天線控制系統使天線按照預定的規律運動，或者跟隨目標運動；並且通過軸位檢測裝置，精確地測出目標的方位。
天線座架有多種結構型式：按轉軸的數目，可以分為一軸、二軸、三軸、四軸和固定不動的。搜尋、引導雷達在垂直方向上波瓣較寬或者垂直方向是電掃描的，只要求天線在方位上轉動，就能覆蓋預定的空間。跟蹤雷達、衛星通信地球站和射電望遠鏡，通常採用圓拋物面天線，波束窄，必須使天線在方位和俯仰上同時轉動才能掃掠整個空域。艦載和機載雷達為了補償艦艇縱、橫搖擺，或者飛機升降、滾翻的影響，常採用三軸或四軸的天線座。相控陣雷達天線波束是電控掃描的，微波接力通信天線用於定向傳輸，因此都可以採用固定不動的座架。在各種座架中，套用最廣的是兩軸天線座。兩軸天線座按座架的結構型式分為俯仰—方位型、X—Y型、極軸型等多種型式。
以地面為基準,所以也稱為地平式或經緯儀式天線座。方位軸與地面垂直，俯仰軸與方位軸垂直。這種座架的結構緊湊，承載能力大，調整測量方便，是兩軸天線座中套用最廣的座架型式。俯仰－方位型天線座又有三種基本型式：立軸式、轉台式和輪軌式。①立軸式天線座：用立軸（方位軸）支撐天線和方位轉動部分。中小型天線多數採用這種座架，它的基本結構簡單，設計、製造、維修都比較方便。②轉台式天線座：天線和方位轉動部分用能夠承受軸向載荷、徑向載荷和傾覆力矩的特大型滾動軸承或靜壓軸承來支承。這種型式承載能力大、剛度好、精度高、軸向尺寸小、重心低、穩定性好，通常用於大、中型天線。③輪軌式天線座：天線和方位轉動部分用滾輪和軌道支承。軌道直徑一般為天線口徑的1/2～2/3，滾輪和軌道也是方位驅動系統的末級傳動裝置。滾輪和軌道是摩擦傳動，所以方位驅動能力不僅決定於驅動電機的功率，而且還取決於驅動滾輪與軌道之間的靜摩擦力。為了保證方位的驅動能力，輪軌之間必須有足夠的正壓力和摩擦係數，所以一般用於大型天線。座架採用桁架結構，與前兩種型式相比，省略了大型方位軸承、方位大齒輪和大轉台。因此結構簡單、重量與口徑的比值小、造價低、安裝維修方便，而且能達到較高的結構精度。
俯仰－方位型天線座的缺點是在天頂附近有跟蹤不上目標的盲區。當目標從天線天頂附近通過時，所需的方位跟蹤角速度趨於無窮大，所以它只能跟蹤某一仰角以下的目標。如果需要過頂連續跟蹤，則須採用其他的型式。
軸水平配置,軸與軸空間垂直並隨軸轉動,電軸與軸垂直（圖1）。它適用於跟蹤運動衛星、氣象衛星和宇宙飛船的地球站。因為衛星、飛船經過天頂時離地面距離最近，信號最強，所以要求地球站能夠過頂跟蹤接收,-型座架不像俯仰－方位型座架那樣會在天頂附近出現跟不上目標的現象；此外，每根軸只需轉動±90°，就能使波束掃掠整個空域。因此,它不需要高頻轉動鉸鏈和滑環,可以使用撓性波導和電纜。但是這種座架、軸均不與地面垂直。通常兩軸都需要加平衡重才能達到靜平衡，因而兩軸間距大，結構不緊湊，體積重量較大。
這種天線座是以赤道平面為基準，所以也稱為赤道式天線座（圖2）。下軸與地球自轉軸線平行,稱為極軸或赤經軸;上軸與極軸垂直，稱為赤緯軸。這種座架在射電天文望遠鏡中使用較廣,因為用極軸型座架跟蹤恆星時,先調整赤緯軸使天線對準星體，然後只轉動極軸抵消地球的自轉轉速（23小時56分4.095秒轉一圈）,就能使天線始終對準被觀測的星體。它還適用於跟蹤赤道衛星。極軸與地面的夾角應等於當地的緯度，所以座架的結構比較複雜，受力情況不佳。
除了上述型式之外,還有--型三軸座架、三腳支撐座架等。隨著衛星通信技術的發展，還出現了各種方向有限可控的簡易座架。
設計 設計的基本要求是:保證天線的活動範圍;有足夠的角速度和角加速度;滿足跟蹤測量的精度要求;座架結構應有足夠的剛度和強度，在規定的環境條件下能安全、精確地工作。對於高精度天線座的設計，為了保證伺服系統的精度和動態性能指標，除這些要求外還要求轉動慣量小、結構固有頻率高、間隙小、摩擦和摩擦起伏小、慢動性好。同時，在各種氣候條件下要求尺寸穩定和軸系精度高。為此，須對天線座架結構進行靜力和動力分析計算。天線座架的設計包括結構型式和驅動方式的選擇，支承轉動裝置、驅動裝置、軸位檢測裝置、平衡裝置、滑環，以及安全保護裝置的設計。其中影響度的關鍵部件是支承轉動裝置、驅動裝置和軸位檢測裝置。
對於俯仰－方位型天線座是指方位軸的鉛垂度；俯仰軸與方位軸的垂直度；以及電軸與俯仰軸的垂直度。測量目標的角位置是通過俯仰軸和方位軸的軸位檢測裝置輸出的。如果方位軸、俯仰軸和電軸互不垂直，軸位檢測裝置輸出的就不是真實的方位角和俯仰角，就會產生測角誤差。影響軸系精度的因素主要是軸承的晃動、座架的製造誤差、調整誤差和結構變形等。
由天線座架、驅動系統和基礎組合成一個複雜的彈性系統，具有一定的固有頻率。當外界干擾力(如陣風、驅動力矩、振動、顛簸等)的頻率接近或等於系統的固有頻率時，系統便會發生諧振。對於伺服驅動的天線系統，如果結構固有頻率接近或者落入伺服系統的頻寬之內,伺服噪聲也會激發系統而發生諧振,使系統不穩定而無法工作，甚至造成天線系統的損傷和毀壞。為了保證伺服系統的穩定性並有足夠的穩定裕度，通常要求結構固有頻率為伺服頻寬的3～5倍。隨著天線直徑的增大，這種矛盾更為突出。因此，結構諧振問題越來越受到人們的重視。在結構設計時應對天線系統進行動力分析，儘可能使結構固有頻率避開各種干擾頻率，高於伺服頻寬；另外，也可以從機械和伺服兩方面採取措施抑制諧振峰。
艦艇在航行中會發生縱搖、橫搖、升沉和航向的變化，其中影響最大的是橫搖和縱搖。艦艇連同天線座和天線波束一起縱橫搖擺，就會影響雷達的搜尋區域、捕捉目標的機率、作用距離和測量定位精度。為了消除艦艇縱搖和橫搖的影響，通常將天線座裝在穩定平台上。穩定平台有兩根軸，橫搖軸與艦的首尾線平行，縱搖軸與艦的首尾線垂直。在縱搖軸和橫搖軸上各有一套軸位感測器和伺服驅動系統。在艦艇上裝有方位水平儀，它也有縱搖、橫搖兩根軸和兩套軸位感測器。利用高速陀螺的慣性，使方位水平儀的平台不隨艦艇搖擺，而始終保持穩定的水平基準。當艦艇發生縱搖、橫搖時，高速陀螺的慣性使方位水平儀的縱、橫搖軸軸位感測器產生搖擺信號，與天線座穩定平台縱、橫搖軸軸位感測器的信號進行比較，得出誤差信號，經過放大加給伺服驅動系統，使穩定平台的縱搖軸、橫搖軸跟隨方位水平儀的縱搖軸、橫搖軸轉動，使天線座穩定平台始終保持水平。
採用穩定平台能夠比較徹底地解決基座穩定問題，可以消除艦艇搖擺的影響,實現“波束穩定”。但是,對於俯仰－方位型天線座附加穩定平台的縱搖軸和橫搖軸，構成四軸穩定基座(圖3)需要四套伺服驅動系統，因而增加天線座的重量和結構的複雜性。為了減輕重量和簡化結構，有的艦用雷達只有橫搖穩定系統(圖4)。因為艦艇橫搖大於縱搖，只要穩定橫搖，與非穩定基座相比也可以改善性能，增大作用距離。
有的艦用雷達天線座，既沒有縱搖軸，也不用橫搖軸，只有俯仰軸和方位軸。艦艇的縱搖和橫搖角信號可以利用計算機進行實時的坐標變換，並由俯仰軸和方位軸的轉角來補償，稱為兩軸穩定。兩軸穩定在結構上比較簡單,只有兩根轉軸,只需要兩套伺服驅動系統，就能使波束中心指向空間的任意位置，實現“瞄準線穩定”。但是，在伺服系統和結構設計上又有一些新的問題。因為除了目標運動之外，還附加了艦艇的搖擺運動，常規的伺服系統可能跟蹤能力不夠，必須提高伺服系統的性能，為此所採用的基本方法是速度補償。
天線座架
天線座架
天線座架
天線座架
天線座架有多種結構型式：按轉軸的數目，可以分為一軸、二軸、三軸、四軸和固定不動的。搜尋、引導雷達在垂直方向上波瓣較寬或者垂直方向是電掃描的，只要求天線在方位上轉動，就能覆蓋預定的空間。跟蹤雷達、衛星通信地球站和射電望遠鏡，通常採用圓拋物面天線，波束窄，必須使天線在方位和俯仰上同時轉動才能掃掠整個空域。艦載和機載雷達為了補償艦艇縱、橫搖擺，或者飛機升降、滾翻的影響，常採用三軸或四軸的天線座。相控陣雷達天線波束是電控掃描的，微波接力通信天線用於定向傳輸，因此都可以採用固定不動的座架。在各種座架中，套用最廣的是兩軸天線座。兩軸天線座按座架的結構型式分為俯仰—方位型、X—Y型、極軸型等多種型式。
以地面為基準,所以也稱為地平式或經緯儀式天線座。方位軸與地面垂直，俯仰軸與方位軸垂直。這種座架的結構緊湊，承載能力大，調整測量方便，是兩軸天線座中套用最廣的座架型式。俯仰－方位型天線座又有三種基本型式：立軸式、轉台式和輪軌式。①立軸式天線座：用立軸（方位軸）支撐天線和方位轉動部分。中小型天線多數採用這種座架，它的基本結構簡單，設計、製造、維修都比較方便。②轉台式天線座：天線和方位轉動部分用能夠承受軸向載荷、徑向載荷和傾覆力矩的特大型滾動軸承或靜壓軸承來支承。這種型式承載能力大、剛度好、精度高、軸向尺寸小、重心低、穩定性好，通常用於大、中型天線。③輪軌式天線座：天線和方位轉動部分用滾輪和軌道支承。軌道直徑一般為天線口徑的1/2～2/3，滾輪和軌道也是方位驅動系統的末級傳動裝置。滾輪和軌道是摩擦傳動，所以方位驅動能力不僅決定於驅動電機的功率，而且還取決於驅動滾輪與軌道之間的靜摩擦力。為了保證方位的驅動能力，輪軌之間必須有足夠的正壓力和摩擦係數，所以一般用於大型天線。座架採用桁架結構，與前兩種型式相比，省略了大型方位軸承、方位大齒輪和大轉台。因此結構簡單、重量與口徑的比值小、造價低、安裝維修方便，而且能達到較高的結構精度。
俯仰－方位型天線座的缺點是在天頂附近有跟蹤不上目標的盲區。當目標從天線天頂附近通過時，所需的方位跟蹤角速度趨於無窮大，所以它只能跟蹤某一仰角以下的目標。如果需要過頂連續跟蹤，則須採用其他的型式。
軸水平配置,軸與軸空間垂直並隨軸轉動,電軸與軸垂直（圖1）。它適用於跟蹤運動衛星、氣象衛星和宇宙飛船的地球站。因為衛星、飛船經過天頂時離地面距離最近，信號最強，所以要求地球站能夠過頂跟蹤接收,-型座架不像俯仰－方位型座架那樣會在天頂附近出現跟不上目標的現象；此外，每根軸只需轉動±90°，就能使波束掃掠整個空域。因此,它不需要高頻轉動鉸鏈和滑環,可以使用撓性波導和電纜。但是這種座架、軸均不與地面垂直。通常兩軸都需要加平衡重才能達到靜平衡，因而兩軸間距大，結構不緊湊，體積重量較大。
這種天線座是以赤道平面為基準，所以也稱為赤道式天線座（圖2）。下軸與地球自轉軸線平行,稱為極軸或赤經軸;上軸與極軸垂直，稱為赤緯軸。這種座架在射電天文望遠鏡中使用較廣,因為用極軸型座架跟蹤恆星時,先調整赤緯軸使天線對準星體，然後只轉動極軸抵消地球的自轉轉速（23小時56分4.095秒轉一圈）,就能使天線始終對準被觀測的星體。它還適用於跟蹤赤道衛星。極軸與地面的夾角應等於當地的緯度，所以座架的結構比較複雜，受力情況不佳。
除了上述型式之外,還有--型三軸座架、三腳支撐座架等。隨著衛星通信技術的發展，還出現了各種方向有限可控的簡易座架。
設計 設計的基本要求是:保證天線的活動範圍;有足夠的角速度和角加速度;滿足跟蹤測量的精度要求;座架結構應有足夠的剛度和強度，在規定的環境條件下能安全、精確地工作。對於高精度天線座的設計，為了保證伺服系統的精度和動態性能指標，除這些要求外還要求轉動慣量小、結構固有頻率高、間隙小、摩擦和摩擦起伏小、慢動性好。同時，在各種氣候條件下要求尺寸穩定和軸系精度高。為此，須對天線座架結構進行靜力和動力分析計算。天線座架的設計包括結構型式和驅動方式的選擇，支承轉動裝置、驅動裝置、軸位檢測裝置、平衡裝置、滑環，以及安全保護裝置的設計。其中影響度的關鍵部件是支承轉動裝置、驅動裝置和軸位檢測裝置。
對於俯仰－方位型天線座是指方位軸的鉛垂度；俯仰軸與方位軸的垂直度；以及電軸與俯仰軸的垂直度。測量目標的角位置是通過俯仰軸和方位軸的軸位檢測裝置輸出的。如果方位軸、俯仰軸和電軸互不垂直，軸位檢測裝置輸出的就不是真實的方位角和俯仰角，就會產生測角誤差。影響軸系精度的因素主要是軸承的晃動、座架的製造誤差、調整誤差和結構變形等。
由天線座架、驅動系統和基礎組合成一個複雜的彈性系統，具有一定的固有頻率。當外界干擾力(如陣風、驅動力矩、振動、顛簸等)的頻率接近或等於系統的固有頻率時，系統便會發生諧振。對於伺服驅動的天線系統，如果結構固有頻率接近或者落入伺服系統的頻寬之內,伺服噪聲也會激發系統而發生諧振,使系統不穩定而無法工作，甚至造成天線系統的損傷和毀壞。為了保證伺服系統的穩定性並有足夠的穩定裕度，通常要求結構固有頻率為伺服頻寬的3～5倍。隨著天線直徑的增大，這種矛盾更為突出。因此，結構諧振問題越來越受到人們的重視。在結構設計時應對天線系統進行動力分析，儘可能使結構固有頻率避開各種干擾頻率，高於伺服頻寬；另外，也可以從機械和伺服兩方面採取措施抑制諧振峰。
艦艇在航行中會發生縱搖、橫搖、升沉和航向的變化，其中影響最大的是橫搖和縱搖。艦艇連同天線座和天線波束一起縱橫搖擺，就會影響雷達的搜尋區域、捕捉目標的機率、作用距離和測量定位精度。為了消除艦艇縱搖和橫搖的影響，通常將天線座裝在穩定平台上。穩定平台有兩根軸，橫搖軸與艦的首尾線平行，縱搖軸與艦的首尾線垂直。在縱搖軸和橫搖軸上各有一套軸位感測器和伺服驅動系統。在艦艇上裝有方位水平儀，它也有縱搖、橫搖兩根軸和兩套軸位感測器。利用高速陀螺的慣性，使方位水平儀的平台不隨艦艇搖擺，而始終保持穩定的水平基準。當艦艇發生縱搖、橫搖時，高速陀螺的慣性使方位水平儀的縱、橫搖軸軸位感測器產生搖擺信號，與天線座穩定平台縱、橫搖軸軸位感測器的信號進行比較，得出誤差信號，經過放大加給伺服驅動系統，使穩定平台的縱搖軸、橫搖軸跟隨方位水平儀的縱搖軸、橫搖軸轉動，使天線座穩定平台始終保持水平。
採用穩定平台能夠比較徹底地解決基座穩定問題，可以消除艦艇搖擺的影響,實現“波束穩定”。但是,對於俯仰－方位型天線座附加穩定平台的縱搖軸和橫搖軸，構成四軸穩定基座(圖3)需要四套伺服驅動系統，因而增加天線座的重量和結構的複雜性。為了減輕重量和簡化結構，有的艦用雷達只有橫搖穩定系統(圖4)。因為艦艇橫搖大於縱搖，只要穩定橫搖，與非穩定基座相比也可以改善性能，增大作用距離。
有的艦用雷達天線座，既沒有縱搖軸，也不用橫搖軸，只有俯仰軸和方位軸。艦艇的縱搖和橫搖角信號可以利用計算機進行實時的坐標變換，並由俯仰軸和方位軸的轉角來補償，稱為兩軸穩定。兩軸穩定在結構上比較簡單,只有兩根轉軸,只需要兩套伺服驅動系統，就能使波束中心指向空間的任意位置，實現“瞄準線穩定”。但是，在伺服系統和結構設計上又有一些新的問題。因為除了目標運動之外，還附加了艦艇的搖擺運動，常規的伺服系統可能跟蹤能力不夠，必須提高伺服系統的性能，為此所採用的基本方法是速度補償。
天線座架天線座架天線座架天線座架