CN102749068A - 平面阵列天线面的安装精度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平面阵列天线面的安装精度检测方法，在天线骨架正前方设置1″级水准仪，天线侧面设置万能转台，将1″级经纬仪架在万能转台上；通过经纬仪与深度尺、水准仪对天线进行检测。本发明的平面阵列天线面的安装精度检测方法，具有检测精度高、检测方便快捷、检测***结构简单且拆装容易等优点。

Description

平面阵列天线面的安装精度检测方法

技术领域

本发明涉及一种平面阵列天线面的安装精度检测方法。

背景技术

天线及以天线为主体的馈线***，是实现雷达发射和接收空间电磁波、从而实现雷达基本功能的重要组成部分。雷达天线大体上有曲面型和阵列型两种完全不同的结构形式，由于阵列天线更加有利于实现雷达的高机动性和低副瓣，因而得到了日益广泛的应用，已成为现代雷达的主要结构形式。

相对于传统反射面天线而言，阵列天线的型面大多数为平面，轮廓更加规整，它是由若干条纵横梁相互直交并加上围框构成井格式的阵面骨架、以及一定数量的连接构造将多排线源安装到阵面骨架上，从而形成了完整的阵面，外形似直立或横躺着的一块“门板”。作为机电一体化的产品，阵列天线的结构形式、尺寸、精度等均受到电气性能的制约，并直接影响雷达的整机电讯指标，其中天线反射面的精度就与雷达的工作频段直接相关。由于阵面上各点的表面误差不同，天线口面不再是等相面，因而会使辐射方向图改变，增益下降，副瓣电平升高。理论分析表明，真正决定电性能的是阵面误差的大小及分布情况，即误差的均方根值，而不是个别点误差的最大值。

雷达的功能原理决定了天线在工作状态下必须居高临下，它的高机动性还要求在工作和运输状态之间要方便、快捷的互相转换，因此平面阵列天线的阵面通常分为上、下两块便于折叠伸展实现以上要求。由于平面阵列天线呈矩形，外形尺寸通常较大：长度≥5m、宽≥3m。在工作状态下，阵面主轴并不完全水平，一般都要后仰一定角度（8°～15°），因此，整个阵面如何安装并达到天线的面精度要求或者说，平面阵列天线的面精度如何快速、准确地装配、调整、检测——特别是在斜竖起的工作状态下面精度如何检测，就成为雷达制造中的难、重点。

现有的检测天线阵面面精度的过程和方法包括以下几个步骤：1）上、下骨架加工涂复完成后，按天线阵面骨架的外形尺寸布置、清洁装配场地、搭相应的装配平板，在平板上搭装大型直角靠山，并用框式水平仪及经纬仪，校平板水平并与靠山面垂直；2）吊车配合，将上下背架用螺栓、压板与直有靠山相联接，吊车配合将骨装上支耳平面或法兰面与上下背架相联接，形成骨架总装；3）将雷达的天线座总成吊装于装配平板上；用框式水平仪校天线座总成安装面呈水平并用压板、螺栓与装配平板相联，吊车配合，吊装骨架总装与天线座总成联接，立式组装成骨架总成；4）搭三角架在骨架总成的正面及侧面，并架设准直望远镜、经纬仪，反复校调整个骨架平行及垂直于水平线；5）经纬仪配合铟钢尺，将骨架上的波导安装块平面检测、调整，保证平面度误差≤0.2mm；6）预装波导支架，暂不紧固，用准直望远镜（含三角架），纵向逐行检测、调整波导支架各齿形槽一侧面的直线度，保证直线度误差≤0.2mm后,配合水准仪、深度尺将波导支架齿形槽各底平面调整、修配水平，保证平面度误差≤0.2mm，并根据测量的数据值（l）及测量的点数（n），计算出测量数据的算术平均值

及残余误差（V），根据贝塞尔公式计算出阵面精度误差σ：

然后装固定波导支架，紧固波导支架螺钉，并钻铰孔安装定位销，最后安装线源。天线运动试验包括转动试验、翻转试验和俯仰试验。

此种检测方法最大的缺点为：无法检测天线阵面转动、翻转、俯仰运动后重复面精度；无法检测、消除雷达工作状态（后仰8°～15°角度）时，骨架自重引起骨架变形，造成对天线阵面面精度的影响；无法检测天线的仰角误差，而且骨架立式装配波导支架、纵向、横向逐个、逐行调整槽底平面度、侧面直线度时，工作量大、效率低下，且需购置准直望远镜，并且在检测过程中，对于超差部分，因为立式装配，因此进行局部的修配、调整也非常困难，且人员因长时间处于高处作业也不安全。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种平面阵列天线面的安装精度检测方法，以便于平面阵列天线的快速准确地装配和调整。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

平面阵列天线面的安装精度检测方法，包括以下步骤：

a.在天线骨架正前方架设1″级水准仪；在骨架侧面设置平板，在所述平板上安装万能转台，将1″级经纬仪架在万能转台上，校平平板后调节万能转台倾斜角至0°；

b.用经纬仪与深度尺检测天线骨架的上表面，在上表面的平面度≤0.2mm，水准仪测量天线骨架上侧面的水平度≤0.2mm，符合要求后，固定天线骨架；

c.用经纬仪与深度尺全面检测上下骨架上波导支架齿形槽的底平面度，保证平面度≤0.2mm；

d.通电进行天线骨架的运动试验：转动试验、翻转试验和俯仰试验；

e.天线运动试验完成后，检测重复定位精度：用经纬仪与深度尺、水准仪全面检测上下骨架上波导支架的齿形槽底平面的平面度≤0.2mm，各波导支架上其相应槽间的直线度、垂直度≤0.2mm，复校天线阵面的面精度误差σ，若误差σ大于预定值，则再次调整天线阵面，返回步骤b；

f.调整万能转台，使经纬仪绕水平轴按天线俯仰角的角度要求作0°～15°间的倾斜，用经纬仪校对天线俯仰角精度；

g.全部天线骨架的运动试验完成、并检测天线阵面的各项指标达要求后，再次检查各处的安装紧固件，并在波导支架两端钻铰孔安装定位销，清洁干净、安装线源。（。）

本发明的平面阵列天线面的安装精度检测方法的结构特点也在于：

所述万能转台包括带U形槽口的长形底座、顶部圆盘和两个手轮。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

（1）检测精度高；装配、检测由于采用1″级经纬仪和1″水准仪，仪器精度较高，检测精度可达0.05mm。

（2）装配、调整简单；在组装前先在平板上、自由状态下，分别装配、调整上、下骨架的平面度及线源安装支架的基准点精度σ至一定要求，使原先需要全部进行空间、立体式装配、调整的工作量中的70％，转化为了水平、地面装配、调整，此举可大大降低劳动强度并大幅提高生产率。

（3）检测基准和检测点读数准确、便捷；在装配和检测中，采用万能旋转工作台，并同1″经纬仪组成测量***，当天线阵面和经纬仪不共面时，可通过万能旋转工作台的旋转准确地将其微调至共面，确保阵面检测基准的正确性，并采用经纬仪观察测量基杆读数值，准确、快速地测量出几百个采点数值。

（4）工装简易，成本低；由于检测***是采用座标镗的万能旋转工作台与1″经纬仪组成，节省了专用检测仪准直望远镜的购置费用，而且其检测精度与之相同，保证了检测要求。

（5）检测工作状态阵面角度准确；当天线阵面俯仰至工作装态时，通过旋转万能工作台倾斜，并用经纬仪校正，此时万能工作台倾斜角读数即为天线阵面倾斜角度。

本发明的检测方法，工装结构简单且调整方便，具有检测精度高、检测方便快捷、检测***结构简单且拆装容易等优点，适合于大中型阵面天线的安装检测。

附图说明

图1为本发明的平面阵列天线面的安装精度检测方法的工装与天线的主视图。

图2为本发明的平面阵列天线面的安装精度检测方法的工装与天线的俯视图。

图3为本发明的平面阵列天线面的安装精度检测方法的天线的左视图。

附图1～附图3中标号：1天线骨架，2水准仪，3平板，4万能转台，5经纬仪，6波导支架，7天线座，8底板，9地面，10上骨架，11下骨架，12翻转机构，13裂缝波导，14经纬仪镜头。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

天线设置于天线座7上，天线座7设置于地面9上的底板8上。天线包括天线骨架1和天线座7，天线骨架1包括上骨架10和下骨架11，上骨架10均通过翻转机构12与天线座7相连接，下骨架11固定于天线座7上。天线的上骨架10和下骨架11均包括波导支架6和裂缝波导13。经纬仪5上的经纬仪镜头14可上下转动。

参见图1～图3，平面阵列天线面的安装精度检测方法，包括以下步骤：

a.在天线骨架1正前方架设1″级水准仪2；在骨架侧面设置平板3，在所述平板3上安装万能转台4，将1″级经纬仪5架在万能转台4上，校平平板后调节万能转台4倾斜角至0°；

b.用经纬仪5与深度尺检测天线骨架1的上表面，在上表面的平面度≤0.2mm，水准仪2测量天线骨架1上侧面的水平度≤0.2mm，符合要求后，固定天线骨架1；

c.用经纬仪5与深度尺全面检测上下骨架上波导支架6齿形槽的底平面度，保证平面度≤0.2mm；

d.通电进行天线骨架1的运动试验：转动试验、翻转试验和俯仰试验；

e.天线运动试验完成后，检测重复定位精度：用经纬仪5与深度尺、水准仪2全面检测上下骨架上波导支架6的齿形槽底平面的平面度≤0.2mm，各波导支架6上其相应槽间的直线度、垂直度≤0.2mm，复校天线阵面的面精度误差σ，若误差σ大于预定值，则再次调整天线阵面，返回步骤b；

f.调整万能转台4，使经纬仪5绕水平轴按天线俯仰角的角度要求作0°～15°间的倾斜，用经纬仪5校对天线俯仰角精度；

g.全部天线骨架的运动试验完成、并检测天线阵面的各项指标达要求后，再次检查各处的安装紧固件，并在波导支架6两端钻铰孔安装定位销，清洁干净、安装线源。。

所述万能转台4包括带U形槽口的长形底座、顶部圆盘和两个手轮。

所述万能转台为坐标镗床的常规附件，可通过其中一个手轮调整转台围绕竖直轴转动任意角度，通过另一个手轮调整转台绕水平轴转动0°～90°之间的角度，调节方便快捷，只需从坐标镗床上搬移过来，然后在其上安装经纬仪即可，实现简单容易。

阵面天线的安装与检测过程如下：

（1）拼搭装配平板，并用水准仪、高度尺校调平板水平，保证装配平板平面度误差≤0.2mm；上/下骨架机加工、涂复完成后，以骨架上支耳平面或法兰面为基准，分别将上/下骨架平置于校调好的平板之上，不压装，让上/下骨架处于自由状态，采用框式水平仪粗校骨架四角水平；

（2）用水准仪、高度尺全面检测上/下骨架上安装波导支架的安装块所组成的平面（根据雷达阵面大小，上骨架安装块约90～110块，下骨架安装块约100～130块）：将高度尺底座放置于各安装块平面上，用水准仪读出各安装块的高度尺寸，找出其中的最高点或面，并在相应位置做出测量值标识；

（3）将测量值超出平面度0.2mm的安装块上的点，或是安装块的面，铲、磨修平，复测：选取上/下阵面安装块测量标识值中的中间值，以此安装块为测量基准—以其高度尺寸为零点值，检测其余各安装块的高度，算出差值，保证差值≤0.2mm，即保证了整体安装块的平面度误差≤0.2mm；在各安装块相应位置标识出测量差值，以方便装配与调整波导支架的安装；

（4）以标识出的零位安装块为装配波导支架的起点，用经纬仪、水准仪、深度尺监测线源安装的基准面即：各波导支架齿形槽的侧平面即横向（X向）误差、各波导支架齿形槽端面与槽口的垂直度即纵向（Y向）误差、齿形槽底平面的平面度（Z向）误差，根据已测的高度差值用垫片调节（铝箔条3A21(O)≠0.1×100×1000、≠0.2×100×1000、≠0.5×100×1000配、剪成垫片使用），并用水准仪和深度尺来实时检测波导支架齿形槽底平面的平面度≤0.2mm。

（5）各波导支架装配完成后，复测波导支架的安装符合要求：其齿形槽底平面的平面度≤0.2mm、各波导支架上其相应槽间的直线度、垂直度≤0.2mm，并做测量记录。

（6）根据测量的数据值（li）及测量的点数（n），计算出测量数据的算术平均值

及残余误差

根据贝塞尔公式计算出阵面精度误差σ：

（7）上、下骨架波导支架装配、检测完成并符合要求时，进行天线骨架总成的装配：按天线阵面骨架的外形尺寸布置、清洁装配场地、搭相应的装配平板，将天线上下背架利用上下骨架上的支耳或法兰面，与上下骨架预装配，并调整、校调后固定。

（8）将雷达的天线座总成校水平并用压板、螺栓与装配平板相联，并在装配平板上配重平板（一般配重≥6吨）压紧固定保持平衡与安全，行车保护，吊装骨架总装联接于天线座总成上。

（9）按照装配场地要求架设光学仪器：在骨架正前面架设1″级水准仪，在骨架侧面高1米的焊接支架及焊接平板上安装万能转台。万能转台主要由带U形槽口的长形底座、顶部圆盘和两个手轮组成。其中，利用底座的U形槽口可以将万能转台方便的固定在平台上，利用顶部圆盘上的T形槽可将经纬仪夹紧在圆盘上。旋转上部手轮，可使圆盘和经纬仪绕垂直轴回转0°～360°之间的任意角度，旋转下部手轮，可使圆盘和经纬仪绕水平轴作0°～90°的倾斜，圆盘回转的读数精度为1″，满足检验、测量天线阵面仰角误差≤±0.1°精度要求。将1″级经纬仪架在万能转台上，校平平板后调节万能转台倾斜角至0°。

（10）用经纬仪与深度尺检测上下骨架的四个工艺基准点（即骨架四角处波导支架的上端面），其平面度≤0.2mm，水准仪测量天线骨架上侧的水平度≤0.2mm，符合要求后，紧固上下骨架及上下背架的各联接件。

（11）用经纬仪与深度尺全面检测上下骨架上波导支架齿形槽的底平面度，保证平面度≤0.2mm，否则应与调整。

（12）联接各线路，通电进行天线骨架的运动试验：转动试验、翻转试验、俯仰试验。

（13）天线运动试验完成后，检测重复定位精度：用经纬仪与深度尺、水准仪全面检测上下骨架上波导支架的齿形槽底平面的平面度≤0.2mm、各波导支架上其相应槽间的直线度、垂直度≤0.2mm，复校天线阵面的面精度要求（均方根值）达要求，否则调整。

（14）旋转万能转台的下部手轮，使圆盘和经纬仪绕水平轴按天线俯仰角的角度要求，作0°～15°间的倾斜，用经纬仪校对天线俯仰角精度。

全部天线骨架的运动试验完成、并检测天线阵面的各项指标达要求后，再次检查各处的安装紧固件，并在波导支架两端钻铰孔安装定位销，清洁干净、安装线源。

Claims (2)

1.平面阵列天线面的安装精度检测方法，其特征是，包括以下步骤：

a.在天线骨架（1）正前方架设1″级水准仪（2）；在骨架侧面设置平板（3），在所述平板（3）上安装万能转台（4），将1″级经纬仪（5）架在万能转台（4）上，校平平板后调节万能转台（4）倾斜角至0°。

b.用经纬仪（5）与深度尺检测天线骨架（1）的上表面，在上表面的平面度≤0.2mm，水准仪（2）测量天线骨架（1）上侧面的水平度≤0.2mm，符合要求后，固定天线骨架（1）；

c.用经纬仪（5）与深度尺全面检测上下骨架上波导支架（6）齿形槽的底平面度，保证平面度≤0.2mm；

d.通电进行天线骨架（1）的运动试验：转动试验、翻转试验和俯仰试验。

e.天线运动试验完成后，检测重复定位精度：用经纬仪（5）与深度尺、水准仪（2）全面检测上下骨架上波导支架（6）的齿形槽底平面的平面度≤0.2mm，各波导支架（6）上其相应槽间的直线度、垂直度≤0.2mm，复校天线阵面的面精度误差σ，若误差σ大于预定值，则再次调整天线阵面，返回步骤b；

f.调整万能转台（4），使经纬仪（5）绕水平轴按天线俯仰角的角度要求作0°～15°间的倾斜，用经纬仪（5）校对天线俯仰角精度；

g.全部天线骨架的运动试验完成、并检测天线阵面的各项指标达要求后，再次检查各处的安装紧固件，并在波导支架（6）两端钻铰孔安装定位销，清洁干净、安装线源。

2.根据权利要求1所述的平面阵列天线面的安装精度检测方法，所述万能转台（5）包括带U形槽口的长形底座、顶部圆盘和两个手轮。

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