RESOLUTE™光（guāng）柵將射頻天線的定位精度和分辨率提高百倍
2022-3-23 來源：雷尼紹 作者：-
Pacific Antenna Systems (PAS) 公（gōng）司（sī）設計、加工和製造使用1–110 Ghz射頻 (RF) 的先進天線係統。
這些天線係（xì）統（tǒng）的應用（yòng）範圍（wéi）包括高分辨率雷達、用於視距和衛星 (SATCOM) 通信的高速率數據通信（xìn），以及用於對抗無（wú）人機 (UAS) 的高功率微波係統。
天線的基本工作原理是將射頻波束精確地定位到（dào）靶點上（shàng）。
PAS根據具體應（yīng）用場合在天線中采用多種不同的機電設計。每個運動軸（萬向節）上（shàng）都安裝旋（xuán）轉位置編碼器，以滿足準確（què）度和精度要求。
機載（zǎi）係（xì）統的工作環境非常惡劣，例如溫度低於零度、射頻噪聲大、機械振動強（qiáng），從而加大了光柵選型難度。
以前，PAS天線係統備受（shòu）光（guāng）柵性能問題的幹擾，例如精度低、抗（kàng）射頻幹擾性差、抗振動能（néng）力弱。
雷尼紹光（guāng）柵產（chǎn）品成功（gōng）幫助PAS將其伺服控製循環的定位精度和分辨率提高了兩個數量級以上。
挑戰
在機載應用中，雷達和射（shè）頻通信係統需要做到重量輕、體積小、動力強。此外，還必須采（cǎi）用模塊化結構，並且易於裝配。
PAS副總裁（cái）Anthony J. Macri先生介紹了以上要求給設計（jì）帶來的（de）挑戰：
“我們看重的（de）是（shì）：體積、重量和動力 (Size, Weight and Power - SWAP)。對於機載雷達（dá）和通信領域的每個產品來說，SWAP都是極其重要的（de）參數。
我們麵對的挑戰是將波（bō）束定位到靶點上。我們在射頻係統中使用非常窄的波束，尤其是（shì）毫米 (mm) 波段。在95 Ghz的頻帶寬度中，波束寬（kuān）度可能低至幾百分之一度。將天線安（ān）裝到平台上之後，導（dǎo）航數據會有一個誤差預算。如果萬向節上（shàng）安（ān）裝的光柵的精度和分辨率很差（chà），那麽天線係統的RSS指向誤差將會增大，導致無法（fǎ）定位到靶（bǎ）點。”
PAS機載通信係（xì）統對於飛行器（例如NASA的（de）WB57實（shí）驗研究飛機）的高數（shù）據速率通信至（zhì）關重要。每個萬向節上的光柵都必須在海拔40,000英尺以上（shàng）、溫度‑40 F以下的高空中（zhōng）工作。高旋轉速度和加速度是（shì）實現（xiàn）快速波束指向和掃（sǎo）描操作的基礎。
在通信和雷（léi）達應用中，光柵是關鍵（jiàn）零部件，必須保證（zhèng）高（gāo）可靠性，因（yīn）為任何故障都可能危及生命。
解決（jué）方案
PAS針對單站雷達（dá）和通（tōng）信係統采用不（bú）同的（de）萬向節設計，但是這些設計中（zhōng）均采（cǎi）用RESOLUTE絕對式光柵（shān），該光柵兼容（róng）BiSS-C串行協議且具有26位或32位分辨率選項。
Macri先生說：“我們獨創性地在雷達、視距和衛星通信天線以及高功率微（wēi）波係統中使（shǐ）用RESOLUTE光柵。我們（men）選擇這款光柵是因為（wéi）它的高精度和高分辨率適用於我們的控製循環。我們將這款光柵（shān）應用在UH60黑（hēi）鷹直升機上，作為（wéi）防碰撞雷達的（de）一部分。UH60上的振動環境極其惡劣，我們發（fā）現RESOLUTE光柵的防振動能力極強（qiáng）。如果光柵發生振動而無法（fǎ）計數，這會對控製循環造成不利（lì）影響。而RESOLUTE光柵能夠滿足我們的精度和堅固性要求。”
PAS單站雷達係統由許多零部件組成，包括底部的射頻（pín）陣列饋源，以（yǐ）及一係列安裝在（zài）兩軸萬向節上並由直驅電機驅（qū）動的透鏡。每台電機都與一個配用75 mm D截麵（miàn）RESA圓光柵（shān）的（de）RESOLUTE寬（kuān）溫度範圍 (ETR) 光柵係統（tǒng）機械耦合，對透鏡旋轉進行反饋（kuì）控製。
Macri先生補充道：“這款光柵偏移（yí）安裝並且直接耦合到驅動（dòng）係（xì）統上，因為電機（jī）的體積非常小。電機（jī）由（yóu）轉子組件和定子組件組成，我們將圓光柵耦合到轉子組件上。當電機旋轉時，同時也相對於位於整個機構外（wài）部的光柵讀數頭（tóu）精確地旋轉圓光柵。這種雷達（dá）應用的優點在於，射頻能量通過每個電機的內孔在自由空間傳播。”
射頻通信係統采用相似的設計，但是（shì）具有較為傳統（tǒng）的（de）滑環、旋轉接頭和同軸（zhóu）介質。在這種情況下，雷尼紹RESA圓光柵的開放式內孔可提供每個旋轉軸的頂端所需的空間（jiān）和功能。
結果
雷尼紹的RESOLUTE ETR光柵兼容（róng）BiSS-C協議，可支持PAS針對各種應用（yòng）設計和打（dǎ）造先進的天線係統。
Macri先（xiān）生強調了（le）在天線係統中選用（yòng）RESOLUTE光柵的優勢：
“我們欣賞RESOLUTE的多種特性，包括易於使用、高精度和高分辨率，以及在惡劣環境中（zhōng）的可靠性和適用性。
在（zài）裝配（pèi）過程中，我們（men）的技術人員可以使用塞尺將（jiāng）光柵讀數頭手動對（duì）齊（qí），這個過程很快。而且，RESOLUTE光柵的高級診斷和安裝工（gōng）具也有助於快速解決（jué）任何安裝問題。PAS針對光柵信號輸出使（shǐ）用BiSS-C串行協議，因為該協（xié）議具有開放式結構、易於使用、運行速度快。最重要的是，該協議的安（ān）全性循環冗餘校驗（yàn） (CRC) 位數長。一旦出現問題（tí），用戶能夠即刻知曉。在產品生命周期方麵，製（zhì）造速度和
效率以及交付可靠性（xìng）十分關鍵。RESOLUTE光柵可（kě）以幫助我們（men）做到（dào）這一點。”
在PAS雷達係統中，透鏡（jìng）以超過7,000度/秒的速度旋轉，並（bìng）且具有超過40,000度/秒2的加速度。由於（yú）獨特的單碼道（dào）設計，RESOLUTE光柵能（néng）夠在高運行速度下實現超高的分辨率。這一性能將PAS雷達（dá）係統的靶點位（wèi）置測量精（jīng）度（dù）提升到市場領先水（shuǐ）平。
Macri先生總結說：“我（wǒ）們使用32位的光柵，但是隻截（jié）取大約18位。於我（wǒ）們而言，最大的優點是精度值和分辨率的LSB（最低有效位）極其接近。當光柵被設定為（wéi）18位BiSS時，精度和分辨率完美齧合。我（wǒ）們需要重複精度達到千分之一度以內。由（yóu）於（yú）應用（yòng）場合的重要性，這些組件上的所有（yǒu）零部件都必須經（jīng）過測試。RESOLUTE遠遠超出了我們的預（yù）期（qī）。”
PAS公司簡介
Pacific Antenna Systems (PAS) 公司的總部位於加利福尼亞，主營利用先進的電磁建模與仿（fǎng）真工具為通信、衛星通信、雷達和高能微波應用設計美觀且價格合理的天（tiān）線係統（tǒng）。PAS還擅長為客戶解決複雜的天線係（xì）統問（wèn）題，提供快速設計和原（yuán）型（xíng）製造服務。PAS的服務範圍包括谘（zī）詢、設（shè）計、製造和安全分析。
詳情請訪問www.renishaw.com.cn/encoders
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