RESOLUTE™光柵將射（shè）頻天線的定位精度和分辨率提（tí）高百倍
2022-3-23 來源：雷尼（ní）紹 作者：-
Pacific Antenna Systems (PAS) 公司（sī）設（shè）計、加工和製造使（shǐ）用1–110 Ghz射頻 (RF) 的先進天線係（xì）統（tǒng）。
這些天線係統（tǒng）的（de）應用範（fàn）圍包括（kuò）高分辨率雷達、用於視距和衛星 (SATCOM) 通信的高速率數據通信，以及用於對抗無人機（jī） (UAS) 的高功率微波係統（tǒng）。
天（tiān）線的基本工作（zuò）原理是（shì）將射頻波束精確地定位到靶點上。
PAS根據具體應用場合在天線中采用多種（zhǒng）不同的機（jī）電設計（jì）。每個運（yùn）動軸（萬向節）上都安裝旋轉（zhuǎn）位置編碼器，以滿足準確度和精度要（yào）求。
機載係統的工作環境非常惡劣，例（lì）如溫度低（dī）於零度、射頻噪聲大（dà）、機械振動強，從而加大了光柵選型（xíng）難度。
以前（qián），PAS天（tiān）線係統備受光柵性（xìng）能問題的幹擾，例如精度低、抗射（shè）頻幹擾性差、抗振動能力弱。
雷尼紹光柵產品成功幫助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，雷達和射頻通信係統需要做到重量輕、體積小、動力強。此外，還必須采用模塊化結構，並且易於裝配。
PAS副總裁Anthony J. Macri先生介紹了以上要求（qiú）給設計帶來的挑戰（zhàn）：
“我們看重的是：體積、重量和動（dòng）力 (Size, Weight and Power - SWAP)。對於機載雷達和通信（xìn）領域的每個產品來說（shuō），SWAP都是極其重（chóng）要（yào）的參數。
我們麵對的挑戰是將波束定位到靶點上。我們在射頻係統中使用（yòng）非常窄的波束，尤其是毫米 (mm) 波段。在95 Ghz的頻帶寬度中，波束寬（kuān）度（dù）可能低至幾百分之一度。將天線安裝到平台（tái）上之後，導航數據會有一（yī）個誤差預算。如果萬向節上安裝（zhuāng）的光柵的精（jīng）度和分辨率很差，那麽天線（xiàn）係統的RSS指向誤（wù）差將會增大，導致無法定位到靶點。”
PAS機載通信係統對於飛行器（例如NASA的WB57實驗研究飛機）的高數據速率（lǜ）通信至關重要。每個萬（wàn）向節上的光柵都必須（xū）在海拔40,000英尺以上、溫度‑40 F以下的高空中工（gōng）作。高旋轉速度和加速度是（shì）實現快速波束指向和掃描操作（zuò）的基礎。
在通信和雷達應（yīng）用中，光柵是關鍵零部件（jiàn），必須保證（zhèng）高可靠性，因為任何故障都（dōu）可能危及生命。
解決方案
PAS針對單站雷達和通信係（xì）統采用不同的萬（wàn）向節設計，但是這些設計中均（jun1）采用RESOLUTE絕對式（shì）光柵（shān），該光柵兼容BiSS-C串行協議且具有26位或32位分（fèn）辨（biàn）率選項。
Macri先生說（shuō）：“我們獨創性地在雷達、視距和衛星通信天線以及高功率微波係（xì）統中使（shǐ）用RESOLUTE光柵。我們選擇（zé）這款光柵是因為它的高精度和高分辨率適（shì）用（yòng）於我們的控製循（xún）環。我們將這款光柵應用在UH60黑鷹直升機上，作為防碰撞雷（léi）達的一部分。UH60上的（de）振動環境極其惡劣，我們發現RESOLUTE光柵的防振動能力極強。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影響。而RESOLUTE光（guāng）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（xǔ）多零部件組成（chéng），包括底部的射頻陣列饋源，以及一係列（liè）安裝在兩軸萬向節上（shàng）並由直驅電（diàn）機驅動的透鏡。每台電（diàn）機都與一個配用75 mm D截麵RESA圓（yuán）光（guāng）柵的RESOLUTE寬溫度範圍 (ETR) 光柵係統機械（xiè）耦合，對透鏡旋轉進行反饋控製。
Macri先生補充道：“這款光柵偏（piān）移安裝並且直接耦合（hé）到驅動係統上，因為電機的體積非常小。電（diàn）機由轉子組件和（hé）定子組件組成，我們將圓光柵耦合到轉子（zǐ）組件上。當電機旋轉時，同時也（yě）相對（duì）於位於整個機構外（wài）部的光柵讀數頭精確地旋轉圓光柵。這種雷達應用（yòng）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，但是具有較為傳統的（de）滑環、旋轉接頭和（hé）同軸介質。在這種情況下，雷尼（ní）紹（shào）RESA圓光柵（shān）的開放式內孔可提供每個旋轉軸的頂端所需的空間和功能。
結果
雷尼紹的RESOLUTE ETR光柵兼容BiSS-C協議，可支持PAS針對各（gè）種應用設計和打造先進的天線係統。
Macri先（xiān）生強調了在天線係統中選（xuǎn）用RESOLUTE光柵的優勢：
“我們欣賞RESOLUTE的多種特性，包括易（yì）於使用、高精度和高分辨率，以及在惡劣（liè）環（huán）境中（zhōng）的可（kě）靠性和（hé）適（shì）用（yòng）性。
在裝配過（guò）程中，我們的技術人員可以使用塞尺將光柵讀數頭手動對齊（qí），這個（gè）過程很快。而且（qiě），RESOLUTE光柵的高級診（zhěn）斷和安裝工具也有助於快速（sù）解決任何安裝問題。PAS針對光柵信號輸出使（shǐ）用BiSS-C串行協議（yì），因為該協（xié）議具（jù）有開放式結構（gòu）、易於使用（yòng）、運行速度快。最重要的（de）是，該協議的安全性循（xún）環冗餘校驗 (CRC) 位數長。一旦出現（xiàn）問題，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（lǜ）以及交（jiāo）付可靠性十分關（guān）鍵。RESOLUTE光柵可以幫（bāng）助我們做（zuò）到（dào）這一點。”
在PAS雷達係統中，透鏡以超過7,000度/秒的速度旋轉，並且具有超過40,000度/秒2的加速度（dù）。由於獨特的單（dān）碼道設計，RESOLUTE光柵能夠在高運行速度（dù）下實現超高（gāo）的分辨率。這一性能將（jiāng）PAS雷達係統（tǒng）的靶點位（wèi）置測量精度提升到市場領先水平。
Macri先（xiān）生總結說：“我們使用32位的光柵，但是隻截取大約18位（wèi）。於我們而言，最大的優點是精（jīng）度值和分（fèn）辨率的LSB（最低有效位）極其接近。當光柵被設定為18位BiSS時（shí），精度和分辨率完美齧合。我們需要重複精（jīng）度達（dá）到千分（fèn）之一度（dù）以內。由於應用場合的重要性，這些組件上的所有零部件都必須經過測試。RESOLUTE遠（yuǎn）遠超出了我們的預期。”
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線係統。PAS還擅長為（wéi）客戶解決複雜的天線係統問題，提供快速設計和原型製造服務。PAS的服務（wù）範（fàn）圍包括谘詢、設計、製造和安全分析。
詳情請訪問www.renishaw.com.cn/encoders
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如果您（nín）有機床行業（yè）、企業（yè）相關新聞稿件發表，或進行資訊合（hé）作，歡迎聯係本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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