RESOLUTE™光柵將射頻天（tiān）線的定位精度和（hé）分辨率提高百（bǎi）倍
2022-3-23 來源：雷尼紹 作者：-
Pacific Antenna Systems (PAS) 公司設計、加工和製造使用1–110 Ghz射頻 (RF) 的先進天線（xiàn）係統。
這些天線係（xì）統的應用範圍包括高分辨率雷達、用於（yú）視距和衛星 (SATCOM) 通信（xìn）的高速（sù）率數據通信，以及用於對抗無人（rén）機 (UAS) 的高功（gōng）率微波係統。
天線的基本工作原理是將射頻波束（shù）精確地定位到靶點上。
PAS根據具體應用（yòng）場合在（zài）天線中（zhōng）采用多種不（bú）同的機電設計。每個（gè）運動軸（萬向（xiàng）節）上都安裝旋轉位置編碼（mǎ）器，以滿足（zú）準確度和精度要求（qiú）。
機載係統的工作環境非常惡劣，例如溫（wēn）度低（dī）於零度、射頻噪聲大、機械振動強，從而加大了光柵選（xuǎn）型難度。
以前，PAS天線係統備受光（guāng）柵性能問題的幹擾，例如精度低、抗射頻幹（gàn）擾性差、抗振動能力弱（ruò）。
雷尼紹光柵產品成功（gōng）幫（bāng）助PAS將其伺服控製循環的定位精度和分辨率（lǜ）提高了兩個數量級以上。
挑戰
在機載應用（yòng）中，雷達和射頻通信（xìn）係統需要做（zuò）到重量（liàng）輕、體積小、動力強。此外，還必須采（cǎi）用模（mó）塊（kuài）化結（jié）構，並且易於（yú）裝（zhuāng）配。
PAS副總裁Anthony J. Macri先生介紹了以上（shàng）要求給設計帶來的挑戰：
“我們看重的是：體積、重量和（hé）動力 (Size, Weight and Power - SWAP)。對於機載雷達和通信領域的每個產品來說，SWAP都是（shì）極其重要的參數。
我（wǒ）們麵對的挑戰是將波束定位到靶點上。我們在射頻（pín）係統中使用非常窄的波束，尤其是毫米 (mm) 波段。在95 Ghz的頻帶寬度中，波束寬度可能低至幾百分之一度。將天線安裝到平台上（shàng）之後，導航數據會（huì）有一個誤差預算。如果（guǒ）萬向節上安裝的光（guāng）柵的精度（dù）和分辨（biàn）率（lǜ）很（hěn）差，那麽天線係統的RSS指向誤差將會增大，導（dǎo）致無（wú）法（fǎ）定（dìng）位到靶點。”
PAS機載通信係統對於飛行器（例（lì）如NASA的WB57實驗（yàn）研（yán）究飛（fēi）機）的（de）高數據速率通信至關重要。每個萬向節上的光柵都必須在海（hǎi）拔40,000英尺（chǐ）以上、溫度‑40 F以下的高（gāo）空中工作。高旋轉速度和加速度（dù）是實現快速波束指向和掃（sǎo）描操作的基礎。
在（zài）通信和雷達應用中，光柵是關鍵零部件，必須（xū）保證高可靠（kào）性，因為任何故障都可能危及生命。
解決方（fāng）案
PAS針對單站雷達和通信係統采用不同的萬向節設計，但是這（zhè）些設計中均（jun1）采用RESOLUTE絕對（duì）式（shì）光（guāng）柵，該光柵兼容BiSS-C串行協議且具有26位或32位分辨率（lǜ）選項。
Macri先生說：“我們獨創性地在雷達、視距和衛（wèi）星通信天線以及高功率微波係統中使用RESOLUTE光柵。我們選（xuǎn）擇這款光（guāng）柵是因為它（tā）的高精度和高分辨（biàn）率（lǜ）適用於我們的控製循（xún）環。我們將這款光柵應用在UH60黑鷹直升機上，作為防碰撞雷達的一部分（fèn）。UH60上的振動環境極其惡劣，我們發現（xiàn）RESOLUTE光柵的防（fáng）振動（dòng）能力極強。如果光柵發生振動而無法計（jì）數，這會對控製循環造成不利影響。而RESOLUTE光柵能夠滿足我（wǒ）們的精度和（hé）堅固性要求（qiú）。”
PAS單站雷達係統由許（xǔ）多（duō）零部件（jiàn）組（zǔ）成，包括底部的射頻（pín）陣列饋源，以及一係列安裝在兩軸萬向節上（shàng）並由直（zhí）驅電機驅（qū）動的透鏡。每台電機都與一個配用75 mm D截（jié）麵RESA圓光柵（shān）的RESOLUTE寬溫度範圍 (ETR) 光柵係統機械耦合，對透（tòu）鏡旋轉進行反饋控製。
Macri先生補充道：“這款光柵偏移安裝並且（qiě）直（zhí）接耦合到驅動係統上，因為電機的體積非常小。電機（jī）由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（shàng）。當（dāng）電機旋轉時，同時也相對於位於整個機構外部的光柵讀數頭精確地旋（xuán）轉圓光柵。這種雷達應用的優點在於，射頻能量通過每個電機的內孔在（zài）自由（yóu）空間傳播。”
射頻通信（xìn）係統采用相似的設計，但是具有較為傳統的滑環、旋轉接（jiē）頭和（hé）同軸（zhóu）介質。在這種情況下，雷尼（ní）紹RESA圓光柵的開放式內（nèi）孔可提供每個旋轉軸的頂端所（suǒ）需的空間和功能（néng）。
結果
雷尼紹的RESOLUTE ETR光柵兼容BiSS-C協議，可支持PAS針對各種應用設計（jì）和打造先進的天線係統（tǒng）。
Macri先生強調了在（zài）天線係統中選用RESOLUTE光柵的優勢（shì）：
“我（wǒ）們欣賞RESOLUTE的多種特性，包括易於使用、高精度和高（gāo）分辨率，以及在惡劣環境中的可靠性和適用性。
在裝配過程中，我們的技術人員可以使用塞（sāi）尺將光柵讀數頭手動對齊，這個過程很快。而且，RESOLUTE光（guāng）柵的高級診斷和安裝工具也有助於快速解決任何安裝問題。PAS針對光柵信號輸出使用BiSS-C串行協議，因為該協議（yì）具（jù）有開放式結構、易（yì）於使用、運行速度快（kuài）。最重要的是，該協議的安全性循環（huán）冗（rǒng）餘（yú）校驗 (CRC) 位數長。一旦出現問（wèn）題，用戶能夠即刻知曉。在產品生命周期方麵，製造速度和
效率以及交付可靠性十分關鍵。RESOLUTE光柵可以幫（bāng）助我們做到這一點。”
在PAS雷達（dá）係（xì）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。由於獨特的單碼道設計，RESOLUTE光柵能夠在（zài）高運行速度下實現超高的分辨（biàn）率。這一性能將PAS雷達係統的靶（bǎ）點位（wèi）置測量精度提升到市場領先水（shuǐ）平。
Macri先生總結說：“我們使用32位的光柵，但是隻截取大約18位。於（yú）我們而言，最大的優點是精度值和分辨率的LSB（最（zuì）低有效位）極其接近。當光（guāng）柵被設定為18位BiSS時，精度和分辨率完美齧合。我們需要重複精度（dù）達到千分之一度（dù）以內。由於應用場合的重要性，這些組件上的所有零部（bù）件都必須經過測試。RESOLUTE遠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（lì）福尼亞，主（zhǔ）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（néng）微波應用設計美（měi）觀且價格合理的天線係統（tǒng）。PAS還擅長為客戶解決複雜的天線係統問題，提供快（kuài）速設計和原型製造服務。PAS的服務範圍包括谘詢、設計、製造和安全分析。
詳（xiáng）情請訪問www.renishaw.com.cn/encoders
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