面天线测量技术的回顾与展望

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1、2002年全国测绘仪器综合学术年会·吉林长春面天线测量技术的回顾与展望李宗春，李广云。吴晓平解放军信息工程大学测绘学院．河南郑州450052．EmaikZongchun(／／'371．net摘要：{壬文首先介绍了国内外面天线制造业的先进水平，提出了研究面天线测量新技术的必要性和紧迫性．在此基础上回顾了面天线测量技术的发展历程：传统的测量方法，工业测量系统的方法，以及射电全息测量方法；展望了面天线测量技术如激光雷达涮量技术及数据处理理论与方法的发展-关键词：天线测量．表面精度．工业测量系统．射电全息术，激光雷达1天线制造业的发展通信、雷达、遥感、广

2、播、电视、导航等无线电设备，都是依靠无线电波来工作的，都需要有无线电波的辐射和接收。我们把辐射或接收无线电波的装置称为天线。天线的形式很多，按天线的分析方法一般可分为“线天线”和“面天线”，本文所讨论的天线是面天线，以下简称天线。首先了解一下国内外天线制造业的先进水平。美国国立射电天文台(NARo)于1999年建成了世界上最大的接体式反射面天线(由2004片铝板拼接而成，天线全重6800吨)GreenBankTelescope，口径面积为100mxllom(截割I!lqb208m／F60m的抛物面)，表面精度为0．46ram；美国麻省理工学院与墨

3、西哥合建的世界上最精密的大型毫米波射电望远镜(LMT)采用了$50m的卡塞格伦式反射面天线lII，表面精度达O．069mm；美国康奈尔大学国家天文和电离层研究中心(NAIC)研制的世界上最大的射电望远镜Arecibo，主反射面为球形，口径305m(由38788片铝板拼接而成，天线全重900吨)，占地18英亩，表面精度优于2ram；日本东京天文台安装的445m天线。工作波长为2mm，表面精度要求为0。12ram。由此可见，国际天线业的需求很广，发展也非常快。到目前为止国内已建成的最大天线是由39所为上海天文台制造的÷25m的卡塞格伦式射电望远镜，最

4、短工作波长26mm．表面精度要求0．8mm左右：紫金山天文台与美国合作研制的613．7m天线，最短工作波长2．6mm，表面精度要求0．13ram左右；57所研制的13mx25m天线，表面精度优于Imm：54所制造出用于对流层散射通信的20m大口径“广告牌”天线。表面精度优于2mm：54所在建的某大型天线，口径18mx36m，表面精度要求0．7mm以内。类似的天线还有很多。不再枚举。上述天线的共同特点是表面精度高、面积大、结构复杂、对测量的要求很高。这些大型天线和特种天线的设计制造．已经不是常规测试手段所能保障和解决的。天线的测试手段正在经历着巨大

5、的变化．必须采用精密工程测量学及计量学中的新技术和新手段来解决上述大型和超大型天线的安装制造问题。2国内外天线测量技术回顾首先来了解一下天线制造业对几何量测试精度[21的要求．天线的表面精度是衡量评价天线质量的重要指标，它不仅直接影响天线的口面效率，从而决定该天线可工作的最短波长．而且影响天线方向图的主瓣宽度和旁瓣结构．通过对天线面进行测量。确定其表面精度，由表面精度可以推算出它对天线电性能的影响。反射砸的表面精度要求与工作频率有关系，工作频率越高．对表面精度的要求就越严。一般要求表面精度是天线工作波长的1／16-1／32，而测量精度要达到表面精

6、度的l，3～l，5，因此对测量所提出的要求是比较苛刻的。纵观天线表面精度测量方法的发展历程，大致可以分成三种方法：2．1传统的测量方法传统的测量方法主要有机械、光学和电等方法．2002年全周测绘仪器综合学术年会．吉林长春机械测量法是用机械的方法对反射面进行检测，不仅过去是主要方法，现在也仍在使用。主要有样板法和车床法两种。样板法利用了旋转天线如旋转抛物面成型的原理，对中、小型天线的安装检测比较有效，但只适合于天线朝天状态下的测量，测量精度为0．I"-4)．2ram；车床实际上是一台精度比较低的三坐标测量机，该法只适合测量小型天线(直径不大于am)

7、，测量精度可达O．02～0．1mm。光学测量法主要有经纬仪钢带尺法、双五棱镜法和五棱镜带尺法等。经纬仪钢带尺法是一种广泛应用的方法，测量精度在0．2mm以内：双五棱镜法可以测量抛物面在不同仰角时的表面精度，测量精度为O．15加．66ram；其它还有五棱镜带尺法、钢丝测距法、激光测距法、微波测距法和小车测量法等。上述提及的测量方法属于比较经典、传统的方法，为早期的国内外天线行业所普遍采用．传统方法的主要特点：量程比较小、精度比较低、测量速度慢、自动化程度低、劳动强度大、对天线的姿态有限制等。2．2工业测量系统的方法从上世纪八十年代开始，精密工程测量

8、的方法和手段在天线测量中的应_}f】主要表现为工业测量系统的应用。工业测量系统与三坐标测量机的测量方法相比较有更大的灵活性，也称为非正交