一种双反射面天线系统高效高精度校准方法与流程

1.本发明涉及一种双反射面天线系统校准方法。


背景技术：

2.无线能量传输技术作为一种新型的能量传递方式，能将能量以无线方式进行远距离传输，不借助任何导波，传输速度为光速，且能量的传递可以通过控制波束方向实现灵活变换。其工作过程为微波源将直流能量转变为微波能量，通过反射面天线发送至自由空间，波束代替高压线实现远程能量传输，在用户端同样通过反射面天线接收微波能量并实现直流能量转换输出。可用于太阳能电站、深空探测等应用领域。
3.电波辐射式无线能量传输技术中，发射天线和接收天线共同形成一个系统，校准策略及精度影响到其关键效能指标。距离拉远后，校准的难度和精度大幅增大。与传统抛物面不同，本发明无线能量传输为近场点聚焦型，未形成波束方向图，无法采用电轴对准确定校准误差。针对无线能量传输系统的特点，提出对应的校准方法。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种双反射面天线系统高效高精度校准方法，解决如何在无法进行电轴对准的情况下，高效高精度的进行较远距离(20～50米)双反射面天线系统校准的问题。采用纯机械的方式校准，在双反射面天线系统中心焦点处建立中心坐标系，增加切面对准参数，减少场地对波束辐射的影响，降低后续系统联调难度，实现20～50米远距离的高效微波能量传输。
5.本发明所采用的技术方案是：一种双反射面天线系统高效高精度校准方法，包括步骤如下：
6.步骤1，采用摄影测量的方法对发射天线和接收天线的型面精度和基准孔位置进行测试；
7.步骤2，拟合双反射面天线系统电场切面，建立场地坐标系，对发射天线和接收天线反射器进行场地校准，使得发射天线反射器中心坐标系与场地坐标系之间的转角偏差、接收天线反射器中心坐标系与场地坐标系之间的转角偏差均小于设定的指标要求，将发射天线和接收天线调整至初始预设位置；
8.场地坐标系的定义为：原点位于两个反射器连线中心，z轴与天线传输方向一致，x轴垂直于地面，y轴与x、z轴遵循右手定则；
9.拟合双反射面天线系统电场切面的方法为：
10.将发射天线反射器上的校准孔jzk1和校准孔jzk5之间的连线作为切面方向，将校准孔jzk1、校准孔jzk5和发射天线反射器中心三点连线所围成的面作为切面；校准孔jzk1和校准孔jzk5位于发射天线反射器上，两个点的连线与地面垂直；
11.将接收天线反射器上的校准孔jzk1和校准孔jzk5之间的连线作为切面方向，将校准孔jzk1、校准孔jzk5和接收天线反射器中心三点连线所围成的面作为切面；校准孔jzk1
和校准孔jzk5位于接收天线反射器上，两个点的连线与地面垂直。
12.步骤3，当发射天线和接收天线反射器初始校准达到校准要求精度后，分别对发射天线和接收天线进行反射器和馈源组件的校准，使发射天线反射器和发射馈源之间、接收天线反射器和接收馈源之间达到预设精度要求；
13.步骤4，分别模拟发射天线电场切面和接收天线电场切面，进行发射天线反射器中心坐标系与场地坐标系之间的转角偏差校准、接收天线反射器中心坐标系与场地坐标系之间的转角偏差校准，此时的校准精度要求高于步骤2中的校准精度要求；
14.步骤5，进行发射天线电场切面与场地坐标系之间、接收天线电场切面与场地坐标系之间的位移校准；
15.步骤6，对双反射面天线系统与场地坐标系之间进行x位移参数校准，使双反射面天线系统的焦点对准；
16.步骤7，对双反射面天线系统进行方向图测试，根据方向图测试结果对双反射面天线系统的转角偏差和x、y、z方向的位移偏差进行调整。
17.本发明与现有技术相比的优点在于：
18.(1)本发明中在双反射面天线系统中心焦点处建立虚拟中心坐标系，几乎杜绝场地状况对校准精度的影响。
19.(2)本发明中增加切面对准参数，直接进行天线对的机械轴校准，绕开聚焦场定义电轴的难题，提高校准效率。
附图说明
20.图1是本发明的方法流程图。
21.图2为双反射面天线系统结构示意图。
22.图3为发射天线反射器校准孔示意图。
23.图4为接收天线反射器校准孔示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
25.一种双反射面天线系统高效高精度校准方法，其特征在于，包括步骤如下：
26.步骤1，采用摄影测量的方法对发射天线和接收天线的型面精度和基准孔位置进行测试；
27.步骤2，拟合双反射面天线系统电场切面，建立场地坐标系，对发射天线和接收天线反射器进行场地校准，使得发射天线反射器中心坐标系与场地坐标系之间的转角偏差、接收天线反射器中心坐标系与场地坐标系之间的转角偏差均小于设定的指标要求，将发射天线和接收天线调整至初始预设位置；
28.场地坐标系的定义为：原点位于两个反射器连线中心，z轴与天线传输方向一致，x轴垂直于地面，y轴与x、z轴遵循右手定则；
29.拟合双反射面天线系统电场切面的方法为：
30.将发射天线反射器上的校准孔jzk1和校准孔jzk5之间的连线作为切面方向，将校准孔jzk1、校准孔jzk5和发射天线反射器中心三点连线所围成的面作为切面；校准孔jzk1
和校准孔jzk5位于发射天线反射器上，两个点的连线与地面垂直；
31.将接收天线反射器上的校准孔jzk1和校准孔jzk5之间的连线作为切面方向，将校准孔jzk1、校准孔jzk5和接收天线反射器中心三点连线所围成的面作为切面；校准孔jzk1和校准孔jzk5位于接收天线反射器上，两个点的连线与地面垂直。
32.步骤3，当发射天线和接收天线反射器初始校准达到校准要求精度后，分别对发射天线和接收天线进行反射器和馈源组件的校准，使发射天线反射器和发射馈源之间、接收天线反射器和接收馈源之间达到预设精度要求；
33.步骤4，分别模拟发射天线电场切面和接收天线电场切面，进行发射天线反射器中心坐标系与场地坐标系之间的转角偏差校准、接收天线反射器中心坐标系与场地坐标系之间的转角偏差校准，此时的校准精度要求高于步骤2中的校准精度要求；
34.步骤5，进行发射天线电场切面与场地坐标系之间、接收天线电场切面与场地坐标系之间的位移校准；
35.步骤6，对双反射面天线系统与场地坐标系之间进行x位移参数校准，使双反射面天线系统的焦点对准；
36.步骤7，对双反射面天线系统进行方向图测试，根据方向图测试结果对双反射面天线系统的转角偏差和x、y、z方向的位移偏差进行调整。
37.实施例
38.本发明适用于2m口径双反射器系统，距离范围可由20m扩展至50m。
39.步骤一、对发射和接收单天线反射器型面精度和基准孔位置进行测试，要求发射和接收天线型面都达到rms(误差均方根)≤0.15(此rms为直接比对结果，自由拟合rms需≤0.1)，基准孔位置相对理论值位置度偏差小于0.08mm，基准孔设计位置如图3、图4所示。
40.步骤二、发射和接收单天线测试时，建立场地坐标系oxyz(z轴与天线传输方向一致，原点位于两个反射器连线中心，x轴垂直于地面，y轴与x、z轴遵循右手定则)，通过天线上预设切面基准点(图3、图4中校准孔jzk1和校准孔jzk5连线为切面方向)和反射器中心坐标系与场地坐标系的校准，使得天线处于初始预设位置，要求转角偏差rx、ry、rz≤0.1
°
。
41.步骤三、通过调整馈源，校准发射和接收单反射器与馈源的相互位置关系，要求两个单反射器自身转角偏差rx、ry、rz≤0.03
°
，位移偏差dx、dy、dz≤0.05mm。
42.步骤四、通过椭球反射器的长轴连线(图3、图4中校准孔jzk1和校准孔jzk5连线)，模拟出发射和接收单天线传输方向切面，并进行角度校准，要求转角偏差rx、ry、rz≤0.05
°
，使得微波传输方向与地面平行，降低地面散射对波束的影响，同时改善了系统联试的可调性。
43.步骤五、以反射器中心坐标系为基准，校准切面的y、z向位移参数，要求位移偏差dy、dz≤0.05mm。
44.步骤六、采用发射和接收单天线校准孔在中心坐标系下的数据，复校系统x向位移，要求位移偏差dx≤0.05mm，使能量传输系统焦点对准，得到最好的校准精度，致使双天线系统之间的空间传输损耗最小。
45.步骤七、根据电测参数对各项位置参数进行微调，以便达到最好效果。
46.本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。