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光電光纖滑環(huán)在衛(wèi)星雷達系統(tǒng)中的應(yīng)用
日期:
2018-09-01
點擊:
8551
屬于:
滑環(huán)結(jié)構(gòu)原理
本文對電滑環(huán)和光電組合滑環(huán)進行了簡單的對比分析 ,介紹了多通道光電光纖組合滑環(huán)的實現(xiàn)原理 ,并針對某雷達系統(tǒng)光電混合信號的傳輸要求,探討了光電組合式滑環(huán)的設(shè)計方案。
滑環(huán)在雷達系統(tǒng)中承擔著旋轉(zhuǎn)天線端與固定基座間信號傳輸?shù)墓δ?,隨著雷達系統(tǒng)的復(fù)雜化發(fā)展,傳統(tǒng)形式的電滑環(huán)由于數(shù)據(jù)傳輸量的限制,已不能滿足系統(tǒng)傳輸需求,而光纖傳輸技術(shù)具有傳輸容量大、傳輸性能好等優(yōu)點,光纖旋轉(zhuǎn)連接器 (又稱
光纖滑環(huán)
) 可實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)端與固定端的光信號連接,它的應(yīng)用可以彌補電滑環(huán)的不足。但考慮到可靠性及可實施性,一些功率信號、中頻信號還需采用傳統(tǒng)電滑環(huán)來傳輸 ,所以光電組合滑環(huán)在現(xiàn)代雷達系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。
1.電滑環(huán)與光纖滑環(huán)的對比分析
1.1 電滑環(huán)
電滑環(huán)通過機械觸點來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)端與固定端的信號連接 ,其應(yīng)用 范圍廣,技術(shù)成熟,但這種連接方式存在接觸點壓力控制 困難的問題,壓力過大會導(dǎo)致觸點磨損嚴重,使用壽命下降,轉(zhuǎn)動力矩過大;壓力不足會造成接觸不可靠,動態(tài)電阻變化過大,信號傳輸質(zhì)量下降。 另外 電滑環(huán)的體積與數(shù)據(jù)傳輸量成正比,數(shù)據(jù)量越大,需要傳輸路數(shù)越多,體積就越龐大,很難滿足現(xiàn)代雷達的小型化設(shè)計要求。
1.2
光纖滑環(huán)
光纖滑環(huán)是實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)端與固定端光信號連續(xù)傳輸?shù)臉屑~,是一種精密的光學(xué)傳輸器件,目前應(yīng)用的光纖滑環(huán)有單通道和多通道之分 ,單通道要求單路同軸對準,實現(xiàn)原理簡單,多通道光纖滑環(huán)則需要通過光路折轉(zhuǎn)來實現(xiàn)光信號的連續(xù)傳輸 。 目前大多數(shù)多通道光纖滑環(huán)的實現(xiàn)原理都基于道威棱鏡 的光傳輸特性,如圖1所示,當?shù)劳忡R自身轉(zhuǎn)速為輸入平行光束繞其轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的一半時,經(jīng)過道威棱鏡輸出的光束位置不變,因此只要保證2:1的傳動關(guān)系,就可實現(xiàn)多路光信號的旋轉(zhuǎn)傳輸。
圖1:道威棱鏡光速傳播原理圖 光纖滑環(huán)旋轉(zhuǎn)端與固定端的信號傳輸屬于非接觸式,不存在磨損問題,具有使用壽命長、免維護等優(yōu)點。 另外通過信號處理,一路光纖滑環(huán)通道可以同時混合傳輸模擬信號和數(shù)字信號,相比電滑環(huán)其傳輸數(shù)據(jù)量大,通道利用率高。 但由于光纖滑環(huán)傳動精度要求較高,裝調(diào)復(fù)雜困難,國內(nèi)只有少數(shù)廠家研制出四通道多模光纖滑環(huán)的樣機,遠未達到商業(yè)應(yīng)用水平,目前國內(nèi)所使用的多通道光纖滑環(huán)主要依賴進口。
2.某雷達系統(tǒng)中的光纖光電組合滑環(huán)
2.1 雷達數(shù)據(jù)傳輸對滑環(huán)的需求
a) 光纖通道:3 路單模光纖 ;
b ) 中頻通道:3 路 (≤120 M H z),約 2O m W ;
c) 電源通道:三相 四線,功率 300 kW,地線一環(huán),4 0 A 。
2.2 光纖滑環(huán)信號傳輸方案
光纖滑環(huán)典型的數(shù)據(jù)傳輸方式是結(jié)合光波分復(fù)用技 ,把不同種類的信號轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌ㄩL的光信號 ,經(jīng)過光波復(fù)用技術(shù)合波到一根光纖,經(jīng)光纖滑環(huán)傳輸后再經(jīng)過分波技術(shù)還原信號。傳輸方式可以采用雙通道單向傳輸 ,也可以采用單通道雙向傳輸,圖2為單通道雙向傳輸原理圖 。 光 波分復(fù)用技術(shù)降低了系統(tǒng)對滑環(huán)路數(shù)的要求 ,但卻需要復(fù)雜的光收發(fā)模塊及復(fù)用解復(fù)用模塊,所以可以根據(jù)情況,采用多通道光纖滑環(huán)傳輸來
代替波分復(fù)用技術(shù) 。
圖2單通道雙向傳輸原理圖
本雷達系統(tǒng)中沒有采用波分復(fù)用技術(shù),而是使用四通道光纖滑環(huán)分多路傳輸,傳輸方案如圖3所示,三路光通道分別傳輸上行控制指令 、下行回波及BIT 信息和下行視頻信號,剩下一路 則作為備份,以備故障應(yīng)急,這樣即降低了系統(tǒng)對光模塊的要求,又保證了整個系統(tǒng)的可靠性。
圖3某雷達光纖光電組合滑環(huán)傳輸方案
2.3 組合滑環(huán)的結(jié)構(gòu)方案
本方案中的四通道光纖滑環(huán),經(jīng)試驗驗證,可以滿足軍品使用要求,其主要技術(shù)指標見表 1,外形尺寸為∅88mm ×156mm,體積很小 。
電滑環(huán)只需實現(xiàn)3路中頻信號 (≤120 M H z) 和300 kW 的功率傳輸 ,所需環(huán)數(shù)少,用傳統(tǒng)柱式滑環(huán)的設(shè)計方法很容易實現(xiàn)。 但由于電源的功率比較大,單環(huán)需傳輸電流455A ,若采用單觸點單根 電纜出線的設(shè)計方案,則要求觸點大、電纜外徑大。本方案采用了多觸點及四線分流的傳輸方式 ,在滑環(huán)圓周方向均勻分布多個觸點且分四個方 向出線 ,有效減小了電滑環(huán)的外形尺寸。
在光電滑環(huán)的組合設(shè)計上,考慮減小整體的軸向尺寸 ,本方案充分利用了中心孔,將光纖滑環(huán)套裝在其內(nèi)部,結(jié)構(gòu)簡圖如圖4所示。 如果系統(tǒng)不采用光纖滑環(huán),直接應(yīng)用傳統(tǒng)電滑環(huán)的傳輸形式,則需在原傳輸通道上另外增加180路小信號環(huán),按此要求設(shè)計的電滑環(huán)結(jié)構(gòu)簡圖如圖5所示,與光電組合式匯流環(huán)相比除軸向尺寸、轉(zhuǎn)動力矩大幅度增加外,信號的抗干擾能力及傳輸速率的下降大大降低了系統(tǒng)性能。
3 結(jié)束語 光電組合式滑環(huán)是現(xiàn)代雷達技術(shù)向數(shù)字化方向發(fā)展的必然需求。 相比傳統(tǒng)的傳輸方式 ,其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕的特點滿足了現(xiàn)代雷達系統(tǒng)向小型化發(fā)展的技術(shù)要求;更重要的是它解決了現(xiàn)代數(shù)字陣雷達系統(tǒng)龐大數(shù)據(jù)量旋轉(zhuǎn)傳輸?shù)膯栴} ,光纖傳輸提高了雷達系統(tǒng)的信號傳輸性能,其優(yōu)勢是不可代替的,光電組合式滑環(huán)必將在雷達系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
注:本文原始版權(quán)歸南京電子技術(shù)研究所所有,杭州全盛機電已支付版權(quán)費用,若轉(zhuǎn)載則侵犯知識產(chǎn)權(quán)!
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