Fem typer antenner, der er afhængige af planetgearkasser med drejedrev
De drejedrev planetgearkasse er positioneringsmekanismen for alle styrbare antenner med en diameter på over cirka 1 meter — fra lufthavnsovervågningsradarer til kommunikationsparekopper i det dybe rum. Hver antennetype stiller forskellige krav til drevet, men deler alle kravet om vinkelpræcision, der går langt ud over enhver bygge- eller energianvendelse.
| Antennetype | Skål (m) | Pegning (grader) | Hastighed | Pligt |
|---|---|---|---|---|
| Satellit-jordstation | 3 – 15 | 0,01 – 0,05 | Meget langsom (sporing) | 24/7 kontinuerlig |
| Lufthavnsovervågning | 4 – 10 | 0,1 – 0,3 | 4 – 15 omdr./min (kontinuerlig) | 24/7 kontinuerlig |
| Vejrradar | 3 – 8 | 0,1 – 0,5 | 2 – 6 omdr./min. | 24/7 kontinuerlig |
| Militær sporing | 1 – 6 | 0,005 – 0,02 | Variabel (0 til 60 grader/s) | Intermitterende |
| Radioteleskop | 10 – 100 | 0,001 – 0,01 | Stereal hastighed (0,004 grader/s) | Natlig observation |
Modreaktion er fjenden — Hvorfor antennedrev kræver næsten nul gearslør
I et drejedrev til en byggekran er et slør på 10 til 15 bueminutter acceptabelt – det giver et par centimeters usikkerhed i krogpositionen ved bomspidsen, hvilket let kan håndteres af operatøren. I en radarantenne oversættes slør direkte til pegefejl – og pegefejl betyder, at antennestrålen rammer forbi sit mål.
For en satellitjordstation, der sporer en geostationær satellit i 36.000 km afstand: en pegefejl på 0,1 grader (6 bueminutter) forskyder strålens centrum med 63 km ved satellitten - langt uden for satellittransponderens strålebredde. Signalet går tabt. For en militær ildledningsradar: en fejl på 0,02 grader (1,2 bueminutter) ved 50 km rækkevidde forskyder sporingspunktet med 17 meter - nok til helt at ramme et lille mål.
Strategi for håndtering af slør — anti-slør med dobbelt tandhjul: Den mest effektive metode til højpræcisionsantenner bruger to drejedrev, der er i indgreb med det samme ringhjul, som hver især er belastet mod det andet af en torsionsfjeder eller en hydraulisk cylinder med konstant tryk. Det ene drev bevæger sig med uret, det andet bevæger sig mod uret. Fjederkraften holder begge tandhjul i konstant kontakt med deres respektive tandflanker - hvilket eliminerer den døde zone, som systemer med enkelt tandhjul udviser under retningsskift. Dette arrangement med dobbelt tandhjul er standard for satellitjordstationer og militære sporingsradarer og tilføjer 60 til 100% til drejedrevets pris - en merpris, der er berettiget af den forbedrede pegepræcision.
Planetgearindgreb. Radarantennedrev bruger DIN klasse 4 til 5 gear med slibning – 2 til 3 kvalitetsgrader højere end entreprenørdrev – for at opnå det subbueminut-slør, som præcisionen kræver.
Kontinuerlig rotationstjeneste — Lufthavnsradarer, der roterer 24/7 i 20 år
En lufthavnsovervågningsradar (ASR) roterer kontinuerligt med 12 til 15 omdr./min. – en fuld omdrejning hvert 4. til 5. sekund – 24 timer i døgnet, 365 dage om året, i 15 til 20 år mellem større eftersyn. Dette er den mest krævende kontinuerlige rotationsopgave, et drejedrev står over for. På 20 år gennemfører azimuth-drejedrevet cirka 63 til 158 millioner omdrejninger – størrelsesordener mere end noget drejedrev til byggeri eller energi.
Ved 15 omdr./min. gennemfører hver planetgearstand i en 3-trins planetgearkasse med et forhold på 600:1 cirka 9.000 omdrejninger i minuttet ved solgearet. Beregningerne af lejer og tandhjulslevetid for denne kontinuerlige højhastighedsdrift er fundamentalt forskellige fra den intermitterende, lave hastighedsdrift for entreprenør- og energidrejedrev. L10-lejelevetiden skal beregnes ved hjælp af kontinuerlige belastningsspektre, ikke de intermitterende driftsspektre, der anvendes til kraner og vindmøller.
Smøreudfordringen ved kontinuerlig rotation: Ved 15 omdr./min. kontinuerligt stabiliserer drejedrevets olietemperatur sig på 40 til 60 grader C over omgivelsestemperaturen – året rundt. I en tropisk lufthavnsinstallation ved 40 grader C omgivelsestemperatur kan den interne olietemperatur nå 100 grader C kontinuerligt. Olien skal opretholde viskositet, filmstyrke og oxidationsmodstand ved denne temperatur i olieskiftintervaller på 4.000 til 8.000 timer. Syntetiske PAO-olier (poly-alfa-olefin) er standard til kontinuerligt roterende radardrev – mineralolier oxiderer for hurtigt ved disse vedvarende temperaturer.
Øverst: Anvendelse af drejedrev med kontinuerlig rotation. Nederst: Præcisionsslibning af tandhjul — radardrev kræver de højeste tandhjulskvalitetsgrader (DIN 4 til 5) til 20 års uafbrudt rotation.
Elektromagnetisk kompatibilitet — Hvorfor en radarantenne skal være elektrisk lydløs
En radarantenne modtager signaler helt ned til -120 dBm (en milliardtedel af en milliardtedel af en watt). Enhver elektromagnetisk støj, der genereres af drejemotoren, encoderen eller drivelektronikken, kan kobles ind i antennens tilførsel og maskere målsignalet. Drejesystemet skal overholde EMC-krav (elektromagnetisk kompatibilitet), der er størrelsesordener strengere end nogen industriel drivstandard.
Børsteløse DC-motorer foretrækkes frem for børstemotorer, fordi børstebuer genererer bredbåndselektromagnetisk støj. Variabelfrekvensdrev (VFD'er) til vekselstrømsmotorer skal bruge afskærmede kabler og filtrerede udgange for at forhindre, at koblingsstøj udstråler ind i antennens sidelober. I ekstreme tilfælde anvendes hydrauliske motorer (som genererer nul elektromagnetisk emission) - hvorved den lavere positioneringspræcision af hydraulisk drev accepteres til gengæld for fuldstændig elektromagnetisk stilhed.
Positionsfeedback-encodere monteret på drejedrevets udgang skal give en opløsning, der matcher pegepræcisionen – typisk 18 til 22 bit (262.144 til 4.194.304 tællinger pr. omdrejning). Disse højopløsningsencodere bruger optisk eller magnetisk registrering og genererer digitale signaler på lavt niveau, der skal afskærmes fra motorens strømkabler. Encodermonteringsgrænsefladen på drejedrevet skal give en stiv, vibrationsfri fastgørelse med slørfri kobling til udgangsakslen.
Drejedrevets hus skal have en kontinuerlig elektrisk jordforbindelse fra motorstellet gennem gearkassehuset til antennesokkelen – hvilket forhindrer jordsløjfer, der genererer støjstrømme. Alle kabelindgange skal bruge afskærmede stik med 360-graders afskærmningsterminering. Drejekranslejet skal opretholde elektrisk kontinuitet mellem de roterende og stationære dele for at forhindre ladningsophobning og udladningsbuedannelse på tværs af lejerullerne.
Tre fejltilstande, der er unikke for drejningsdrev til radarantenner
Over 63 til 158 millioner omdrejninger (20 års kontinuerlig lufthavnsradardrift) oplever selv DIN klasse 5-tandhjul målbart profilslid. Efterhånden som tandprofilerne slides, øges sløret fra leveringsværdien (0,5 til 1,0 bueminutter) mod udskiftningstærsklen (2 til 3 bueminutter). Når sløret overstiger antennens pegefejlsbudget, forringes radaropløsningen - mål, der tidligere kunne adskilles, smelter sammen til et enkelt returmål, og flyvelederen mister situationsfornemmelsen. Væksten i sløret er gradvis og kan ikke registreres uden periodisk måling.
Store radarparaboler (6 til 15 meter) er effektive vindfangere — en 12 meter parabolsk parabol i en stormvind på 150 km/t oplever en modstandskraft på 80.000 til 150.000 N, hvilket producerer væltningsmomenter på 200 til 500 kN·m ved drejelejet. Den normale procedure er at stuve antennen (dreje parabolen med forsiden mod vinden og låse bremserne), før stormen ankommer. Hvis stormen ankommer uventet, eller stuvemekanismen svigter, skal drejedrevet holde parabolen i sin aktuelle position mod den fulde vindbelastning. Hvis den ikke kan holde, roterer parabolen ukontrolleret, og vinden fanger den — hvilket genererer kræfter, der kan bøje piedestalen eller rive parabolen ud af dens montering.
En defekt motorbørste, en løs skjoldterminering eller en VFD-filterfejl kan injicere bredbåndsstøj i antennens sideloberespons. Denne støj vises som falske mål på radardisplayet - stationært støj, der maskerer virkelige mål. Fordi støjkilden roterer med antennen, vises den som et konstant retursignal i et fast område - hvilket gør det vanskeligt at skelne fra et ægte mål på samme position. Operatører genkender muligvis ikke det falske retursignal som drevgenereret interferens, før en systematisk EMC-undersøgelse er udført.
Øverst: ZR-seriens drejedrev — flertrins præcisionsplanetdrev til antennepositionering. Nederst: Korea Ever-Power produktionsanlæg med præcisionsproduktionslinjer til radardrev.
Drejedrevet planetgearkasse til radarantenner — Ofte stillede spørgsmål
Korea Ever-Power leverer planetgearkasser med drejedrev til radarantenner, subbueminuteslør, kontinuerlig rotation og EMC-kompatible huse. Angiv din antennetype og retningskrav for en præcis specifikation.
Redaktør: Cxm
