某毫米波雷達(dá)天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

李增科　張曉沖　趙望　董長(zhǎng)勝　金立斌

【摘 要】毫米波天線是雷達(dá)等現(xiàn)代化設(shè)備發(fā)射和接受信息的核心部分，因而對(duì)毫米波天線的系統(tǒng)要求非常高。論文敘述了某毫米波雷達(dá)天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，并分別從剛性和強(qiáng)度進(jìn)行分析驗(yàn)證，確認(rèn)天線系統(tǒng)的安裝情況，以期能夠?yàn)楹髞?lái)的毫米波雷達(dá)天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一些有效的參考。

【Abstract】Millimeter wave antenna is the core part of transmitting and receiving information of modern equipment such as radar， so the requirement of millimeter wave antenna system is very high. This paper describes the design scheme of a millimeter wave radar antenna system structure， and analyzes and verifies the installation of the antenna system from the aspects of rigidity and strength respectively， so as to provide some effective references for the structural design of millimeter wave radar antenna system.

【關(guān)鍵詞】毫米波雷達(dá);天線系統(tǒng);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);仿真分析

【Keywords】 millimeter wave radar; antenna system; structural design; simulation analysis

【中圖分類號(hào)】TN9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2019）06-0156-02

1 引言

毫米波雷達(dá)有著雷達(dá)波束窄、角分辨力高、頻帶寬、隱蔽性好、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今時(shí)代有著極為重要的意義。而天線系統(tǒng)作為雷達(dá)的核心部分，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定了整個(gè)雷達(dá)的整體性能和可靠性。所以為了保證整個(gè)天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠正常有效的運(yùn)行，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行事前分析是必不可少的。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 集成架構(gòu)設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，天線系統(tǒng)按照其設(shè)備組成模塊的功能可分為陣列收發(fā)單元和綜合處理單元。在進(jìn)行集成架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，兩個(gè)單元資源可采用電纜進(jìn)行連接，讓天線系統(tǒng)僅電源和數(shù)字收發(fā)2個(gè)功能模塊具有外接口，這種集成架構(gòu)設(shè)計(jì)可增加雷達(dá)的機(jī)動(dòng)性能[1]。

2.2 多級(jí)射頻盲配互聯(lián)設(shè)計(jì)

現(xiàn)如今，多級(jí)射頻盲配互聯(lián)技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在各種高密度的集成設(shè)備當(dāng)中，這種技術(shù)也同樣可以應(yīng)用在毫米波雷達(dá)天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，從而提高整個(gè)天線系統(tǒng)的連接性和可靠性，還能極大地降低整個(gè)天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸、重量和插損。這種設(shè)計(jì)是使用天線陣面和TR組件之間、TR組件和功分組件網(wǎng)絡(luò)之間的射頻互聯(lián)結(jié)構(gòu)，通過(guò)不斷優(yōu)化整個(gè)天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各級(jí)模塊之間的射頻連接[2]。

2.3 功能結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)

如果在天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中采用了功能結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)技術(shù)，可以有效地減少零部件的使用數(shù)量，進(jìn)而有效地減少整個(gè)天線系統(tǒng)的空間尺寸和整體重量。這種設(shè)計(jì)的根據(jù)是天線系統(tǒng)的天線陣面一般采用鋁合金制作而成，其有著良好的結(jié)構(gòu)支持能力，所以既可以作為功能模塊，也可以作為結(jié)構(gòu)模塊。不過(guò)若是使用了這種設(shè)計(jì)，整個(gè)天線系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊的外部接口就需要進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，并將其相互固定，這也才能保證整個(gè)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)既能減少天線系統(tǒng)的重量和尺寸，又能保證整個(gè)天線系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。

2.4 輕量化設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，毫米波天線系統(tǒng)的重量設(shè)計(jì)指標(biāo)都很低，因此需要通過(guò)各種措施來(lái)使天線系統(tǒng)的整體重量和尺寸都滿足于指標(biāo)的要求，除了上述的幾種可以滿足天線系統(tǒng)指標(biāo)要求的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還可以采用其他辦法進(jìn)行天線系統(tǒng)輕量化。這種設(shè)計(jì)在具體實(shí)施過(guò)程中可以在功能模塊中采用強(qiáng)度高但密度低的材料，如鋁合金。另外，在滿足整體結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度的前提下，課程通過(guò)降低外殼、地板的結(jié)構(gòu)部件的厚度或者制作減重孔的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)天線輕量化的設(shè)計(jì)。

2.5 可制造性設(shè)計(jì)

在整個(gè)天線系統(tǒng)當(dāng)中，天線陣面的整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，陣面面積大、厚度大、對(duì)于精度的要求也非常高，如果直接采用線切割方式進(jìn)行加工，普通的數(shù)控機(jī)很難完成。所以為了保證天線陣面的制造工藝和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可以將整個(gè)天線陣面設(shè)計(jì)成多層拼裝的形式，有需要時(shí)再進(jìn)行拼裝焊接。這種制造設(shè)計(jì)方式既能保證天線陣面的整體加工質(zhì)量，又能降低天線陣面的加工成本，是一種性價(jià)比非常高的設(shè)計(jì)方式。

3 雷達(dá)天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

3.1 強(qiáng)度分析

所謂結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析，就是指天線系統(tǒng)整個(gè)設(shè)計(jì)中所使用的構(gòu)件在載荷作用下的抵抗破壞的能力。一般來(lái)說(shuō)，只要結(jié)構(gòu)在載荷作用下的工作應(yīng)力小于許用應(yīng)力，那么就可以認(rèn)為構(gòu)件的結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求，但因?yàn)闃?gòu)件的工作狀態(tài)有多種，所有在進(jìn)行構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算時(shí)一般都是找出所有工況中的最大應(yīng)力值，控制最大應(yīng)力值小于許用應(yīng)力值便可。

3.2 剛度分析

天線系統(tǒng)的剛度分析，就是指構(gòu)件在外力作用下的抵抗變形的能力。在整個(gè)天線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，剛性能力的好壞決定著天線系統(tǒng)在使用過(guò)程中的變形情況。天線反射面在靜態(tài)變形和制造誤差的共同影響下，其實(shí)際值與設(shè)計(jì)的理論值可能會(huì)出現(xiàn)誤差。這個(gè)誤差雖然可以在天線系統(tǒng)設(shè)立之時(shí)消除一部分，但也不能完全消除，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，一定要保證天線的反射面的均方根控制在一定范圍內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)雷達(dá)的天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用了前文中所提到的幾種設(shè)計(jì)辦法后，既能夠減少零部件和電纜的使用數(shù)量，又能極大地降低天線系統(tǒng)整體的重量，使其可以滿足毫米波雷達(dá)天線系統(tǒng)的指標(biāo)要求。在完成設(shè)計(jì)之后，設(shè)計(jì)師需要對(duì)雷達(dá)天線系統(tǒng)的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行綜合分析，以保證后期建設(shè)時(shí)雷達(dá)能夠正常使用。

【參考文獻(xiàn)】

【1】李科選，王美焰，孫浩，等.某型雷達(dá)數(shù)字陣列模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[J].機(jī)械與電子，2018，36（10）：27-30.

【2】呂慎剛，趙春林.盲配互連設(shè)計(jì)在T/R組件中的應(yīng)用[J].電子機(jī)械工程，2014，30（6）：19-21+26.