某雷達(dá)天線結(jié)構(gòu)設(shè)計中模塊化的應(yīng)用

張燕 陜西省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院

一、前言

在設(shè)計雷達(dá)天線的過程中天線的模板應(yīng)當(dāng)依據(jù)整機(jī)振動的情況進(jìn)行設(shè)計，某機(jī)載雷達(dá)天線結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中把天線振動條件分解，然后得出了各個模板振動相應(yīng)的條件，這可以為后來各模板的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供到一定的幫助。

二、雷達(dá)天線結(jié)構(gòu)的概況

天線結(jié)構(gòu)屬于大型精密點子機(jī)械之一，同一般工程節(jié)后存在差異，其在設(shè)計方面的要求比較特殊，天線性能的要求就是設(shè)計時一定要考慮的因素。因此，如何科學(xué)地設(shè)計天線結(jié)構(gòu)是工程界十分關(guān)注的問題。天線結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及多個學(xué)科。天線結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析是其中的一個主要方面。近年來，當(dāng)前雷達(dá)工業(yè)的快速發(fā)展，對高精度天線的要求越來越高，對天線精度和結(jié)構(gòu)分析提出了更高的要求，由于有限元分析的誕生，由于其強(qiáng)大的適應(yīng)性和高計算效率，因此它已廣泛用于工程。當(dāng)前計算機(jī)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，各種結(jié)構(gòu)分析軟件當(dāng)前時間的需求而出現(xiàn)，具有高分分析準(zhǔn)確性和強(qiáng)化預(yù)處理和后處理能力，這對于對大型結(jié)構(gòu)的分析非常有效。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計

在設(shè)計空氣雷達(dá)天線的結(jié)構(gòu)時，它不會影響飛機(jī)本身的性能，也不會受到飛機(jī)飛行狀態(tài)的變化的影響，這需要空氣雷達(dá)天線的設(shè)計光設(shè)計來注意天線結(jié)構(gòu)的設(shè)計光設(shè)計，強(qiáng)度和振動隔離?？諝鈧鞑サ亩S相位陣列天線主要由微波系統(tǒng)，伺服驅(qū)動器，前端，掃描儀后端等組成，依此類推前端安裝框架，后端安裝框架由前端安裝框架組成。前端安裝框架和后端安裝框架用于正交單耳結(jié)構(gòu)。通過這種設(shè)計，消除的問題解決了天線安裝中載波的兩個耳之間的間隙，并且天線單元的安裝難度降低。作為微波系統(tǒng)的主要器件，微波系統(tǒng)模塊的電氣連接，微波系統(tǒng)模塊的電氣連接和液壓連接，對微波系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)剛度提出了很高的要求，在微波系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，采用輕質(zhì)高強(qiáng)度增強(qiáng)型鋁合金材料作為結(jié)構(gòu)件[2]。當(dāng)微波系統(tǒng)的重量較輕時，提高了天線結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。天線框架是整個天線單元的主要部分，也是天線陣列的精度的保證。天線框架由前端框架，后端框架，上框架，柱，前蓋和天線陣列組成。為了將天線單元安裝空間和安裝質(zhì)量的要求提升，除了天線框架設(shè)計的軸承功能之外，天線單元的通信功能也是影響因素之一。利用天線單元的結(jié)構(gòu)，對天線集成進(jìn)行調(diào)整，并且天線單元的安裝空間減小，才可以實現(xiàn)了天線單元的輕質(zhì)設(shè)計。在天線單元的結(jié)構(gòu)和功能的集成設(shè)計中，主要使用以下措施：1.天線陣列與天線框架集成。天線陣列不僅滿足電信的要求，而且它變成了載體組件；2.框架和液體冷卻管的整體設(shè)計，下框架不僅攜帶部件，而且還有液體冷卻主管；3.框架和盲轉(zhuǎn)換板的整體設(shè)計，這不僅是攜帶部件，還具有液體冷卻主管，還具有適配器板插入可伸縮陣列模塊（SAM）集成接收器，如盲電連接器模塊，縮短接收器和天線之間的互連電纜，從而降低了系統(tǒng)的信號損耗，并實現(xiàn)了雷達(dá)系統(tǒng)的輕質(zhì)設(shè)計[3]。

四、設(shè)計天線陣面總體模塊

雷達(dá)中核心部分之一就是重要的相控陣?yán)走_(dá)天線。電氣性能就是通過相控陣?yán)走_(dá)來實現(xiàn)的。當(dāng)前雷達(dá)天線增益和分辨率要求的不斷提高，雷達(dá)天線的輻射表面直徑，設(shè)備數(shù)量和功耗，某個源相控陣?yán)走_(dá)天線的輻射表面尺寸較大，這是11600mm×1720mm，包括輻射天線，收發(fā)器模塊，延遲模塊，功率分配器，波控模塊，電源模塊和熱管組件。設(shè)備支架是整個雷達(dá)結(jié)構(gòu)的最復(fù)雜部分。雷達(dá)天線的模塊化設(shè)計是基于整體技術(shù)要求和設(shè)計規(guī)范。采用模塊化設(shè)計技術(shù)可以有效的提高到了天線陣列的結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度，并減小天線陣列的角度。當(dāng)衛(wèi)星在軌道上發(fā)射時，通過展開機(jī)構(gòu)展開四個側(cè)板天線在載體艙的Z端面上，以形成完整的相控陣?yán)走_(dá)天線。在本文中，給出了由部署機(jī)構(gòu)的四個側(cè)板天線組成的有源相控陣?yán)走_(dá)天線的原理圖，結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。除了考慮衛(wèi)星發(fā)射負(fù)載要求外，還考慮了機(jī)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜性和可靠性。天線的四個邊通過模塊化設(shè)計。在模塊中，每個側(cè)面面板天線模塊（每個）具有相同的功能和電能[4]?？紤]天線，運(yùn)輸，設(shè)定，維護(hù)和其他方面的綜合要求。安裝界面由模塊組成，內(nèi)部單位安裝的數(shù)量完全相同，高頻電纜模塊的側(cè)面板，側(cè)板低頻電纜模塊，伸縮機(jī)構(gòu)模塊等，從而將產(chǎn)品設(shè)計速度提高且將產(chǎn)品開發(fā)時間減短。

五、概述大模塊側(cè)板天線結(jié)構(gòu)

按照雷達(dá)總體技術(shù)要求和設(shè)計規(guī)范，劃分了相控輻射天線陣大模塊（側(cè)板天線）的概念和規(guī)劃，并結(jié)合相控輻射天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，如，大量單機(jī)具有相同的功能和相似的結(jié)構(gòu)，且多采用電纜連接，將單個天線陣組合并分為四個側(cè)板天線。為可以使側(cè)板天線更加緊湊，將天線陣分為四個部分。側(cè)面板天線中的單個單元采用三明治式布局，即集成天線模塊組裝在天線架的前側(cè)，電源模塊，波控模塊，高頻電纜和低頻電纜安裝在背面，天線框架位于中間，天線陣列厚度小于100毫米。側(cè)板天線吊裝界面與工具界面一致。天線框架由高模量碳纖維復(fù)合材料制成，這提高了側(cè)板天線陣列的剛度和強(qiáng)度，有效地降低了天線框架的重量，優(yōu)化了每個單機(jī)的界面，并確保了每個機(jī)器配備可靠且擴(kuò)展的設(shè)備接口，用于天線陣列組合，例如有源相控雷達(dá)天線。伸縮機(jī)構(gòu)用于實現(xiàn)天線陣列的折疊和展開，為可以解決大量單機(jī)和許多電纜連接的問題，設(shè)計了彈片的集成天線模塊的結(jié)構(gòu)。按照相控雷達(dá)天線的功能和電纜連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，前六個項目由相位雷達(dá)天線結(jié)構(gòu)組成，然后組合到集成天線中。它由120個集成的天線模塊組成。在模 塊布局設(shè)計中，集成天線模塊中的單個收發(fā)器模塊使用雙通道集成設(shè)計，盲匹配技術(shù)用于連接輻射天線以減少電纜連接和Z方向厚度激勵功率分配器和校準(zhǔn)功率分配器在合成中。設(shè)計為減少各種機(jī)器輻射天線結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，才可以有效的減輕到了重量和改善剛度。

六、在雷達(dá)設(shè)計中的應(yīng)用

（一）雷達(dá)天線設(shè)計

雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展涉及到兩類電磁問題：一類是電磁問題，即電磁波在相對封閉的區(qū)域受到金屬或介質(zhì)邊界的約束，如濾波器、環(huán)行器、傳輸線傳輸饋線系統(tǒng)和無源網(wǎng)絡(luò)，包括連接器等；另一個是外部問題，即電磁輻射和散射。電磁輻射問題包括天線、天線罩和天線布局的分析和設(shè)計，對于機(jī)載，導(dǎo)彈和船載平臺，重要的是分析平臺對雷達(dá)天線的影響以及多天線系統(tǒng)之間的電磁兼容性。電磁波散射涉及雷達(dá)天線雷達(dá)橫截面的分析和設(shè)計，這對于隱身雷達(dá)非常重要。天線是能量轉(zhuǎn)換器，其將傳輸在傳輸線上傳播的波導(dǎo)轉(zhuǎn)換為在自由空間中傳播的電磁波。它是電路和雷達(dá)系統(tǒng)之間的接口窗口。當(dāng)前雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展，陣列天線是當(dāng)前雷達(dá)天線的主要設(shè)備，同時也使得其設(shè)計思路和方法出現(xiàn)了變化。當(dāng)前計算機(jī)技術(shù)和電磁計算方法的發(fā)展，雷達(dá)天線的設(shè)計越來越依賴于電磁仿真工具。陣列天線不同于孤立天線單元。孤立天線單元是指按照一定的規(guī)則在直線、平面、曲面或三維任意位置上隨機(jī)排列的若干相同的天線單元，或隨機(jī)實現(xiàn)波束掃描和波束形成、零點產(chǎn)生、旁瓣抑制等多種功能，陣列天線的設(shè)計是一個復(fù)雜的優(yōu)化問題嗎，天線的精確分析是優(yōu)化設(shè)計的前提。

（二）饋線及微波網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

進(jìn)料器和微波網(wǎng)絡(luò)是從天線或從天線到接收器的發(fā)送器到雷達(dá)信號的傳輸路徑。通常包括被動微波網(wǎng)絡(luò)，例如阻抗轉(zhuǎn)換器，電源分配器和循環(huán)器，必須通過電磁完成計算是電磁場中的一個問題。除了用于微波裝置的情況下，進(jìn)料器和微波網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)通常是非常好的，例如，用于通過諧振器操作的過濾器，或者在腔體中的一些頻率功率分頻器，可能存在共振，因此有必要準(zhǔn)確地計算諧振電磁中的結(jié)構(gòu)。

七、結(jié)束語

由上可知，在設(shè)計雷達(dá)天線的過程中天線的模板應(yīng)當(dāng)依據(jù)整機(jī)振動的情況進(jìn)行設(shè)計，某機(jī)載雷達(dá)天線結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中把天線振動條件分解，然后得出了各個模板振動相應(yīng)的條件，為后來各模板的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供到一定的幫助。