某米波雷达数字阵列模块结构设计

程伶俐

（中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088）

0 引言

DAM将多个数字T／R通道集成，采用一体化设计方法，组成一种多功能集成雷达前端模块。形成一种多通道、模块化和可扩充的收发整体，使雷达系统能够以积木的方式进行组合。可见，DAM 是新型阵列雷达中的基本单元，DAM的工程实现技术是阵列雷达的核心技术之一。DAM的体积、重量、成本和技术指标等决定了数字阵列雷达的技战术指标的高低，从某种程度上也决定了数字阵列雷达的生存价值和使用价值［1－5］。

1 结构设计

1.1 组成与布局

DAM采用单发双收设计模式，4通道发，8通道收，将4通道发射和8通道接收集成在1个DAM内。整个DAM外形尺寸为734mm×287mm×78 mm，正面安装射频收发模拟前端和射频数字化接收；壳体中间是液冷通道；背面安装DDS倍频器、射频激励波形产生和集中式电源模块。正反腔体内的信号互连采用组合绝缘子对穿方式，数字信号互连采用微型插座，射频信号采用N型连接器，并在腔体内各通道设置屏蔽走线槽，避免信号线与器件的相互干扰。

1.2 输入输出接口

4路射频通过N型连接器电缆与天线连接，20 MHz参考时钟通过SMA连接器从基准源输入，接收通道的数字I／Q信号以光纤形式通过光铰链传送到信号处理器，同时信号处理器通过光铰链把波形控制参数等信息送入各个DAM，FPGA编程端口选用J45P连接器。

1.3 轻小化设计

某米波雷达收发分系统共有100个DAM组件，全部安装在天线阵面上，轻小化设计非常重要。故从几个方面采取措施，以达到轻小化设计的目的。

1.3.1 合理布局，减小体积

1个DAM内需集成4通道发射和8通道接收，同时每个通道的2个收发开关、1个极化开关和2个大功率射频滤波器也需集成在内。如果按照上述原理进行结构布局，DAM模拟前端通道尺寸偏大，故协同电讯设计师将相同种类的模块进行合并设计，同时将2个大功率滤波器进行集成设计，以减少模块体积，最终达到减小DAM体积的目的。

1.3.2 壳体轻小化设计

DAM壳体是组件的主体，全部模块、机械和电讯内外接口均安装在其上面，内部模块安装腔体、模块固定螺纹孔数量众多，壳体中间还须加工液冷通道，采用薄壁结构是实现轻小化设计的必经之路。在满足组件刚度、强度的前提下，尽量减少盒体的壁厚，最薄处的壁厚为1mm，需要在薄壁上打螺纹孔的地方，采用凸台结构（纵深凸台）；中间大面积夹层的壁厚为1mm，在适当的位置增加加强筋。薄壁壳体材料的选取除满足刚度、强度及可焊性外，还要满足电性能要求、易加工及众多螺纹孔反复装拆的可靠性，综合考虑选用5A06铝合金。

1.3.3 一体化设计

轻小化DAM组件的模块布局、安装固定、线路连接、电磁屏蔽和密封防护等设计统筹一体考虑。从DAM内部众多模块可以看出，内部模块的体积和重量轻小化设计是容易忽略的地方，特别是外协或外购模块。

1.4 密封防护设计

DAM安装在箱体内，有箱体初步的防护，避免了直接面对雨淋和阳光暴晒，因此组件设计主要是满足和达到一定相对湿度的湿热环境要求即可，故而按防淋型密封设计。外壳与盖板之间的密封如图1所示。

图1 外壳与盖板之间的密封

外壳与盖板之间的密封材料选用导电橡胶绳，可以提高其防水设计性能，导电橡胶压缩时靠其回弹力来密封，导电橡胶具有普通橡胶的密封性能，还具有对电磁波的屏蔽作用，因此，既能密封又能满足电磁兼容性要求。根据橡胶材料和螺钉的特性，结合组件壳体电磁兼容要求，计算出需要的盖板螺钉数量。盖板螺钉均匀布局，优先选用不锈钢材质的紧固件，确保盖板和外壳接触面紧密配合。对于与密封组件内部腔体相连的电连接器，接口处也需密封防护设计，因此，选择选具有防水密封功能的连接器。

1.5 电磁兼容性设计

DAM将模块、电缆和微带板等众多单元组件集中于一个较小的空间内，需要完成收、发和幅相调整控制等功能，大小信号之间、高低频信号之间、信号与电源之间极易产生相互干扰。因此，电磁兼容性设计的目的是解决每路通道之间的相互干扰、DAM自身不受干扰及不干扰其他器件的问题，故采取了以下措施:

a.为避免4路收发通道相互干扰，4路之间均用1mm隔筋分开，用隔筋和盖板将每个通道封闭成相对独立的腔体。

b.在4路驱动功放模块上单独增加小盖板。

c.在可能电磁泄露的重要地方增加螺钉数量。

d.增加导电橡胶绳，改善盖板与外壳的配合。

盖板与外壳的结构设计采用了高导电率的铝合金作为基体，并采用嵌入式盖板结构，螺钉固定，壳体导电氧化，保证了屏蔽体的高导电性，同时加上导电橡胶绳的辅助屏蔽作用，使整个结构能形成一个连续封闭的导电屏蔽体。

所用器件都采用导电氧化等处理措施，可以保证器件与其他零件固定时导电性不被破坏，有的器件还设计了专门的结构保证可靠接地。

连接器均选用不锈钢材料，既保证良好的导电性又具有良好的耐腐蚀能力。电源连接器选用具有滤波功能的型号，电缆具有屏蔽层，使外界电磁脉冲不会通过耦合进入屏蔽体，对电子线路产生干扰。

2 散热设计

DAM组件的主要功率热耗散是4路功放模块，每路驱动功放工作时热耗60W，末级功放工作时热耗270W，整个功放模块发热功率1320 W。当环境温度为50℃时，要求壳体温度≤70℃。由于DAM中的热耗很大，无法采用风冷方案，故采用液冷方式进行散热。同时，由于收发系统设备量大，为有效地降低元器件的失效率，提高收发系统的MTBF值，将DAM内的最高壳体温度设计为69.7℃。水道布局如图2所示。

图2 水道布局

3 结束语

DAM内部模块众多，而一部雷达所需的DAM数量众多，因此，须重点考虑其轻小化及电磁兼容设计。该DAM的功放模块热耗很大，合理的散热设计也非常重要。工程实践表明，雷达的DAM结构满足使用要求。

［1］张卫清，谭剑美，陈 菡.DDS在数字阵列雷达中的应用［J］.雷达科学与技术，2008，6（6）:467－471.

［2］陈兴国，刘建勇.数字阵列技术的研究［J］.硅谷，2012，（9）:98－100.

［3］吴曼青.数字阵列雷达的发展与构想［J］.雷达科学与技术，2008，6（6）:401－405.

［4］徐海洲，吴曼青.数字阵列雷达系统［J］.合肥工业大学学报（自然科学版），2008，31（5）:718－720.

［5］刘晓政，陈荣兆，陶玉龙，等.一种C波段数字阵列模块设计与研究［J］.中国电子科学研究院学报，2012，7（3）:318－321.