某雷达天线结构设计中模块化的应用

张燕 陕西省产品质量监督检验研究院

一、前言

在设计雷达天线的过程中天线的模板应当依据整机振动的情况进行设计，某机载雷达天线结构设计的过程中把天线振动条件分解，然后得出了各个模板振动相应的条件，这可以为后来各模板的结构设计提供到一定的帮助。

二、雷达天线结构的概况

天线结构属于大型精密点子机械之一，同一般工程节后存在差异，其在设计方面的要求比较特殊，天线性能的要求就是设计时一定要考虑的因素。因此，如何科学地设计天线结构是工程界十分关注的问题。天线结构设计涉及多个学科。天线结构的力学分析是其中的一个主要方面。近年来，当前雷达工业的快速发展，对高精度天线的要求越来越高，对天线精度和结构分析提出了更高的要求，由于有限元分析的诞生，由于其强大的适应性和高计算效率，因此它已广泛用于工程。当前计算机技术的开发和应用，各种结构分析软件当前时间的需求而出现，具有高分分析准确性和强化预处理和后处理能力，这对于对大型结构的分析非常有效。

三、结构设计

在设计空气雷达天线的结构时，它不会影响飞机本身的性能，也不会受到飞机飞行状态的变化的影响，这需要空气雷达天线的设计光设计来注意天线结构的设计光设计，强度和振动隔离。空气传播的二维相位阵列天线主要由微波系统，伺服驱动器，前端，扫描仪后端等组成，依此类推前端安装框架，后端安装框架由前端安装框架组成。前端安装框架和后端安装框架用于正交单耳结构。通过这种设计，消除的问题解决了天线安装中载波的两个耳之间的间隙，并且天线单元的安装难度降低。作为微波系统的主要器件，微波系统模块的电气连接，微波系统模块的电气连接和液压连接，对微波系统的结构刚度提出了很高的要求，在微波系统的结构设计中，采用轻质高强度增强型铝合金材料作为结构件[2]。当微波系统的重量较轻时，提高了天线结构的刚度和强度。天线框架是整个天线单元的主要部分，也是天线阵列的精度的保证。天线框架由前端框架，后端框架，上框架，柱，前盖和天线阵列组成。为了将天线单元安装空间和安装质量的要求提升，除了天线框架设计的轴承功能之外，天线单元的通信功能也是影响因素之一。利用天线单元的结构，对天线集成进行调整，并且天线单元的安装空间减小，才可以实现了天线单元的轻质设计。在天线单元的结构和功能的集成设计中，主要使用以下措施：1.天线阵列与天线框架集成。天线阵列不仅满足电信的要求，而且它变成了载体组件；2.框架和液体冷却管的整体设计，下框架不仅携带部件，而且还有液体冷却主管；3.框架和盲转换板的整体设计，这不仅是携带部件，还具有液体冷却主管，还具有适配器板插入可伸缩阵列模块（SAM）集成接收器，如盲电连接器模块，缩短接收器和天线之间的互连电缆，从而降低了系统的信号损耗，并实现了雷达系统的轻质设计[3]。

四、设计天线阵面总体模块

雷达中核心部分之一就是重要的相控阵雷达天线。电气性能就是通过相控阵雷达来实现的。当前雷达天线增益和分辨率要求的不断提高，雷达天线的辐射表面直径，设备数量和功耗，某个源相控阵雷达天线的辐射表面尺寸较大，这是11600mm×1720mm，包括辐射天线，收发器模块，延迟模块，功率分配器，波控模块，电源模块和热管组件。设备支架是整个雷达结构的最复杂部分。雷达天线的模块化设计是基于整体技术要求和设计规范。采用模块化设计技术可以有效的提高到了天线阵列的结构刚度和强度，并减小天线阵列的角度。当卫星在轨道上发射时，通过展开机构展开四个侧板天线在载体舱的Z端面上，以形成完整的相控阵雷达天线。在本文中，给出了由部署机构的四个侧板天线组成的有源相控阵雷达天线的原理图，结构设计是一个复杂的系统工程。除了考虑卫星发射负载要求外，还考虑了机构设计的复杂性和可靠性。天线的四个边通过模块化设计。在模块中，每个侧面面板天线模块（每个）具有相同的功能和电能[4]。考虑天线，运输，设定，维护和其他方面的综合要求。安装界面由模块组成，内部单位安装的数量完全相同，高频电缆模块的侧面板，侧板低频电缆模块，伸缩机构模块等，从而将产品设计速度提高且将产品开发时间减短。

五、概述大模块侧板天线结构

按照雷达总体技术要求和设计规范，划分了相控辐射天线阵大模块（侧板天线）的概念和规划，并结合相控辐射天线的结构设计特点，如，大量单机具有相同的功能和相似的结构，且多采用电缆连接，将单个天线阵组合并分为四个侧板天线。为可以使侧板天线更加紧凑，将天线阵分为四个部分。侧面板天线中的单个单元采用三明治式布局，即集成天线模块组装在天线架的前侧，电源模块，波控模块，高频电缆和低频电缆安装在背面，天线框架位于中间，天线阵列厚度小于100毫米。侧板天线吊装界面与工具界面一致。天线框架由高模量碳纤维复合材料制成，这提高了侧板天线阵列的刚度和强度，有效地降低了天线框架的重量，优化了每个单机的界面，并确保了每个机器配备可靠且扩展的设备接口，用于天线阵列组合，例如有源相控雷达天线。伸缩机构用于实现天线阵列的折叠和展开，为可以解决大量单机和许多电缆连接的问题，设计了弹片的集成天线模块的结构。按照相控雷达天线的功能和电缆连接的拓扑结构，前六个项目由相位雷达天线结构组成，然后组合到集成天线中。它由120个集成的天线模块组成。在模 块布局设计中，集成天线模块中的单个收发器模块使用双通道集成设计，盲匹配技术用于连接辐射天线以减少电缆连接和Z方向厚度激励功率分配器和校准功率分配器在合成中。设计为减少各种机器辐射天线结构的结构，才可以有效的减轻到了重量和改善刚度。

六、在雷达设计中的应用

（一）雷达天线设计

雷达系统的发展涉及到两类电磁问题：一类是电磁问题，即电磁波在相对封闭的区域受到金属或介质边界的约束，如滤波器、环行器、传输线传输馈线系统和无源网络，包括连接器等；另一个是外部问题，即电磁辐射和散射。电磁辐射问题包括天线、天线罩和天线布局的分析和设计，对于机载，导弹和船载平台，重要的是分析平台对雷达天线的影响以及多天线系统之间的电磁兼容性。电磁波散射涉及雷达天线雷达横截面的分析和设计，这对于隐身雷达非常重要。天线是能量转换器，其将传输在传输线上传播的波导转换为在自由空间中传播的电磁波。它是电路和雷达系统之间的接口窗口。当前雷达技术的不断发展，阵列天线是当前雷达天线的主要设备，同时也使得其设计思路和方法出现了变化。当前计算机技术和电磁计算方法的发展，雷达天线的设计越来越依赖于电磁仿真工具。阵列天线不同于孤立天线单元。孤立天线单元是指按照一定的规则在直线、平面、曲面或三维任意位置上随机排列的若干相同的天线单元，或随机实现波束扫描和波束形成、零点产生、旁瓣抑制等多种功能，阵列天线的设计是一个复杂的优化问题吗，天线的精确分析是优化设计的前提。

（二）馈线及微波网络设计

进料器和微波网络是从天线或从天线到接收器的发送器到雷达信号的传输路径。通常包括被动微波网络，例如阻抗转换器，电源分配器和循环器，必须通过电磁完成计算是电磁场中的一个问题。除了用于微波装置的情况下，进料器和微波网络的结构通常是非常好的，例如，用于通过谐振器操作的过滤器，或者在腔体中的一些频率功率分频器，可能存在共振，因此有必要准确地计算谐振电磁中的结构。

七、结束语

由上可知，在设计雷达天线的过程中天线的模板应当依据整机振动的情况进行设计，某机载雷达天线结构设计的过程中把天线振动条件分解，然后得出了各个模板振动相应的条件，为后来各模板的结构设计提供到一定的帮助。