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

（1.中華通信系統(tǒng)有限責(zé)任公司河北分公司，石家莊050081；2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所,石家莊050081）

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。