張瑞玨 趙克俊 鄭建超 王向偉

摘 要：隨著雷達(dá)技術(shù)的飛速發(fā)展，雷達(dá)系統(tǒng)對作為發(fā)射和接收電磁波主體的天線系統(tǒng)提出了更高的要求。某新型機(jī)動式雷達(dá)天線具有陣面尺寸小、設(shè)備高度集成、抗風(fēng)載荷能力要求高以及機(jī)動時間要求比較短等特點(diǎn)，文章通過對于該天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，縮短了研制周期，達(dá)到了指標(biāo)要求。

關(guān)鍵詞：波導(dǎo)裂縫陣；天線；骨架

1 概述

波導(dǎo)裂縫陣天線作為天線的一種已經(jīng)在多種雷達(dá)系統(tǒng)中廣泛使用[1]。波導(dǎo)裂縫陣天線的陣面口徑電場幅度和相位分布能精確地控制，且波導(dǎo)傳輸功率容量大，損耗小，因而容易實現(xiàn)高增益、低副瓣、窄波束的要求，同時這種天線體積小，僅為相應(yīng)反射面天線的1/5～1/10，故能便于作為機(jī)載雷達(dá)天線陣面彈載雷達(dá)天線陣面和各種機(jī)動式雷達(dá)的天線陣面。

2 天線的布局組成

對于天線的主要組成部分波導(dǎo)裂縫陣面來說，其天線陣面的平面度影響著天線的增益、副瓣、指向精度等電氣指標(biāo)，是天線結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要指標(biāo)，而波導(dǎo)裂縫陣本身沒有足夠的剛性，所以天線陣面平面度主要依靠其載體天線框架的剛性來保證。因此波導(dǎo)裂縫陣列天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要在于天線框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計。我們首先首先根據(jù)總體要求排列波導(dǎo)裂縫陣列，從而確定天線骨架的外形尺寸。初步選取天線骨架材料，再根據(jù)載荷要求及支撐條件進(jìn)行詳細(xì)的力學(xué)計算，從而最終確定天線骨架的結(jié)構(gòu)形式[2]。

如圖1所示，我們設(shè)計的天線陣面以天線骨架為主體。裂縫波導(dǎo)，饋電波導(dǎo)，負(fù)載等以天線骨架為依托，有效集成于一體，剛強(qiáng)度良好，天線電口徑能有效保證，同時將雷達(dá)前端包括信號處理模塊，波束控制模塊，T/R組件，電源等集成到天線骨架背板上，有利于雷達(dá)整體防護(hù)，也有利于環(huán)控措施處理。T/R就近布置于天線電接口處，減少了電訊損耗。

圖1 天線整體布局

天線陣面背部內(nèi)安裝有大量的電子設(shè)備，天線陣面結(jié)構(gòu)設(shè)計既要考慮這些電子設(shè)備的布局，安裝，走線，維修等要求，同時也要使天線結(jié)構(gòu)具有足夠的剛強(qiáng)度，滿足雷達(dá)電性能指標(biāo)以及使用環(huán)境的需求，如圖2所示為天線骨架背部設(shè)計圖。

圖2 天線骨架背部設(shè)計

3 天線風(fēng)載荷分析

圖3 天線受力圖

天線所受的載荷很多，大致有以下幾種類型：風(fēng)力、裹冰及積雪載荷、天線運(yùn)動時的慣性載荷、自重、溫度載荷及其他載荷等。對于我們設(shè)計的機(jī)動式雷達(dá)來說由于其獨(dú)有的特性，考慮到天氣因素和工作環(huán)境，因此在進(jìn)行天線的載荷分析時，只考慮風(fēng)力載荷對天線的影響[3]。如圖3所示，當(dāng)設(shè)備在生存風(fēng)速下時校核雷達(dá)的穩(wěn)定性，此時設(shè)備的總迎風(fēng)面積包括天線和車輛單元之和[4]，最大風(fēng)阻力系數(shù)取Cx=1.4，風(fēng)速v=25m/s。

天線所受風(fēng)力為：

F天線風(fēng)=Cx·q·A天線=2186.6N

風(fēng)力所產(chǎn)生的傾覆力矩為：

M風(fēng)=F天線風(fēng)×1.824=3988.4N·m

重力相對于三角架的重力矩為：

M=G×0.74=364.78N·m

因需要重力矩大于風(fēng)力矩，即

M>M風(fēng)

所以可以計算出配重為：

G配>（M風(fēng)-M）/（0.299×10）=（3988.4-364.78）/2.99=1211.9kg

4 結(jié)束語

機(jī)動式雷達(dá)天線由于體積小，設(shè)備高度集成、因此該天線的設(shè)計采用集成的設(shè)計理念和方法。在設(shè)計中CAD、ProE等設(shè)計軟件綜合使用、反復(fù)優(yōu)化，及時對設(shè)計進(jìn)行力學(xué)仿真和熱分析，同時在設(shè)計過程中優(yōu)化考慮可制造性，大大降低后期制造難度。通過對該天線結(jié)構(gòu)設(shè)計時所進(jìn)行的穩(wěn)定性分析計算表明，該天線結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性滿足了設(shè)計要求，并且通過了工廠鑒定有關(guān)試驗的驗證，可以滿足多種機(jī)動式雷達(dá)的應(yīng)用需求。

參考文獻(xiàn)

[1]張雪芹.雷達(dá)信號的光匯流環(huán)傳輸技術(shù)[J].火控雷達(dá)技術(shù)，2001，3：57-60.

[2]R.S.Elliott.The Design of Waveguide-Fed Slot Ar-rays[M].Antenna Handbook，New York Van Nos-trand Reinhold，1988.

[3]段寶巖.天線結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化與測量[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1998.

[4]房建斌.機(jī)動式車載雷達(dá)穩(wěn)定性設(shè)計分析[J].電子機(jī)械工程，2004，20（1）：24-26.