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        某雷達天線結(jié)構(gòu)設計中模塊化的應用

        2021-01-15 19:45:15張燕陜西省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院
        環(huán)球市場 2021年28期
        關鍵詞:結(jié)構(gòu)設計結(jié)構(gòu)設計

        張燕 陜西省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院

        一、前言

        在設計雷達天線的過程中天線的模板應當依據(jù)整機振動的情況進行設計,某機載雷達天線結(jié)構(gòu)設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的條件,這可以為后來各模板的結(jié)構(gòu)設計提供到一定的幫助。

        二、雷達天線結(jié)構(gòu)的概況

        天線結(jié)構(gòu)屬于大型精密點子機械之一,同一般工程節(jié)后存在差異,其在設計方面的要求比較特殊,天線性能的要求就是設計時一定要考慮的因素。因此,如何科學地設計天線結(jié)構(gòu)是工程界十分關注的問題。天線結(jié)構(gòu)設計涉及多個學科。天線結(jié)構(gòu)的力學分析是其中的一個主要方面。近年來,當前雷達工業(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,由于其強大的適應性和高計算效率,因此它已廣泛用于工程。當前計算機技術的開發(fā)和應用,各種結(jié)構(gòu)分析軟件當前時間的需求而出現(xiàn),具有高分分析準確性和強化預處理和后處理能力,這對于對大型結(jié)構(gòu)的分析非常有效。

        三、結(jié)構(gòu)設計

        在設計空氣雷達天線的結(jié)構(gòu)時,它不會影響飛機本身的性能,也不會受到飛機飛行狀態(tài)的變化的影響,這需要空氣雷達天線的設計光設計來注意天線結(jié)構(gòu)的設計光設計,強度和振動隔離。空氣傳播的二維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)設計中,采用輕質(zhì)高強度增強型鋁合金材料作為結(jié)構(gòu)件[2]。當微波系統(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)設計。在天線單元的結(jié)構(gòu)和功能的集成設計中,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)了雷達系統(tǒng)的輕質(zhì)設計[3]。

        四、設計天線陣面總體模塊

        雷達中核心部分之一就是重要的相控陣雷達天線。電氣性能就是通過相控陣雷達來實現(xiàn)的。當前雷達天線增益和分辨率要求的不斷提高,雷達天線的輻射表面直徑,設備數(shù)量和功耗,某個源相控陣雷達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。設備支架是整個雷達結(jié)構(gòu)的最復雜部分。雷達天線的模塊化設計是基于整體技術要求和設計規(guī)范。采用模塊化設計技術可以有效的提高到了天線陣列的結(jié)構(gòu)剛度和強度,并減小天線陣列的角度。當衛(wèi)星在軌道上發(fā)射時,通過展開機構(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雷達天線。在本文中,給出了由部署機構(gòu)的四個側(cè)板天線組成的有源相控陣雷達天線的原理圖,結(jié)構(gòu)設計是一個復雜的系統(tǒng)工程。除了考慮衛(wèi)星發(fā)射負載要求外,還考慮了機構(gòu)設計的復雜性和可靠性。天線的四個邊通過模塊化設計。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]。考慮天線,運輸,設定,維護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,伸縮機構(gòu)模塊等,從而將產(chǎn)品設計速度提高且將產(chǎn)品開發(fā)時間減短。

        五、概述大模塊側(cè)板天線結(jié)構(gòu)

        按照雷達總體技術要求和設計規(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)設計特點,如,大量單機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合材料制成,這提高了側(cè)板天線陣列的剛度和強度,有效地降低了天線框架的重量,優(yōu)化了每個單機的界面,并確保了每個機器配備可靠且擴展的設備接口,用于天線陣列組合,例如有源相控雷達天線。伸縮機構(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和許多電纜連接的問題,設計了彈片的集成天線模塊的結(jié)構(gòu)。按照相控雷達天線的功能和電纜連接的拓撲結(jié)構(gòu),前六個項目由相位雷達天線結(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計,盲匹配技術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功率分配器在合成中。設計為減少各種機器輻射天線結(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、在雷達設計中的應用

        (一)雷達天線設計

        雷達系統(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,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計,對于機載,導彈和船載平臺,重要的是分析平臺對雷達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天線雷達橫截面的分析和設計,這對于隱身雷達非常重要。天線是能量轉(zhuǎn)換器,其將傳輸在傳輸線上傳播的波導轉(zhuǎn)換為在自由空間中傳播的電磁波。它是電路和雷達系統(tǒng)之間的接口窗口。當前雷達技術的不斷發(fā)展,陣列天線是當前雷達天線的主要設備,同時也使得其設計思路和方法出現(xiàn)了變化。當前計算機技術和電磁計算方法的發(fā)展,雷達天線的設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排列的若干相同的天線單元,或隨機實現(xiàn)波束掃描和波束形成、零點產(chǎn)生、旁瓣抑制等多種功能,陣列天線的設計是一個復雜的優(yōu)化問題嗎,天線的精確分析是優(yōu)化設計的前提。

        (二)饋線及微波網(wǎng)絡設計

        進料器和微波網(wǎng)絡是從天線或從天線到接收器的發(fā)送器到雷達信號的傳輸路徑。通常包括被動微波網(wǎng)絡,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,進料器和微波網(wǎng)絡的結(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,在設計雷達天線的過程中天線的模板應當依據(jù)整機振動的情況進行設計,某機載雷達天線結(jié)構(gòu)設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的條件,為后來各模板的結(jié)構(gòu)設計提供到一定的幫助。

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