張瑞玨 趙克俊 鄭建超 王向偉

摘 要：隨著雷達技術(shù)的飛速發(fā)展，雷達系統(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。某新型機動式雷達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動時間要求比較短等特點，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，達到了指標要求。

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，故能便于作為機載雷達天線陣面彈載雷達天線陣面和各種機動式雷達的天線陣面。

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，是天線結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要指標，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行詳細的力學(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)，負載等以天線骨架為依托，有效集成于一體，剛強度良好，天線電口徑能有效保證，同時將雷達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，有利于雷達整體防護，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)具有足夠的剛強度，滿足雷達電性能指標以及使用環(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)計的機動式雷達來說由于其獨有的特性，考慮到天氣因素和工作環(huán)境，因此在進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，當設(shè)備在生存風(fēng)速下時校核雷達的穩(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

機動式雷達天線由于體積小，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，可以滿足多種機動式雷達的應(yīng)用需求。

參考文獻

[1]張雪芹.雷達信號的光匯流環(huán)傳輸技術(shù)[J].火控雷達技術(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.機動式車載雷達穩(wěn)定性設(shè)計分析[J].電子機械工程，2004，20（1）：24-26.