某機動式雷達天線的結構設計

張瑞玨 趙克俊 鄭建超 王向偉

摘 要：隨著雷達技術的飛速發展，雷達系統對作為發射和接收電磁波主體的天線系統提出了更高的要求。某新型機動式雷達天線具有陣面尺寸小、設備高度集成、抗風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結構的優化設計，縮短了研制周期，達到了指標要求。

關鍵詞：波導裂縫陣；天線；骨架

1 概述

波導裂縫陣天線作為天線的一種已經在多種雷達系統中廣泛使用[1]。波導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，且波導傳輸功率容量大，損耗小，因而容易實現高增益、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，是天線結構設計的主要指標，而波導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。因此波導裂縫陣列天線的結構設計主要在于天線框架的結構設計。我們首先首先根據總體要求排列波導裂縫陣列，從而確定天線骨架的外形尺寸。初步選取天線骨架材料，再根據載荷要求及支撐條件進行詳細的力學計算，從而最終確定天線骨架的結構形式[2]。

如圖1所示，我們設計的天線陣面以天線骨架為主體。裂縫波導，饋電波導，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

天線陣面背部內安裝有大量的電子設備，天線陣面結構設計既要考慮這些電子設備的布局，安裝，走線，維修等要求，同時也要使天線結構具有足夠的剛強度，滿足雷達電性能指標以及使用環境的需求，如圖2所示為天線骨架背部設計圖。

圖2 天線骨架背部設計

3 天線風載荷分析

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境，因此在進行天線的載荷分析時，只考慮風力載荷對天線的影響[3]。如圖3所示，當設備在生存風速下時校核雷達的穩定性，此時設備的總迎風面積包括天線和車輛單元之和[4]，最大風阻力系數取Cx=1.4，風速v=25m/s。

天線所受風力為：

F天線風=Cx·q·A天線=2186.6N

風力所產生的傾覆力矩為：

M風=F天線風×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力矩，即

M>M風

所以可以計算出配重為：

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

4 結束語

機動式雷達天線由于體積小，設備高度集成、因此該天線的設計采用集成的設計理念和方法。在設計中CAD、ProE等設計軟件綜合使用、反復優化，及時對設計進行力學仿真和熱分析，同時在設計過程中優化考慮可制造性，大大降低后期制造難度。通過對該天線結構設計時所進行的穩定性分析計算表明，該天線結構設計安全性滿足了設計要求，并且通過了工廠鑒定有關試驗的驗證，可以滿足多種機動式雷達的應用需求。

參考文獻

[1]張雪芹.雷達信號的光匯流環傳輸技術[J].火控雷達技術，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.天線結構分析優化與測量[M].西安：西安電子科技大學出版社，1998.

[4]房建斌.機動式車載雷達穩定性設計分析[J].電子機械工程，2004，20（1）：24-26.