某毫米波雷達天線系統結構設計與分析

李增科，張曉沖，趙望，董長勝，金立斌

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

1 引言

毫米波雷達有著雷達波束窄、角分辨力高、頻帶寬、隱蔽性好、抗干擾能力強、體積小、重量輕等優點，在當今時代有著極為重要的意義。而天線系統作為雷達的核心部分，其結構設計決定了整個雷達的整體性能和可靠性。所以為了保證整個天線系統的設計能夠正常有效的運行，對整個設計進行事前分析是必不可少的。

2 結構設計

2.1 集成架構設計

一般來說，天線系統按照其設備組成模塊的功能可分為陣列收發單元和綜合處理單元。在進行集成架構設計時，兩個單元資源可采用電纜進行連接，讓天線系統僅電源和數字收發2個功能模塊具有外接口，這種集成架構設計可增加雷達的機動性能[1]。

2.2 多級射頻盲配互聯設計

現如今，多級射頻盲配互聯技術已經被廣泛地應用在各種高密度的集成設備當中，這種技術也同樣可以應用在毫米波雷達天線系統的設計當中，從而提高整個天線系統的連接性和可靠性，還能極大地降低整個天線系統的結構尺寸、重量和插損。這種設計是使用天線陣面和TR組件之間、TR組件和功分組件網絡之間的射頻互聯結構，通過不斷優化整個天線系統的結構形式，進而實現各級模塊之間的射頻連接[2]。

2.3 功能結構一體化設計

如果在天線系統的設計當中采用了功能結構一體化設計技術，可以有效地減少零部件的使用數量，進而有效地減少整個天線系統的空間尺寸和整體重量。這種設計的根據是天線系統的天線陣面一般采用鋁合金制作而成，其有著良好的結構支持能力，所以既可以作為功能模塊，也可以作為結構模塊。不過若是使用了這種設計，整個天線系統的各個功能模塊的外部接口就需要進行一體化設計，并將其相互固定，這也才能保證整個設計的結構既能減少天線系統的重量和尺寸，又能保證整個天線系統的整體結構的穩定性和可靠性。

2.4 輕量化設計

一般來說，毫米波天線系統的重量設計指標都很低，因此需要通過各種措施來使天線系統的整體重量和尺寸都滿足于指標的要求，除了上述的幾種可以滿足天線系統指標要求的結構設計，還可以采用其他辦法進行天線系統輕量化。這種設計在具體實施過程中可以在功能模塊中采用強度高但密度低的材料，如鋁合金。另外，在滿足整體結構的剛度和強度的前提下，課程通過降低外殼、地板的結構部件的厚度或者制作減重孔的方式來實現整個天線輕量化的設計。

2.5 可制造性設計

在整個天線系統當中，天線陣面的整體結構復雜，陣面面積大、厚度大、對于精度的要求也非常高，如果直接采用線切割方式進行加工，普通的數控機很難完成。所以為了保證天線陣面的制造工藝和結構強度，可以將整個天線陣面設計成多層拼裝的形式，有需要時再進行拼裝焊接。這種制造設計方式既能保證天線陣面的整體加工質量，又能降低天線陣面的加工成本，是一種性價比非常高的設計方式。

3 雷達天線系統的結構分析

3.1 強度分析

所謂結構的強度分析，就是指天線系統整個設計中所使用的構件在載荷作用下的抵抗破壞的能力。一般來說，只要結構在載荷作用下的工作應力小于許用應力，那么就可以認為構件的結構滿足強度要求，但因為構件的工作狀態有多種，所有在進行構件強度計算時一般都是找出所有工況中的最大應力值，控制最大應力值小于許用應力值便可。

3.2 剛度分析

天線系統的剛度分析，就是指構件在外力作用下的抵抗變形的能力。在整個天線結構的設計中，剛性能力的好壞決定著天線系統在使用過程中的變形情況。天線反射面在靜態變形和制造誤差的共同影響下，其實際值與設計的理論值可能會出現誤差。這個誤差雖然可以在天線系統設立之時消除一部分，但也不能完全消除，所以在設計時，一定要保證天線的反射面的均方根控制在一定范圍內。

4 結語

對雷達的天線結構進行設計，采用了前文中所提到的幾種設計辦法后，既能夠減少零部件和電纜的使用數量，又能極大地降低天線系統整體的重量，使其可以滿足毫米波雷達天線系統的指標要求。在完成設計之后，設計師需要對雷達天線系統的強度和剛度進行綜合分析，以保證后期建設時雷達能夠正常使用。