某毫米波雷達天線系統(tǒng)結構設計與分析

李增科　張曉沖　趙望　董長勝　金立斌

【摘 要】毫米波天線是雷達等現(xiàn)代化設備發(fā)射和接受信息的核心部分，因而對毫米波天線的系統(tǒng)要求非常高。論文敘述了某毫米波雷達天線系統(tǒng)結構設計方案，并分別從剛性和強度進行分析驗證，確認天線系統(tǒng)的安裝情況，以期能夠為后來的毫米波雷達天線系統(tǒng)的結構設計提供一些有效的參考。

【Abstract】Millimeter wave antenna is the core part of transmitting and receiving information of modern equipment such as radar， so the requirement of millimeter wave antenna system is very high. This paper describes the design scheme of a millimeter wave radar antenna system structure， and analyzes and verifies the installation of the antenna system from the aspects of rigidity and strength respectively， so as to provide some effective references for the structural design of millimeter wave radar antenna system.

【關鍵詞】毫米波雷達;天線系統(tǒng);結構設計;仿真分析

【Keywords】 millimeter wave radar; antenna system; structural design; simulation analysis

【中圖分類號】TN9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2019）06-0156-02

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(yōu)點，在當今時代有著極為重要的意義。而天線系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)按照其設備組成模塊的功能可分為陣列收發(fā)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(tǒng)僅電源和數(shù)字收發(fā)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(lián)設計

現(xiàn)如今，多級射頻盲配互聯(lián)技術已經(jīng)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(tǒng)的設計當中，從而提高整個天線系統(tǒng)的連接性和可靠性，還能極大地降低整個天線系統(tǒng)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(wǎng)絡之間的射頻互聯(lián)結構，通過不斷優(yōu)化整個天線系統(tǒng)的結構形式，進而實現(xiàn)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(tǒng)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(shù)量，進而有效地減少整個天線系統(tǒng)的空間尺寸和整體重量。這種設計的根據(jù)是天線系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的重量和尺寸，又能保證整個天線系統(tǒng)的整體結構的穩(wěn)定性和可靠性。

2.4 輕量化設計

一般來說，毫米波天線系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)指標要求的結構設計，還可以采用其他辦法進行天線系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)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(shù)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(zhì)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(tǒng)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(tǒng)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(tài)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(tǒng)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(tǒng)在使用過程中的變形情況。天線反射面在靜態(tài)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(xiàn)誤差。這個誤差雖然可以在天線系統(tǒng)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(nèi)。

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(shù)量，又能極大地降低天線系統(tǒng)整體的重量，使其可以滿足毫米波雷達天線系統(tǒng)的指標要求。在完成設計之后，設計師需要對雷達天線系統(tǒng)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。

【參考文獻】

【1】李科選，王美焰，孫浩，等.某型雷達數(shù)字陣列模塊結構設計與分析[J].機械與電子，2018，36（10）：27-30.

【2】呂慎剛，趙春林.盲配互連設計在T/R組件中的應用[J].電子機械工程，2014，30（6）：19-21+26.