某車載雷達天線陣面結構設計及仿真分析

摘 要：針對某車載雷達的高機動效能的需求，天線陣面采用模塊化和集成化設計，為天線陣面的結構設計提供了一種新的思路。文中建立了天線骨架的有限元模型，針對工作、運輸兩種狀態進行力學分析，研究結果表明，天線陣面結構具有較好的剛強度，在各工況下均能滿足電訊提出的精度指標要求。

關鍵詞：模塊化;集成設計;盲插互連;有限元;剛強度

0引言

天線陣面結構是雷達結構的核心設備，其設計的關鍵是針對結構總體布局特點，實現天線陣面各設備合理布局，并確保天線具有良好的剛強度、環境適應性和維修性。天線陣面通常由天線單元、收發組件、電源組件、負載組件、液冷管網、為設備提供安裝空間及承受載荷的天線骨架等組成。其中收發組件、電源組件、負載組件之間需要實現快速連接，可以使天線陣面獲得更高的集成度，可以提高陣面空間的利用率，簡化陣面設備的維修、更換過程;同時各組件采用獨立的盲配背板，電、液連接器布置在同一塊背板上，可以保證組件與背板的盲插精度，將對精度有較高要求的盲配連接集中在各組件和獨立的盲配板上，從而降低對整個天線骨架加工精度的要求。液冷管網與天線骨架一體化設計，整體焊接后加工成型，保證了位置精度同時簡化了陣面裝配過程。

1天線陣面布局

天線陣面由天線單元、反射板、收發組件、電源組件、負載組件等設備組成，天線單元布置在陣面的前部，陣面設備布置在陣面的后部背箱內，天線單元與陣面設備、各陣面設備之間通過盲配板實現互連，陣面的液冷管網集成在背箱內，背箱兩側分別布置一供、一回兩根液冷管路。盲配板安裝在液冷管網的供、回液管路上，盲配板與管路之間加裝O型密封圈實現密封。對收發組件、電源組件、負載組件等陣面設備進行統型設計，將天線骨架分割成多個獨立的艙室，各艙室放置若干個陣面設備，艙室側邊設有維修門，用于設備的更換和維修。

收發組件、電源組件、負載組件等陣面設備統型設計，組件兩側設有導軌，前部裝有把手和助推/助拔器實現組件的快速插拔和固定，電、液連接器布置在組件末端，同時末端設有兩個定位銷，用于組件與盲配背板的盲插定位。

2天線骨架結構設計

根據天線陣面布局，天線骨架的主體采用框架式結構形式，由5A06鋁板焊接而成，綜合考慮結構特點和承載要求將天線骨架的前部作為承載主體。將天線骨架拆分為前部框架和兩個背箱共三個焊接部件，各部件分別焊接完成后再拼焊成型。前部框架作為天線陣面與轉臺的安裝接口，承載整個陣面的載荷，為提高框架的剛強度，設計時采用縱橫交錯的工字梁拼焊，工字梁由整板加工而成，這樣極大的減少了焊縫長度，避免了焊接變形過大等問題，提高了框架的剛強度。

背箱作為陣面設備的主要安裝空間，安裝接口多、加工精度要求高。背箱采用鋁板拼焊，背箱內部沿橫向設有筋板增加結構穩定性，背箱兩側開窗，用于安裝可拆卸的維修門和維修蓋板，這樣既保證背箱內部的加工可達性，又保證了內部設備的維修性。液冷管網的供、回液管路布置在背箱的兩側，既作為設備的安裝接口，又對整個骨架的剛強度起到加強的作用。骨架內部導槽等結構件單獨加工完成后與骨架主體進行螺接，縮短了項目的加工周期，節約成本。

3天線陣面力學分析

結構力學剛度設計要滿足電性能對結構剛度設計要求，依據三維模型，建立對應有限元分析模型，其中天線骨架采用殼單元進行模擬，天線單元、收發組件、電源組件、負載組件等陣面設備采用質量單元進行等效。約束點位于天線陣面與轉臺的安裝法蘭孔位置。天線骨架采用5A06鋁板焊接而成，材料參數見表1。

經過計算，工況1、工況2下天線陣面的法向變形分別為1.81mm、1.39mm，滿足電訊對陣面精度的要求。

工況3、工況4下天線陣面的最大應力分別為46.8MPa、47.0MPa，最大應力位于天線陣面與轉臺的法蘭安裝空出。5A06材料的屈服強度為155MPa，安全系數為1.5是，安全系數均大于1.2，滿足設計要求。

3.2天線陣面運輸狀態力學分析

雷達在運輸過程中，天線陣面及骨架還需要保證足夠的剛強度，根據公路運輸情況下的設計要求，計算響應結果可知，天線骨架最大應力46.3MPa，位于與轉臺安裝法蘭孔安裝孔附近，安全系數1.5時，安全裕度1.23;滿足設計要求。

4.結束語

針對某車載雷達的高機動效能的需求，天線陣面采用模塊化和集成化設計，陣面內部收發組件、電源組件、負載組件等設備采用統形模塊設計，通過各自獨立盲配背板實現電（液）的盲插互連，實現組件的快速插拔，同時降低了天線骨架加工精度的要求;液冷管網與天線骨架一體化設計，整體焊接后加工成型，保證了位置精度同時簡化了陣面裝配過程。文中針對天線陣面在工作、運輸兩種狀態進行力學分析，結果表明天線陣面結構在各工況下均能滿足電訊提出的精度指標要求，整體性能較好。

參考文獻：

[1]陳常明，某車載雷達結構總體設計[J]，機械與電子，2018.9

[2]周易，有限元法在汽車坐椅結構設計中的應用[J]，沈陽大學學報，2018.6

[3]韋志林，在車輛結構設計中應用CAE技術的幾點認識[J]，裝備制造技術，2017.8

作者簡介

楊猛（1991.05—）安徽淮北人，工程師，主要從事雷達天線陣面結構設計及力學仿真技術研究