CN104035073B - 一种集成一体化的无人平台传感器结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成一体化的无人平台传感器结构，采用的连杆滑块机构实现了±10°的俯仰要求。传感器重心的合理排布减小了负载力矩，降低了完成俯仰所需的电机功率。俯仰机构具备在任意位置的自锁功能，俯仰误差精度控制在2分以内。独创的中空散热风道技术，即保证了传感器各分系统在密封的条件下工作，又能满足各分系统的散热要求。接收天线采取非标法兰裂缝波导阵列的形式，用钎焊工艺完成波导腔体的密封，极大压缩了传统裂缝波导阵的外形尺寸。采用90°切角连接波导以较小的空间尺寸完成发射天线与微波模块的集成对接。天线收发信号的隔离板采用在金属铝板上贴服吸波材料的方式实现，从而保证了收发天线近距离安装时收发信号的隔离度要求。

Description

一种集成一体化的无人平台传感器结构

技术领域

本发明属于机械和电路领域，具体涉及集成一体化的无人平台传感器结构，一种连杆和螺旋副传动机构实现该传感器的俯仰位置调整、信号处理和电源模块的散热、收发分置天线的波导法兰共形集成设计以及收发天线的信号屏蔽隔离等。通过该方法解决了小型化收发天线分置雷达传感器的俯仰控制、散热、天线集成设计和收发信号的隔离等难题。

背景技术

无人平台传感器安装在无人地面战车上，用于车辆在复杂环境中的防撞预警、车辆自动编队行进辅助驾驶系统。总体单位要求传感器工作波长短、外形小型化。

传感器在工作过程中有±10°的俯仰调整要求，并且考虑到特定的安装要求，需设计一种专用的俯仰调整机构满足俯仰角度调整要求。

由于信号处理板上部分芯片以及电源模块的热耗较大，并且传感器整体外形尺寸250mm×150mm×100mm较小，此时功率芯片的热设计尤为重要，本方法综合采用传导和对流散热技术，满足传感器在高温条件下的正常工作要求。

收发分置的天线采用波导缝隙阵形式，满足重量轻、小型化要求；频率综合器和接收机采用集成化设计，完成发射信号的产生和回波信号的放大；频综采用全相参直接混频技术，设计有两种波形，满足不同的需求。收发天线统一封装在同一矩形口径中，为了保证收发天线间50dB的隔离度要求，需要在收发天线间加入吸波材料壁或金属壁隔离，同时在满足安装要求的前提下，应尽量扩大收发天线间的距离。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种集成一体化的无人平台传感器结构，

技术方案

一种集成一体化的无人平台传感器结构，其特征在于包括俯仰安装板1、天线罩2、第一销轴3、车体4、线性位移传感器5、驱动电机6、电动伸缩杆7、推杆8、第二销轴9、散热翅片10、转接波导12、十六路开关模块15、接收模块16、信号处理板17、后盖18、电源模块19、微波模块20、壳体21、发射天线23、接收天线24、风机25、散热器27、百叶窗28和电连接器31；壳体21为中空结构，中空的腔体区域I部位设有散热翅片10，十六路开关模块15和微波模块20贴装在壳体21的前腔，接收天线24安装在十六路开关模块15上，发射天线23安装在微波模块20上面，两者之间靠转接波导12连接，发射天线23与接收天线24之间设有隔离板，天线罩2固定在壳体21的前端；接收模块16和电源模块19贴装在壳体21的后腔；信号处理板17的发热器件贴附在后盖18上，后盖18安装在壳体21后端，后盖散热器27钎焊在后盖18上；后盖18同时与俯仰安装板1固联，俯仰安装板1上设有三个第一销轴3，其中位于下侧的两个第一销轴3连接车体4，上侧的第一销轴3连接推杆8，在结构上形成铰链旋转副；推杆8通过第二销轴9连接电动伸缩杆7，在结构上形成铰链旋转副；电动伸缩杆7顺序同轴连接线性位移传感器5和驱动电机6；所述电动伸缩杆7固定在车体4上；所述后盖18上的侧边上设有百叶窗28，相对的另一侧设有风机25；用于内外数据交换的连接器31安装在后盖18上。

信号处理板17的发热器件与后盖18之间设有导热衬垫22。

所述导热衬垫22为具有高导热系数却不导电的柔性填充材料。

所述散热翅片10采用真空铝钎焊工艺焊接在中空的腔体区域I。

所述接收天线24的阵面裂缝波导采用共形法兰端面。

所述转接波导12采用90°切角波导和矩形法兰端面安装形式。

在转接波导12上设有波导垫片14，调整接收天线24和发射天线23的阵面的共面。

有益效果

本发明提出的一种集成一体化的无人平台传感器结构，传感器±10°的俯仰角度调整靠特定的连杆机构完成，该连杆机构为一连杆滑块机构。滑块机构在工程上以丝杠螺母的螺旋传动副体现。对于等效的单自由度的连杆滑块机构，其驱动力为丝杠螺母形式的电动推杆机构。由于考虑传感器在任意角度位置的自锁要求，电动推杆具备自锁性。整个传感器安装在俯仰安装板上，俯仰安装板在电动推杆的推动下，完成俯仰角度调整。该连杆滑块机构整体尺寸较小，节省安装空间；并且由于负载力臂短、力矩较小，完成俯仰所需的推力功率较小。俯仰角度传感器反馈的实时角度控制信息可由电动推杆的线性位移换算完成。

中空的壳体是整个传感器的安装基体，中空的散热内腔体设计有散热翅片，安装在盒体前后端面的十六路开关模块、接收模块、微波模块、电源模块的热量传递到腔体内部中空散热腔体后，靠风机对流完成散热。信号处理板的散热靠后壳上的散热翅片完成。

由于传统BJ320波导管的标准法兰19.1mm×19.1mm，接收阵列天线裂缝波导间距为12.5mm。故采用传统标准单根阵列时，标准法兰不满足安装要求。在保证波导内壁和壁厚的前提下，采用共安装法兰的裂缝波导集成设计技术，用3A21材料的铝板将内腔加工出来后，采用真空铝钎焊技术将内腔封闭，焊接后导电氧化Ct.Ocd处理。

发射天线波导出口需与微波模块对接，同时需保证发射天线安装后与接收天线阵面共面。两者之间需90°转接波导和波导调整垫片完成对接和收发天线的共面调整。传统的弯波导由于弯曲半径较大，在尺寸受限的情况下，无法工程实现。故90°转接波导采用切角波导形式和矩形法兰安装端面。

采用隔离板完成天线收发信号的隔离，隔离板的初始高度和位置依据收发天线电磁场强耦合的数据仿真得到，经过实际安装测试后有轻微调整，隔离板材料为特定频率的吸波材料。

附图说明

图1：本发明的集成一体化的无人平台传感器结构的俯仰安装图；

图2：本发明的集成一体化的无人平台传感器结构的内部结构剖视图

图3：本发明的集成一体化的无人平台传感器结构组成示意图前轴测图

图4：本发明的集成一体化的无人平台传感器结构组成示意图后轴测图

图5：接收天线组成示意图

1-俯仰安装板，2-天线罩，3-第一销轴，4-车体，5-线性位移传感器，6-驱动电机，7-电动伸缩杆，8-推杆，9-第二销轴，10-散热翅片，12-转接波导，14-波导垫片，15-十六路开关模块，16-接收模块，17-信号处理板，18-后盖，19-电源模块，20-微波模块，21-壳体，22-导热衬垫，23-发射天线，24-接收天线，25-风机，26-隔离板，27-散热器，28-百叶窗，29-接收天线阵面顶板，30-接收天线封板，31-电连接器。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本实施例包括：俯仰安装板1，天线罩2，第一销轴3，车体4，线性位移传感器5，驱动电机6，电动伸缩杆7，推杆8，第二销轴9，散热翅片10，转接波导12，波导垫片14，十六路开关模块15，接收模块16，信号处理板17，后盖18，电源模块19，微波模块20，壳体21，导热衬垫22，发射天线23，接收天线24，风机25，隔离板26，散热器27，百叶窗28，接收天线阵面顶板29，接收天线封板30和电连接器31。

俯仰安装板1为传感器的安装载体，其通过销轴3分别与车体4和推杆8相连接，在结构上形成铰链旋转副。电动伸缩杆7固定在车体4上面，电动伸缩杆7仅可以水平方向伸缩，并具备在任意位置自锁功能。电动伸缩杆7末端安装驱动电机6和线性位移传感器5。该机构等效为一连杆滑块机构，由推杆线性伸缩位移可以等效计算出传感器俯仰的倾角。由于具备自锁性能推杆自身有存在0.1mm的回差，经过折算到俯仰轴，在俯仰向下-10°时，其最大测角误差精度约为2分，满足系统俯仰精度要求。电动伸缩杆7在车体4上的固定位置和高度由传感器重量和电动推杆的动力学参数经过设计，优化计算得出。同时由于电动伸缩杆7伸缩位移较长，其后端固定采用两个角接触轴承背向安装的形式。电动伸缩杆7前端为圆环的两边切边形式，通过第二销轴9与推杆8相连，在结构上形成铰链旋转副。电动伸缩杆7与推杆8横向配合设计间隙为0.1mm，并且该间隙误差值在传感器允许的横向精度误差范围之内。采用连杆滑块机构的最大难点是将电动伸缩杆的线性位移换算到俯仰安装板的角位移。连杆滑块机构优点是负载力矩较小，所需电机功率不大，同时满足传感器在特定空间下的安装需求，该传动机构的误差精度中等，满足传感器的测角要求。

中空的壳体21是整个传感器内部各分系统的安装基体，十六路开关模块15、微波模块20、接收模块16、电源模块19分别贴装在其前后端面上，中空的腔体区域I内部采用真空铝钎焊工艺焊接有散热翅片10。上述四模块的热量传导到散热翅片10上，靠风机25对流将热量带走。中空的腔体I为独立的密封风道，冷却流从百叶窗28进入，从左侧风机25出，冷却流与各分系统以及元器件没有接触，密封的结构形式使传感器具备良好的环境适应性。信号处理板17的散热靠后盖散热器27完成，信号处理板17的发热器件靠导热衬垫22压紧贴附在后盖18上，后盖18与后盖散热器27钎焊成一体。导热衬垫22为具有高导热系数却不导电的柔性填充材料。整个传感器的数据输入和输出由安装在后盖18上的连接器31完成。天线罩2起到保护发射天线23和接收天线24的作用，并完成传感器前腔的密封。由于壳体21的内外腔体是隔离的，并且内腔体是密闭的。所以各分系统的环境适应性好，具备耐腐蚀、防沙尘、以及防水等优点。这种中空形式的散热密封形式已经在所内多个产品上采用，在结构密封设计的前提下，完成了大功率高密度电子设备的散热要求。

传感器的接收天线24安装在十六路开关模块15上面，发射天线23安装在微波模块20上面，两者之间靠转接波导12和波导垫片14连接完成。波导垫片14的作用是调整接收天线24和发射天线23的高度，使两者的裂缝波导面共面。转接波导12具备90°切角形式，克服了普通波导管弯曲半径较大的缺点，并且考虑到结构安装操作性，发射天线23与转接波导12的对接法兰面为矩形法兰面，这种矩形法兰面只是标准法兰的一半，并采取两个安装螺钉孔的结构形式。采取矩形法兰面90°转接波导和波导调整垫片的结构形式在尺寸上大大压缩了发射天线的馈线尺寸，并且可以很方便的进行收发阵面的共面调整。由于接收天线24的裂缝水平间距为12.5mm，小于BJ320波导管的标准法兰尺寸，此时只能考虑将裂缝阵列波导的法兰集成设计，即两相邻波导管共用安装法兰。接收天线24采用真空铝钎焊工艺焊接成型。接收天线24的波导裂缝阵列在接收天线阵面顶板29上预先加工好，靠接收天线封板30完成波导腔体的密封。对波导传输性能参数有影响的内壁尺寸3.556,7.112mm以及尺寸的形状和位置公差靠机械加工保证。这种采用波导法兰共形集成设计最大的优点是大大减少了裂缝阵的尺寸，减轻了阵面的重量。隔离板26安装在发射天线23和接收天线24之间，用来进行收发信号的隔离，在给定的环境下，经过最优化设计，其安装位置和高度、厚度、宽度等等参数确定。隔离板26材料为金属铝板，其上粘贴有吸波材料，该材料的典型吸收波长与天线工作波长相同的。

Claims (6)

1.一种集成一体化的无人平台传感器结构，其特征在于包括俯仰安装板(1)、天线罩(2)、第一销轴(3)、车体(4)、线性位移传感器(5)、驱动电机(6)、电动伸缩杆(7)、推杆(8)、第二销轴(9)、散热翅片(10)、转接波导(12)、十六路开关模块(15)、接收模块(16)、信号处理板(17)、后盖(18)、电源模块(19)、微波模块(20)、壳体(21)、发射天线(23)、接收天线(24)、风机(25)、后盖散热器(27)、百叶窗(28)和电连接器(31)；壳体(21)为中空结构，中空的腔体区域(I)部位设有散热翅片(10)，十六路开关模块(15)和微波模块(20)贴装在壳体(21)的前腔，接收天线(24)安装在十六路开关模块(15)上，发射天线(23)安装在微波模块(20)上面，两者之间靠转接波导(12)连接，发射天线(23)与接收天线(24)之间设有隔离板，天线罩(2)固定在壳体(21)的前端；接收模块(16)和电源模块(19)贴装在壳体(21)的后腔；信号处理板(17)的发热器件贴附在后盖(18)上，后盖(18)安装在壳体(21)后端，后盖散热器(27)钎焊在后盖(18)上；后盖(18)同时与俯仰安装板(1)固联，俯仰安装板(1)上设有三个第一销轴(3)，其中位于下侧的两个第一销轴(3)连接车体(4)，上侧的第一销轴(3)连接推杆(8)，在结构上形成铰链旋转副；推杆(8)通过第二销轴(9)连接电动伸缩杆(7)，在结构上形成铰链旋转副；电动伸缩杆(7)顺序同轴连接线性位移传感器(5)和驱动电机(6)；所述电动伸缩杆(7)固定在车体(4)上；所述后盖(18)上的侧边上设有百叶窗(28)，相对的另一侧设有风机(25)；用于内外数据交换的电连接器(31)安装在后盖(18)上。

2.根据权利要求1所述集成一体化的无人平台传感器结构，其特征在于：信号处理板(17)的发热器件与后盖(18)之间设有导热衬垫(22)。

3.根据权利要求2所述集成一体化的无人平台传感器结构，其特征在于：所述导热衬垫(22)为具有高导热系数却不导电的柔性填充材料。

4.根据权利要求1所述集成一体化的无人平台传感器结构，其特征在于：所述散热翅片(10)采用真空铝钎焊工艺焊接在中空的腔体区域(I)。

5.根据权利要求1所述集成一体化的无人平台传感器结构，其特征在于：所述转接波导(12)采用90°切角波导和矩形法兰端面安装形式。

6.根据权利要求1所述集成一体化的无人平台传感器结构，其特征在于：在转接波导(12)上设有波导垫片(14)，调整接收天线(24)和发射天线(23)的阵面的共面。