CN107732414B - 一种大型密集交错式相控阵雷达天线结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型密集交错式相控阵雷达天线结构，其中天线框架采用一种新型交错式纵梁，该纵梁加工了导轨、盲插口及通风过孔，天线框架以5根交错式纵梁为基础构成辐射阵面，通过横隔板以及辐射阵面四周双梁箱型结构形成一个高刚性整体。将辐射单元安装板及前蒙皮板与天线框架可靠连接。该结构形式重量轻，刚性高。

Description

一种大型密集交错式相控阵雷达天线结构

技术领域

本发明属于电子设备结构技术领域，涉及一种大型密集交错式相控阵雷达天线结构，保证天线内大规模收发组件及相关电子设备正常工作，满足雷达的指标要求。该天线结构设计可应用于军工和民用产品等领域。

背景技术

随着雷达技术的快速发展，有源相控阵雷达已经成为现代雷达技术的发展与应用重点。为满足雷达装备探测能力不断升级的需求，一方面，有源相控阵雷达阵面向大型化方向发展，同时，随着以砷化镓、氮化镓、锗硅等为基础材料的超大规模集成电路和超高速数字处理芯片的涌现，促进了收发组件朝着更高频段、更小体积、更优性能的方向发展，使大型天线阵面收发组件及辐射单元排布更为密集。另一方面，由于天线阵面的变形会导致天线增益衰减，因此大型天线的精度和变形控制要求高，结构设计难度大。

相控阵雷达主要分为固定站及移动站两种，移动站雷达又可分为车载、机载、舰载等类型。这里介绍一种移动式车载相控阵雷达天线，天线内集成了百余个TR收发组件、每个组件含若干收发通道，共计1200多个通道，每个通道都要与辐射单元准确盲插。TR收发组件横向间隙只有5mm，纵向间隙10mm，密集交错布置在2m×2m的阵面内，天线内还有信处、频综、电源等其他附属设备。同时要求天线最高转速达到60转/分钟，为了减小惯性力对载车稳定性的影响，天线重量有严格限制。经过计算，天线系统内各电子设备总热耗约为29.8KW，承载各设备重量达1800kg。天线结构既要为电子设备提供稳定可靠并满足精度要求的安装基础，也要为天线系统内部电子设备提供良好的存储、工作和维修环境，同时还要满足重量及刚性要求，是该雷达的核心部件。

在雷达天线的开发研制过程中，综合考虑这些因素并提出合理的设计方案，设计出高质量、高可靠性的天线结构，对雷达系统有着重要的意义。而以往雷达天线结构设计已经不能满足上述要求，主要存在如下不足：

1.普通大型天线结构往往采用大型横梁、纵梁或大量使用铝型材来保证整个框架刚性及阵面精度，在密集且交错布置的收发组件布局中已不适用。

2.普通大型天线结构一般采用专用风道解决电子设备的散热，而TR收发组件横向间隙只有5mm，纵向间隙10mm，密集交错布置，已没有空间布置风道，通风散热难以解决。

根据该雷达天线的具体要求和使用条件，我们基于集成化和模块化设计方法，提出一种交错纵梁式天线框架结构，以及TR收发组件内置集成式风道设计，避免了以往大型天线结构的不足之处，成功解决了上述关键问题，满足该雷达的使用要求。

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，本发明提出一种大型密集交错式相控阵雷达天线结构。

技术方案

一种大型密集交错式相控阵雷达天线结构，包括天线框架、辐射单元安装板、TR组件左压板、TR组件中压板、TR组件右压板、天线罩、前蒙皮板、下后盖板、中后盖板、上后盖板、风机和走线装置；其特征在于所述的天线框架包括5根平行放置的交错式纵梁，交错式纵梁采用机加成型，包括一个后筋板和与后筋板垂直的38个平台，每两个平台之间设有依次交错布置的竖筋，竖筋两侧设有导轨，竖筋上加工有通风过孔，后筋板处加工有盲插口，TR收发组件安装在两个平台及竖筋之间所形成的腔体中，通过纵梁上的导轨与辐射单元安装板的阵子盲插；每隔6个TR收发组件由横隔板将所有交错式纵梁连为一体，组成辐射阵面；在辐射阵面周边，采用双梁箱型结构加固以增加框架刚性，左右两侧依次为左内纵梁、左外纵梁、右内纵梁、右外纵梁，从上到下依次为第一横梁、第二横梁、第三横梁、第四横梁、第五横梁，所有相邻梁之间均有支撑梁连接，采用铆接工艺连接；辐射单元安装板安装在交错式纵梁及横隔板上，走线装置固定在左内纵梁、右内纵梁上，TR组件左压板、TR组件中压板、TR组件右压板固定在交错式纵梁上用于压紧TR组件。

所述的TR收发组件包括前面板左侧开口TR收发组件，前面板右侧开口TR收发组件及前面板无开口TR收发组件三种类型；前面板右侧开口TR收发组件与前面板无开口TR收发组件组成左侧集成散热风道，前面板右侧开口TR收发组件与前面板无开口TR收发组件组成右侧集成散热风道，采用从中间进冷风，两侧出热风的方式散热。

所述的走线装置包括铰链、支撑座和走线连杆，走线连杆的一端设有铰链，铰链安装在右内纵梁和左内纵梁上，走线连杆的另一端固定在支撑座，支撑座安装在横隔板上，工作时线束固定在走线连杆上，走线连杆固定在支撑座上，需要更换维修TR收发组件时，将走线连杆松开，带线围绕铰链旋转90度。

有益效果

本发明提出的一种大型密集交错式相控阵雷达天线结构，具有布局紧凑合理，质量轻，高刚性及高精度，维修可达性好，满足雷达的工作要求。

附图说明

图1是本相控阵雷达天线结构示意图(去掉后盖板)

图2是本相控阵雷达天线结构示意图(旋转90°)

图3是本相控阵雷达天线结构中交错式纵梁示意图

图4是本相控阵雷达天线结构中交错式纵梁立体图

图5是本相控阵雷达天线框架结构示意图

图6是本相控阵雷达天线TR收发组件分类图

图7是本相控阵雷达天线TR收发组件内置集成式风道示意图

图8是本相控阵雷达天线走线装置示意图

1-天线框架、2-辐射单元安装板、3-TR收发组件、4-风机、5-TR组件左压板、6-TR组件中压板、7-TR组件右压板、8-前蒙皮板、9-天线罩、10-下后盖板、11-中后盖板、12-上后盖板、13-走线装置、14-交换机、15-左电源组合、16-分配盒、17-右电源组合、18-频综组合、19-光组合、20-信处组合、21-交错式纵梁、22-横隔板、23-左内纵梁、24-左外纵梁、25-第一横梁、26-第二横梁、27-右内纵梁、28-右外纵梁、29-第三横梁、30-第四横梁、31-第五横梁、32-铰链、33-支撑座、34-走线连杆、35-盲插口、36-通风过孔、37-导轨、38-平台、39-竖筋、40-后筋板。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

参见附图1、附图2，包括天线框架1、辐射单元安装板2、TR组件左压板5、TR组件中压板6、TR组件右压板7、天线罩9、前蒙皮板8、下后盖板10、中后盖板11上后盖板12、风机4和走线装置13；雷达天线内集成安装了百余个TR收发组件3，还有众多附属电子设备，包括交换机14、分配盒16、左电源组合15和右电源组合17、频综组合18、信处组合20及光组合19等主要设备。

本相控阵雷达天线结构充分考虑辐射元排布、内部设备安装、电缆走线、冷却和可维修性等因素，基于集成化和模块化设计方法，天线结构形成“上”“中”“下”3大部分。上部空间主要是包含TR收发组件及辐射单元的阵面区域，该区域要求精度较高，是天线的核心区域；中部空间主要为对外转接、上下设备走线区域，安装交换机14和分配盒16；下部空间主要为各标准化组合的安装区域，安装左电源组合15、右电源组合17、频综组合18、信处组合20及光组合19。

参见图4，本相控阵雷达天线结构主要以天线框架1为主体，天线框架1由5根平行放置的交错式纵梁21组成，交错式纵梁21由一个后筋板40和与后筋板40垂直的38个平台38组成，每两个平台之间设有竖筋39，竖筋39依次交错布置，竖筋两侧设有导轨37，竖筋上加工有通风过孔36，后筋板处加工有盲插口35，辐射单元安装板2连接在框架1中的5根交错式纵梁21及横隔板22上，这样既增加了安装板的刚性，又将5根纵梁21和多个横隔板22精确组成一个TR组件安装整体。天线罩9、前蒙皮板8、下后盖板10、中后盖板11、上后盖板12分别固定在天线框架1的前后两侧面(见图2)，走线装置13固定在辐射阵面周围各梁上，TR组件左压板5、中压板6、右压板7固定在5根交错式纵梁上，风机4安装在辐射阵面两侧，解决TR组件散热问题。

其中天线框架1是本相控阵雷达天线结构的主体及核心部件。由于铆接工艺具有构件的残余应力小和形面加工精度高的优点，并能准确控制重量，因此天线框架采用铆接结构形式。在框架阵面设计中，TR收发组件需要安装在导轨梁上，利用导轨导向来保证与辐射单元的准确盲插。由于TR收发组件的交错密集布局，若采用常规的导轨横梁，则该梁长度达到2m,而宽度不到10mm，长宽比为200，这使得该横梁刚性较差，导轨精度难以保证，而且横梁数量多达39根，重量较大，难以满足指标要求。

参见图3，本相控阵雷达天线框架1采用一种交错式纵梁21为关键零件来构型，该纵梁长2m，宽95mm，长宽比为20，相比传统横梁方案，大幅提高了刚性，同时框架阵面中只需5根纵梁，极大的减轻了重量。该梁采用机加成型，每层平台的竖筋交错布置，整个纵梁共有38个平台，每两个平台及竖筋形成的腔体中承载一个TR组件，这样5根纵梁组合在一起，构建了完整的TR组件安装基础(参见图4)。TR组件安装在两个纵梁之间所形成的腔体中，通过纵梁上的导轨与辐射单元安装板2的阵子盲插。该纵梁的中间竖筋两侧加工组件导轨，实现导向功能，在纵梁后筋板处加工有盲插口，实现盲插功能，同时在纵梁导轨处竖筋加工通风过孔，实现散热功能。

参见图4，天线框架在整个辐射阵面主要采用5根交错纵梁21组成，同时兼顾TR组件分组散热，每隔6个TR收发组件由横隔板22将5根纵梁连为一体，组成辐射阵面。在辐射阵面周边，都采用双梁式箱型结构加固以增加框架刚性，左右两侧依次为左内纵梁23、左外纵梁24、右内纵梁27、右外纵梁28，从上到下依次为第一横梁25、第二横梁26、第三横梁29、第四横梁30、第五横梁31，所有相邻梁之间均有支撑梁连接。因此整个框架以5根交错式纵梁为基础，通过横隔板22以及周围双梁式箱型结构形成一个高刚性框架整体。同时将辐射单元安装板2与这5根纵梁及横隔板22可靠连接，这种结构有效提高了整个框架的刚性及辐射单元安装板的刚强度，保证了辐射单元安装板的盲插定位孔及安装基准孔的后续加工精度。

参见图1，TR组件装在导轨纵梁之间的腔体中，通过辐射单元安装板的定位孔与辐射单元盲插，并分别用TR组件左压板5、TR组件中压板6、TR组件右压板7压紧TR组件,并固定在天线框架中的5根纵梁上，实现可靠锁定TR组件。打开天线中后盖板11，上后盖板12，可以维修更换天线框架中所有主要电子设备。

参见图5，由于天线框架中上百个TR收发组件排布密集，传统的专用风道没有空间排布，因此我们提出TR收发组件内置集成式风道设计方案，有效的解决了散热问题。根据TR收发组件的安装位置，我们将组件分为三种：前面板左侧开口TR收发组件(模块一)，前面板右侧开口TR收发组件(模块二)及前面板无开口TR收发组件(模块三)。

参见图6，天线辐射阵面所有TR收发组件采用从中间进冷风，两侧出热风的方式散热，即模块一与模块三组成左侧集成散热风道，模块二与模块三组成右侧集成散热风道。参见图4，左右两侧TR收发组件分别由横隔板22分为6组，各自通过组件内独立集成风道由风机散热。

参见图7，天线辐射阵面所有TR收发组件的供电、信号等传输线缆均设置在组件出风口面板上，如果直接将线缆固定在框架上，由于线束直径远远超过TR收发组件间隙，造成线束附近TR收发组件插拔困难，影响维修性。因此我们提出一种铰链式可翻转走线装置13，该走线装置13包括铰链32、支撑座33和走线连杆34，走线连杆34的一端设有铰链32，铰链32安装在右内纵梁27和左内纵梁23上，走线连杆34的另一端固定在支撑座33，支撑座33安装在横隔板22上，工作时线束固定在走线连杆上，走线连杆与支撑座固定，需要更换维修TR收发组件时，将走线连杆松开，带线旋转90度，完全让开了TR收发组件的插拔路径，保证组件顺利插拔。该走线装置合理的解决了天线结构中的布线问题，是天线结构的重要组成部分。

本大型密集交错式相控阵雷达天线结构已应用某雷达系统，应用表明：该天线结构满足雷达各项指标要求，可推广应用于其他军工和民用等相关产品领域，具有很好的推广应用前景。

Claims (3)

1.一种大型密集交错式相控阵雷达天线结构，包括天线框架(1)、辐射单元安装板(2)、TR组件左压板(5)、TR组件中压板(6)、TR组件右压板(7)、天线罩(9)、前蒙皮板(8)、下后盖板(10)、中后盖板(11)、上后盖板(12)、风机(4)和走线装置(13)；其特征在于所述的天线框架(1)包括5根平行放置的交错式纵梁(21)，交错式纵梁(21)采用机加成型，交错式纵梁(21)包括一个后筋板(40)和与后筋板垂直的38个平台(38)，每两个平台之间设有依次交错布置的竖筋(39)，竖筋(39)两侧设有导轨(37)，竖筋(39)上加工有通风过孔(36)，后筋板(40)处加工有盲插口(35)，TR收发组件(3)安装在两个平台及竖筋(39)之间所形成的腔体中，通过纵梁上的导轨与辐射单元安装板(2)的阵子盲插；每隔6个TR收发组件由横隔板(22)将所有交错式纵梁(21)连为一体，组成辐射阵面；在辐射阵面周边，采用双梁箱型结构加固以增加框架刚性，左右两侧依次为左内纵梁(23)、左外纵梁(24)、右内纵梁(27)、右外纵梁(28)，从上到下依次为第一横梁(25)、第二横梁(26)、第三横梁(29)、第四横梁(30)、第五横梁(31)，所有相邻的纵梁之间和所有相邻的横梁之间均有支撑梁连接，采用铆接工艺连接；辐射单元安装板(2)安装在交错式纵梁(21)及横隔板(22)上，走线装置(13)固定在左内纵梁(23)、右内纵梁(27)上，TR组件左压板(5)、TR组件中压板(6)、TR组件右压板(7)固定在交错式纵梁(21)上用于压紧TR组件。

2.根据权利要求1所述的一种大型密集交错式相控阵雷达天线结构，其特征在于所述的TR收发组件包括前面板左侧开口TR收发组件，前面板右侧开口TR收发组件及前面板无开口TR收发组件三种类型；前面板右侧开口TR收发组件与前面板无开口TR收发组件组成左侧集成散热风道，前面板右侧开口TR收发组件与前面板无开口TR收发组件组成右侧集成散热风道，采用从中间进冷风，两侧出热风的方式散热。

3.根据权利要求1所述的一种大型密集交错式相控阵雷达天线结构，其特征在于所述的走线装置(13)包括铰链(32)、支撑座(33)和两根走线连杆(34)，每根走线连杆(34)的一端均设有铰链(32)，两根走线连杆(34)的铰链(32)分别安装在右内纵梁(27)和左内纵梁(23)上，走线连杆(34)的另一端固定在支撑座(33)，支撑座(33)安装在横隔板(22)上，工作时线束固定在走线连杆(34)上，走线连杆(34)固定在支撑座(33)上，需要更换维修TR收发组件时，将走线连杆(34)松开，带线围绕铰链(32)旋转90度。