CN110265764B - 一种高集成轻质阵列型雷达天线骨架 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及雷达天线车领域，特涉及一种高集成轻质阵列型雷达天线骨架。背板周边设置外部围框，背板内部设置液冷水路，背板采用铝板一次加工成型，冷却液从进液口进入背板，从出液口流出；背板上设置多个液冷盲插接头，外部围框内部设置天线纵向肋板、天线横向肋板、天线单元安装槽位；背板前侧的外部围框内的空腔部分通过天线纵向肋板、天线横向肋板将外部围框内的空间分割组成各电子分隔腔；外部围框内的下部空间设置分机分隔腔，外部围框内的上部空间设置组件分隔腔，背板后侧的外部围框内的空腔部分设置天线单元安装槽位。本发明的天线骨架总成具有布局紧凑合理、集成度高、结构可靠、重量轻、刚度好、精度高、维修性好、散热快等特点。
Description
技术领域
本发明涉及雷达天线车领域，特涉及一种高集成轻质阵列型雷达天线骨架。
背景技术
雷达天线骨架总成是雷达总体结构设计中极其重要的一部分。作为支撑天、馈线及相关设备的主体骨架，且是运输和工作过程中承受并传递环境负载的关键机构。通过天线骨架总成合理设计、加工，使其刚强度及安装面精度得以满足雷达天、馈线及相关设备所需的精度指标和功能要求，实现雷达；并通过集成液冷板、光电液管线及盲插背板完成天、馈线及相关设备的各类光、电信号及液冷介质的传输和连接任务。
雷达天线骨架设计的核心之一就是解决好刚度-质量这一对天线结构设计的主要矛盾，即以最佳的结构型式、最少的自重达到足够的刚强度。天线骨架的设计和制造，对雷达整机的工作精度、可靠性起决定性作用，其骨架刚度直接影响雷达的测量精度及其承受环境负载的能力，其质量直接影响雷达的机动性。同时，雷达天线骨架的设计与制造本身是一项复杂而综合的系统工作，因而雷达整机的性能指标在很大程度上取决于天线骨架的结构设计。
特别是对于阵列型天线骨架，其将天、馈线融为一体，且内部设备密集、热密度高、接口复杂；但由于高机动车载要求(公路、铁路、空中运输限制)，导致天线骨架厚度空间狭小，受力状况更加恶劣，系统集成和结构减重任务极为艰巨。所以设计应注意以下几个问题：(1)合理的总体布局和接口设置，俯仰转轴的位置和同轴度保证，举升丝杆数量、支点位置及同步，天线总质量，工作/运输两种状态下的尺寸、质量分布和快速转换，超载、超高和偏心情况等都与此密切相关；(2)阵面属于平面结构，采取措施最大限度地增强平面刚度，满足阵面精度要求是成败的关键所在，雷达天线在运输和工作状态下，天线骨架必须满足一定的承载能力，整体结构具备良好的钢、强度，且尽可能减轻重量；(3)天线骨架既是受力件，又是安装防护体，一物两用、合理可行，骨架采用“板式家具”结构，核心问题在于保证整体性和在接口设计中妥善处理受力、密封、维修三者之间的关系；(4)合理采用集成液冷板、光电液管线及盲插插座的天线背板，必须满足内部设备密集、热密度高、接口复杂的需求。
一般而言，现有车载阵列型天线骨架设计过程中，由于其结构功能要求满足天线及内部设备的安装和运转功能，故对其自身的刚、强度要求十分苛刻；为此，传统的设计方案中常采用较厚的钢板拼焊后局部加工成型，这直接导致安全余量过剩，造成材料浪费，且骨架自重较重，外观质量较差，与总体结构不协调。传统的天线骨架结构功能较为局限，几乎未考虑分担雷达收发组件等设备的冷却管线、安装定位及盲插插座固定，天线骨架内部空间利用率较低，为预留设备安装机柜、冷却管线及大量互联线缆的安装、连接、维修空间，导致天线骨架自身功能集成度和内部设备布置集成度均较低。
现有天线天线骨架内安装的收发组件多采用风冷散热，依靠风与收发组件表面的热传导带走热量，散热效率低，导致收发组件不能密集布置，天线骨架因为不能有效解决收发组件散热问题而使天线骨架体积大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于雷达运输车的车载高集成轻质阵列型雷达天线骨架总成。本发明采用“板式家具”结构，天线骨架既是受力件，又是安装防护体，整体使用铝板加工后拼接成型，其内部空间对称设置有设备单元安装分隔腔以及相应光电液传输接口，并将液冷水路和骨架一体加工成型；底部位置对称设置天线支座，并在两侧对称设置俯仰丝杆支座，支座采用不锈钢加工成型，并用螺栓及定位销固定在骨架上。该天线骨架总成具有布局紧凑合理、集成度高、结构可靠、重量轻、刚度好、精度高、维修性好、散热快等特点。
本发明的技术方案是：一种高集成轻质阵列型雷达天线骨架，包括俯仰丝杆支座、背板、天线支座、外部围框、天线纵向肋板和天线横向肋板，背板下部底面设置天线支座，背板中部侧面设置俯仰丝杆支座，其特征在于：背板周边设置外部围框，背板内部设置液冷水路，背板采用铝板一次加工成型，冷却液从进液口进入背板，从出液口流出；背板上设置多个液冷盲插接头，外部围框内部设置天线纵向肋板、天线横向肋板、天线单元安装槽位；背板前侧的外部围框内的空腔部分通过天线纵向肋板、天线横向肋板将外部围框内的空间分割组成各电子分隔腔；外部围框内的下部空间设置分机分隔腔，外部围框内的上部空间设置组件分隔腔，背板后侧的外部围框内的空腔部分设置天线单元安装槽位。
根据如上所述的一种高集成轻质阵列型雷达天线骨架，其特征在于：背板加工成型的过程为：背板的基体上加工出水道及盖板的槽位，然后采用搅拌摩擦焊技术，通过搅拌针伸入焊接处，将盖板和背板的焊接处材料升温软化后焊为一体。
根据如上所述的一种高集成轻质阵列型雷达天线骨架，其特征在于：背板还设置射频盲插接头和电源盲插接头。
根据如上所述的一种高集成轻质阵列型雷达天线骨架，其特征在于：背板上还设置有盲插定位销孔，分别与天线单元及收发组件上的盲插定位销对接。
根据如上所述的一种高集成轻质阵列型雷达天线骨架，其特征在于：背板上部设置询问机天线。
根据如上所述的一种高集成轻质阵列型雷达天线骨架，其特征在于：天线纵向肋板、天线横向肋板由铝板完成定位安装面和减重孔加工后，采用定位销和螺栓固定连接在外部围框及背板上。
本发明相比现有技术具有如下优点：在满足雷达天线环境负载及大量相关电子设备附着质量的前提下，采用合理的设计和选材，既满足了天线骨架整体承载能力和平面刚度，又减轻了天线骨架结构的重量；采用集成液冷板、光电液管线及盲插插座的天线背板，其精度高、整体密封性好、外观平整美观、便于将器件安装定位孔和液冷水路一体加工成型，并提高了天线内设备的集成度；采用电子分隔腔安装内部电子设备，配合高集成背板使其布局紧凑合理、维修性好。
附图说明
图1为天线骨架总成内部设备安装示意图；
图2为天线骨架高集成背板后部结构示意图；
图3为天线骨架高集成背板前部液冷水路结构示意图；
图4为天线骨架总成结构示意图；
图5为天线骨架总成正视图；
图6为天线骨架总成后视图；
图7为天线骨架总成左视图；
图8为A的局部示意图，即天线单元；
图9为B的局部示意图，即收发组件；
图10为C的局部示意图，即辅助通道；
图11为D的局部示意图，即电源组件；
图12为E的局部示意图，即AD模块；
图13为F的局部示意图，即分机；
图14为G的局部示意图，即询问机天线；
图15为H的局部示意图，即收发组件背板接口；
图16为J的局部示意图，即电源组件背板接口；
图17为液冷水路截面结构示意图；
图18为射频盲插接头结构示意图；
附图标记说明：俯仰丝杆支座10、背板11、天线支座12、液冷盲插接头13、射频盲插接头14、电源盲插接头15、外部围框18、天线纵向肋板19、天线横向肋板20、收发组件电子分隔腔21、辅助通道电子分隔腔22、电源电子分隔腔23、AD模块电子分隔腔24、分机电子分隔腔25、天线单元安装槽位28、液冷水路29、进液口30、出液口31、盖板32。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图7所示，本发明的高集成轻质阵列型雷达天线骨架，包括俯仰丝杆支座10、背板11、天线支座12和外部围框18、天线纵向肋板19、天线横向肋板20，背板11下部底面设置天线支座12，背板11中部侧面设置俯仰丝杆支座10，背板11周边设置外部围框18，外部围框18与天线纵向肋板19、天线横向肋板20组成天线骨架。本发明中，天线支座12与天线车上的转轴连接，俯仰丝杆支座10与天线俯仰丝杆连接，通过天线俯仰丝杆推动背板11沿着转轴旋转，实现天线的俯仰控制。
如图2和图3所示，本发明中，背板11采用铝板一次加工成型，加工过程中，将液冷水路29一体加工完成，即背板11内部设置液冷水路29，冷却液从进液口30进入背板11，从出液口31流出；液冷水路截面如图17所示，先在背板11的基体上加工出水道及水道盖板32的槽位，然后采用搅拌摩擦焊技术，通过搅拌针伸入焊接处K和焊接处L，将水道盖板32和背板11的焊接处材料升温软化后焊为一体，最后经过清洗和防护处理后完成液冷水路的加工；背板11上设置多个液冷盲插接头13，并将射频盲插接头14和电源盲插接头15等接口都设置在背板11上，以满足天线骨架总成内部设备密集、热密度高、接口复杂的需求，使得天线布局紧凑合理、集成度高、重量轻、安装精度高、维修性好。液冷盲插接头13具有平头防污染功能，确保连接时无任何杂质进入液冷管路；液冷盲插接头13还采用无滴漏设计，避免断开时流体泄露而造成污染。液冷水路29的冷却水通过液冷盲插接头13从一侧进入收发组件，从收发组件另一侧流出，确保了收发组件工作过程中散发的大量热能随冷却液流走，确保了在高集成分布时收发组件能够长期稳定工作，使整个天线骨架可以小型化。射频盲插接头连接结构如图18所示，射频盲插接头14采用特殊的双阴浮动插头设计，分别与天线单元及收发组件上的射频阳头相连接，浮动插头的设计保证了盲插连接的可靠性。背板11上还设置有盲插定位销孔，分别与天线单元及收发组件上的盲插定位销对接，确保液冷盲插接头13、射频盲插接头14和电源盲插接头15的盲插定位精度，保证了盲插连接的可靠性。液冷水路29通过流道和流阻设计，保证各水路合理的流量分配，以满足天线骨架总成内部各个设备各自的散热需求。
本发明背板11上部还可以设置询问机天线。
本发明的外部围框18内部设置天线纵向肋板19、天线横向肋板20、收发组件电子分隔腔21、辅助通道电子分隔腔22、电源电子分隔腔23、AD模块电子分隔腔24、分机电子分隔腔25、天线单元安装槽位28；背板11前侧的外部围框18内的空腔部分通过天线纵向肋板19、天线横向肋板20将外部围框18内的空间分割组成各电子分隔腔；其中，外部围框18内的下部空间设置分机分隔腔，共设置三个分机电子分隔腔25，分机分隔腔用于安装各种分机；外部围框18内的上部空间设置组件分隔腔，如收发组件电子分隔腔21、辅助通道电子分隔腔22、电源电子分隔腔23、AD模块电子分隔腔24，用于安装收发组件、辅助通道、电源或AD模块等各种组件。背板11后侧的外部围框18内的空腔部分设置天线单元安装槽位28，用于安装天线单元。本发明的天线纵向肋板19、天线横向肋板20由铝板完成定位安装面和减重孔加工后，采用定位销和螺栓固定连接在外部围框18及背板11上。
本发明将较重的分机设置在天线骨架前侧下部，前侧上部设置组件，天线骨架后侧设置天线单元，功能划分区域明显，便于左右配置，且外部围框18、天线纵向肋板19、天线横向肋板20以天线纵向中心线为对称轴，左右对称均布，以便电子设备安装过程中，总体结构重心向天线及其旋转中心靠近；同时为了既满足天线骨架整体承载能力和平面刚度，又减轻了天线骨架结构的重量。本发明中背板11、外部围框18之间采用焊接方式进行固定连接，这样即实现了相互之间的密封，使整个天线骨架的受力集中在背板11上，其他部件强度可以大幅度降低，且整个天线结构又是安装防护体。本发明天线支座12安装在外部围框18底部的两侧位置，天线俯仰丝杆支座10设置在骨架两侧位置，使天线结构重力均衡地分布在天线两侧；且鉴于各种工况条件下的承载要求，采用不锈钢加工成型，并用螺栓及定位销固定在天线骨架上。
如图1至图7所示，本发明的天线骨架在工作和撤收状态下，实现其内部各种电子设备的固定、光电液互联互通任务和快速、可靠锁紧的功能，同时满足一定的承载要求，最终实现天线的平稳、可靠运转要求。本发明在满足雷达总体结构的支撑承载能力及雷达天线运动的平稳性的前提下，提高了天线的整体机械性能、阵面精度及可靠性，减轻了雷达总体结构的尺寸和重量，改善及优化了雷达总体结构的外观，提高了天线内部设备的集成度和维修性。
Claims (5)
1.一种高集成轻质阵列型雷达天线骨架，包括俯仰丝杆支座、背板、天线支座、外部围框、天线纵向肋板和天线横向肋板，背板下部底面设置天线支座，背板中部侧面设置俯仰丝杆支座，其特征在于：背板周边设置外部围框，背板内部设置液冷水路，背板采用铝板一次加工成型，冷却液从进液口进入背板，从出液口流出；背板上设置多个液冷盲插接头，外部围框内部设置天线纵向肋板、天线横向肋板、天线单元安装槽位；背板前侧的外部围框内的空腔部分通过天线纵向肋板、天线横向肋板将外部围框内的空间分割组成各电子分隔腔；外部围框内的下部空间设置分机分隔腔，外部围框内的上部空间设置组件分隔腔，背板后侧的外部围框内的空腔部分设置天线单元安装槽位，背板加工成型的过程为：背板的基体上加工出水道及盖板的槽位，然后采用搅拌摩擦焊技术，通过搅拌针伸入焊接处，将盖板和背板的焊接处材料升温软化后焊为一体。
2.根据权利要求1所述的一种高集成轻质阵列型雷达天线骨架，其特征在于：背板还设置射频盲插接头和电源盲插接头。
3.根据权利要求1所述的一种高集成轻质阵列型雷达天线骨架，其特征在于：背板上还设置有盲插定位销孔，分别与天线单元及收发组件上的盲插定位销对接。
4.根据权利要求1所述的一种高集成轻质阵列型雷达天线骨架，其特征在于：背板上部设置询问机天线。
5.根据权利要求1所述的一种高集成轻质阵列型雷达天线骨架，其特征在于：天线纵向肋板、天线横向肋板由铝板完成定位安装面和减重孔加工后，采用定位销和螺栓固定连接在外部围框及背板上。
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