CN111987482A - 一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面 - Google Patents

一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面，涉及有源相控阵天线阵面技术领域，具体包括盒体，所述盒体的顶部固定连接有子阵面，子阵面的表面设置有导电压条，盒体的侧面设置有进风口，盒体的顶部对应子阵面的位置处设置有出风口，盒体的内部设置有一级综合网络和一级充气网络。阵面结构采用了积木式设计方法，通过合理的结构布局及模块划分，将阵面分割为若干个相同的子阵面，子阵面可横向与纵向二维扩展形成大的天线阵面，子阵面的扩展数量可根据实际使用需求确定。子阵面间装有导电压条，以保证整个阵面辐射单元反射面的电连续性。每个子阵面可以独立调试、运输、工作，解决了大型雷达天线阵面运输困难、安装困难、调试周期长的问题。

Description

一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面
技术领域
本发明涉及一种有源相控阵天线阵面，具体是一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面。
背景技术
有源相控阵雷达由于具有波束灵活可控及可靠性高的优点，在地面固定式雷达上的应用已日趋广泛，天线阵面作为相控阵雷达的核心部分，其阵面口径、冷却方式、集成化设计水平等决定了整个雷达系统的性能与成本。
目前面临快速实时跟踪高速移动的目标、更远的探测距离等诸多任务要求，需要更大口径和更高可靠性的雷达。现有的有源相控阵天线，一般由若干个结构功能相同的天线模块组成，结构复杂，设备多，若采用传统相控阵设计方法，会面临天线阵面外形尺寸较大且重量较重，雷达架设调试周期长，运输不便等问题。
有源相控阵天线阵面的冷却方式一般有自然冷却﹑强迫风冷和液冷等。阵面液冷方式需要在阵面内部布置水道，并在阵面外部需配备冷却机组，提高冷却效率的同时大大增加了雷达的总体成本及后期维护成本。强迫风冷散热的效能低于液冷，虽然降低了雷达的总体成本及后期的维护成本，但是由于风冷方式需要在阵面上增加安装多了风机，阵面工作是会产生较大的噪音，且风机的故障率较高，环境适应性差，会降低了雷达的工作可靠性。
为此，针对上述问题，迫切需要在阵面结构顶层架构布局及冷却方式上进行创新性设计，以解决上述难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面，包括盒体，所述盒体的顶部固定连接有子阵面，子阵面的表面设置有导电压条，盒体的侧面设置有进风口，盒体的顶部对应子阵面的位置处设置有出风口，盒体的内部设置有一级综合网络和一级充气网络。
作为本发明进一步的方案：所述子阵面的数量为若干个，若干个子阵面固定连接在盒体的顶部，子阵面由子一个子阵框架、三十二个辐射单元、单元罩、三十二个单通道TR组件、一个发射电源、一个接收电源、一个子阵激励组件、一个子阵波控组件、二级综合网络、二级充气网络构成，辐射单元均固定连接在子阵框架的内部，单元罩固定连接在子阵框架的表面，辐射单元位于单元罩之间，单通道TR组件固定连接在子阵框架远离单元罩的一侧，单通道TR组件固定的位置与单元罩的位置相对应，子阵波控组件固定连接在子阵框架的表面位于子阵框架的侧边位置处，二级综合网络和二级充气网络均固定连接在单通道TR组件的内部，且二级充气网络位于二级综合网络的底部，发射电源固定连接在子阵框架的中间位置处，发射电源位于单通道TR组件、接收电源和子阵激励组件之间，接收电源和子阵激励组件均固定连接在子阵框架远离单元罩的一侧，接收电源和子阵激励组件均位于单通道TR组件之间，，一个子阵框架、三十二个辐射单元、单元罩、三十二个单通道TR组件、一个发射电源、一个接收电源、一个子阵激励组件、一个子阵波控组件、二级综合网络、二级充气网络均固定连接在子阵框架的内部。
作为本发明进一步的方案：所述子阵框架包括子阵骨架、反射网、压板和面板，子阵骨架和反射网均通过四周的压板固定在子阵骨架上表面。
作为本发明进一步的方案：所述一单通道TR组件由壳体、盲插电接口、对外馈电接口和充气嘴构成，从子阵框架后端装入，固定在面板上，单通道TR组件与辐射单元一一对应，前端电接口与辐射单元直接盲插对接。
作为本发明进一步的方案：所述壳体由上壳体、下壳体、密封圈和散热翅片构成，上壳体和下壳体螺接而成，密封圈均固定连接在上壳体和下壳体的表面，散热翅片的表面与下壳体的表面固定连接，充气嘴和对外馈电接口均固定连接在下壳体的表面，充气嘴和对外馈电接口均与二级综合网络和二级充气网络固定连接。
作为本发明进一步的方案：所述子阵骨架采用钢型材拼焊后再机加工成型，反射网为菱形网状结构
作为本发明再进一步的方案：所述其操作步骤如下：
步骤一、子阵面固定连接在盒体的上表面，子阵面间的缝隙通过导电压条覆盖连接，子阵面的内部位模块化设置完毕后；
步骤二、将辐射单元、单元罩、单通道TR组件、发射电源、一个接收电源、子阵激励组件、子阵波控组件、二级综合网络、二级充气网络等阵面设备从子阵框架后端装入并固定在子阵框架内部；
步骤三、内部设备采用自然风冷的冷却方式，子阵框架四周均匀布置了进风口，阵面顶部为镂空的反射网，自然风从框架四周流入，经过盒体内部设备的散热翅片后，从盒体顶部的出风口流出，将盒体内设备产生的热量带走，该冷却方式不需要采用风机，环境适应能力强、可靠性高。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、阵面结构采用了积木式设计方法，通过合理的结构布局及模块划分，将阵面分割为若干个相同的子阵面，子阵面可横向与纵向二维扩展形成大的天线阵面，子阵面的扩展数量可根据实际使用需求确定。子阵面间装有导电压条，以保证整个阵面辐射单元反射面的电连续性。每个子阵面可以独立调试、运输、工作，解决了大型雷达天线阵面运输困难、安装困难、调试周期长的问题。
2、阵面为开放式结构，阵面框架四周均设计有通风孔，框架上表面的反射面板采用采用菱形网状结构，便于阵面内设备通风散热，满足设备自然风冷的要求。该冷却方式不需要采用风机，降低了阵面工作及后期维护成本，节约能源，绿色环保；阵面内布置有充气管路，通过充气设备，将干燥、低盐的洁净空气冲入到设备内部，保持微正压，防止外环境空气(高盐、高湿)进入设备内部，提高了整个雷达的工作可靠性与环境适应性。
附图说明
图1为一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面中一级综合网络和一级充气网络的结构示意图。
图2为一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面中子阵面的二维扩展示意图。
图3为一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面中导电压条的结构示意图。
图4为一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面中子阵面的结构示意图。
图5为一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面中辐射单元和单通道TR组件的结构示意图。
图6为一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面中单元罩的结构示意图。
图7为一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面中子阵框架位置处结构示意图。
图8为一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面中二级充气网络的结构示意图。
图9为一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面中子阵骨架位置处的结构示意图。
图10为一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面中面板的结构示意图。
图11为一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面中压板的结构示意图。
图12为一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面中排水流道的结构示意图。
图13为一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面中盲插电接口位置处的结构示意图。
图14为一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面中对外馈电接口位置处的结构示意图。
图15为一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面中子阵面散热示意的结构示意图。
如图所示：1、子阵面；1-1、子阵框架；1-1-1、子阵骨架；1-1-2、反射网；1-1-3、压板；1-1-4、面板；1-1-4-1、排水流道；1-2、辐射单元；1-3、单元罩；1-4、单通道 TR组件；1-4-1、壳体；1-4-1-1、上壳体；1-4-1-2、下壳体；1-4-1-3、密封圈；1-4-1-4、散热翅片；1-4-2、盲插电接口；1-4-3、对外馈电接口；1-4-4、充气嘴；1-5、发射电源； 1-6、接收电源；1-7、子阵激励组件；1-8、子阵波控组件；1-9、二级综合网络；1-10、二级充气网络；2、导电压条；3、一级综合网络；4、一级充气网络；5、盒体；6、进风口；7、出风口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/ 底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1～15，本发明实施例中，一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面，包括盒体5，盒体5的顶部固定连接有子阵面1，子阵面1的数量为若干个，若干个子阵面1固定连接在盒体5的顶部，子阵面1的数量为若干个，若干个子阵面1固定连接在盒体5的顶部，子阵面1由子一个子阵框架1-1、三十二个辐射单元1-2、单元罩1-3、三十二个单通道TR组件1-4、一个发射电源1-5、一个接收电源1-6、一个子阵激励组件1-7、一个子阵波控组件1-8、二级综合网络1-9、二级充气网络1-10构成，辐射单元1-2均固定连接在子阵框架1-1的内部，单元罩1-3固定连接在子阵框架1-1的表面，辐射单元1-2位于单元罩1-3之间，单通道TR组件1-4固定连接在子阵框架1-1远离单元罩1-3的一侧，单通道TR组件1-4固定的位置与单元罩1-3的位置相对应，子阵波控组件1-8固定连接在子阵框架1-1的表面位于子阵框架1-1的侧边位置处，二级综合网络1-9和二级充气网络1-10均固定连接在单通道TR组件1-4的内部，且二级充气网络1-10位于二级综合网络1-9的底部，发射电源1-5固定连接在子阵框架1-1的中间位置处，发射电源1-5位于单通道TR组件1-4、接收电源1-6和子阵激励组件1-7之间，接收电源1-6和子阵激励组件1-7均固定连接在子阵框架1-1远离单元罩1-3的一侧，接收电源1-6和子阵激励组件 1-7均位于单通道TR组件1-4之间，，一个子阵框架1-1、三十二个辐射单元1-2、单元罩1-3、三十二个单通道TR组件1-4、一个发射电源1-5、一个接收电源1-6、一个子阵激励组件1-7、一个子阵波控组件1-8、二级综合网络1-9、二级充气网络1-10均固定连接在子阵框架1-1的内部，子阵框架1-1包括子阵骨架1-1-1、反射网1-1-2、压板1-1-3和面板1-1-4，面板1-1-4采用功能一体化设计，既作为结构安装板，用于辐射单元1-2、天线罩1-3以及单通道TR组件1-4的安装固定，内部结构又包含了单元罩内冷凝水的排水流道(1-1-4-1)，子阵骨架1-1-1采用钢型材拼焊后再机加工成型，反射网1-1-2为菱形网状结构，镂空式的设计，既降低了子阵面1工作过程中的风阻，又便于子阵面1内设备通风散热，子阵骨架1-1-1和反射网1-1-2均通过四周的压板1-1-3固定在子阵骨架 1-1-1上表面，一单通道TR组件1-4由壳体1-4-1、盲插电接口1-4-2、对外馈电接口1-4-3 和充气嘴1-4-4构成，壳体1-4-1由上壳体1-4-1-1、下壳体1-4-1-2、密封圈1-4-1-3 和散热翅片1-4-1-4构成，上壳体1-4-1和下壳体1-4-1螺接而成，密封圈1-4-1-3均固定连接在上壳体1-4-1和下壳体1-4-1的表面，保证壳体整个腔体的密封性，上壳体 1-4-1-1和下壳体1-4-1-2均为铸造成型，加工成本低，组件散热采用独立的风冷板设计，散热翅片1-4-1-4的表面与下壳体1-4-1的表面固定连接，增强散热效果，充气嘴1-4-4 和对外馈电接口1-4-3均固定连接在下壳体1-4-1的表面，充气嘴1-4-4和对外馈电接口 1-4-3均与二级综合网络1-9和二级充气网络1-10固定连接，从子阵框架1-1后端装入，固定在面板1-1-4上，单通道TR组件1-4与辐射单元1-2一一对应，前端电接口与辐射单元1-2直接盲插对接，避免了因电缆连接引起的电损耗，一个子阵框架1-1、三十二个辐射单元1-2、单元罩1-3、三十二个单通道TR组件1-4、一个发射电源1-5、一个接收电源1-6、一个子阵激励组件1-7、一个子阵波控组件1-8、二级综合网络1-9、二级充气网络1-10均固定连接在子阵框架1-1的内部，子阵面1的表面设置有导电压条2，盒体5 的侧面设置有进风口6，盒体5的顶部对应子阵面1的位置处设置有出风口7，盒体5的内部设置有一级综合网络3和一级充气网络4，一级综合网络3与一级充气网络4实现子阵面1间射频信号、供配电信号及干燥空气的传输分配，其操作步骤如下：
步骤一、子阵面1固定连接在盒体5的上表面，子阵面1间的缝隙通过导电压条2覆盖连接，子阵面1的内部位模块化设置完毕后；
步骤二、将辐射单元1-2、单元罩1-3、单通道TR组件1-4、发射电源1-5、一个接收电源1-6、子阵激励组件1-7、子阵波控组件1-8、二级综合网络1-9、二级充气网络1-10 等阵面设备从子阵框架1-1后端装入并固定在子阵框架1-1内部；
步骤三、内部设备采用自然风冷的冷却方式，子阵框架1-1四周均匀布置了进风口6，阵面顶部为镂空的反射网1-1-2，自然风从框架四周流入，经过盒体5内部设备的散热翅片1-4-1-4后，从盒体5顶部的出风口7流出，将盒体5内设备产生的热量带走，该冷却方式不需要采用风机，环境适应能力强、可靠性高
在使用时，子阵面1固定连接在盒体5的上表面，子阵面1间的缝隙通过导电压条2覆盖连接，一个子阵框架1-1、三十二个辐射单元1-2、单元罩1-3、三十二个单通道TR 组件1-4、一个发射电源1-5、一个接收电源1-6、一个子阵激励组件1-7、一个子阵波控组件1-8、二级综合网络1-9、二级充气网络1-10均固定在子阵面1的内部，在盒体5的顶部设置有若干组，采用积木式设计方法进行模块化安装，一个子阵框架1-1、三十二个辐射单元1-2、单元罩1-3、三十二个单通道TR组件1-4、一个发射电源1-5、一个接收电源1-6、一个子阵激励组件1-7、一个子阵波控组件1-8、二级综合网络1-9、二级充气网络1-10均固定连接在子阵框架1-1的内部，将辐射单元1-2、单元罩1-3、单通道TR 组件1-4、发射电源1-5、一个接收电源1-6、子阵激励组件1-7、子阵波控组件1-8、二级综合网络1-9、二级充气网络1-10等阵面设备从子阵框架1-1后端装入并固定在子阵框架1-1内部，内部设备采用自然风冷的冷却方式，子阵框架1-1四周均匀布置了进风口6，阵面顶部为镂空的反射网1-1-2，自然风从框架四周流入，经过盒体5内部设备的散热翅片1-4-1-4后，从盒体5顶部的出风口7流出，将盒体5内设备产生的热量带走，该冷却方式不需要采用风机，环境适应能力强、可靠性高。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，且本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面，包括盒体(5)，其特征在于，所述盒体(5)的顶部固定连接有子阵面(1)，子阵面(1)的表面设置有导电压条(2)，盒体(5)的侧面设置有进风口(6)，盒体(5)的顶部对应子阵面(1)的位置处设置有出风口(7)，盒体(5)的内部设置有一级综合网络(3)和一级充气网络(4)。
2.根据权利要求1所述的一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面，其特征在于，所述子阵面(1)的数量为若干个，若干个子阵面(1)固定连接在盒体(5)的顶部，子阵面(1)由子一个子阵框架(1-1)、三十二个辐射单元(1-2)、单元罩(1-3)、三十二个单通道TR组件(1-4)、一个发射电源(1-5)、一个接收电源(1-6)、一个子阵激励组件(1-7)、一个子阵波控组件(1-8)、二级综合网络(1-9)、二级充气网络(1-10)构成，辐射单元(1-2)均固定连接在子阵框架(1-1)的内部，单元罩(1-3)固定连接在子阵框架(1-1)的表面，辐射单元(1-2)位于单元罩(1-3)之间，单通道TR组件(1-4)固定连接在子阵框架(1-1)远离单元罩(1-3)的一侧，单通道TR组件(1-4)固定的位置与单元罩(1-3)的位置相对应，子阵波控组件(1-8)固定连接在子阵框架(1-1)的表面位于子阵框架(1-1)的侧边位置处，二级综合网络(1-9)和二级充气网络(1-10)均固定连接在单通道TR组件(1-4)的内部，且二级充气网络(1-10)位于二级综合网络(1-9)的底部，发射电源(1-5)固定连接在子阵框架(1-1)的中间位置处，发射电源(1-5)位于单通道TR组件(1-4)、接收电源(1-6)和子阵激励组件(1-7)之间，接收电源(1-6)和子阵激励组件(1-7)均固定连接在子阵框架(1-1)远离单元罩(1-3)的一侧，接收电源(1-6)和子阵激励组件(1-7)均位于单通道TR组件(1-4)之间，，一个子阵框架(1-1)、三十二个辐射单元(1-2)、单元罩(1-3)、三十二个单通道TR组件(1-4)、一个发射电源(1-5)、一个接收电源(1-6)、一个子阵激励组件(1-7)、一个子阵波控组件(1-8)、二级综合网络(1-9)、二级充气网络(1-10)均固定连接在子阵框架(1-1)的内部。
3.根据权利要求2所述的一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面，其特征在于，所述子阵框架(1-1)包括子阵骨架(1-1-1)、反射网(1-1-2)、压板(1-1-3)和面板(1-1-4)，子阵骨架(1-1-1)和反射网(1-1-2)均通过四周的压板(1-1-3)固定在子阵骨架(1-1-1)上表面。
4.根据权利要求2所述的一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面，其特征在于，所述一单通道TR组件(1-4)由壳体(1-4-1)、盲插电接口(1-4-2)、对外馈电接口(1-4-3)和充气嘴(1-4-4)构成，盲插电接口(1-4-2)、对外馈电接口(1-4-3)和充气嘴(1-4-4)均相互错开的固定连接在单通道TR组件(1-4)的表面，从子阵框架(1-1)后端装入，固定在面板(1-1-4)上，单通道TR组件(1-4)与辐射单元(1-2)一一对应，前端电接口与辐射单元(1-2)直接盲插对接。
5.根据权利要求4所述的一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面，其特征在于，所述壳体(1-4-1)由上壳体(1-4-1-1)、下壳体(1-4-1-2)、密封圈(1-4-1-3)和散热翅片(1-4-1-4)构成，上壳体(1-4-1)和下壳体(1-4-1)螺接而成，密封圈(1-4-1-3)均固定连接在上壳体(1-4-1)和下壳体(1-4-1)的表面，散热翅片(1-4-1-4)的表面与下壳体(1-4-1)的表面固定连接，充气嘴(1-4-4)和对外馈电接口(1-4-3)均固定连接在下壳体(1-4-1)的表面，充气嘴(1-4-4)和对外馈电接口(1-4-3)均与二级综合网络(1-9)和二级充气网络(1-10)固定连接。
6.根据权利要求3所述的一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面，其特征在于，所述子阵骨架(1-1-1)采用钢型材拼焊后再机加工成型，反射网(1-1-2)为菱形网状结构。
7.根据权利要求1所述的一种可扩展开放式有源相控阵天线阵面，其特征在于，所述其操作步骤如下：
步骤一、子阵面(1)固定连接在盒体(5)的上表面，子阵面(1)间的缝隙通过导电压条(2)覆盖连接，子阵面(1)的内部位模块化设置完毕后；
步骤二、将辐射单元(1-2)、单元罩(1-3)、单通道TR组件(1-4)、发射电源(1-5)、一个接收电源(1-6)、子阵激励组件(1-7)、子阵波控组件(1-8)、二级综合网络(1-9)、二级充气网络(1-10)等阵面设备从子阵框架(1-1)后端装入并固定在子阵框架(1-1)内部；
步骤三、内部设备采用自然风冷的冷却方式，子阵框架(1-1)四周均匀布置了进风口(6)，阵面顶部为镂空的反射网(1-1-2)，自然风从框架四周流入，经过盒体(5)内部设备的散热翅片(1-4-1-4)后，从盒体(5)顶部的出风口(7)流出，将盒体(5)内设备产生的热量带走，该冷却方式不需要采用风机，环境适应能力强、可靠性高。
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