CN216251130U - 一种相控阵天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种相控阵天线，包括采用碳纤维材料制成的天线壳体，所述天线壳体包括壳体主体和盖板，壳体主体内安装有发射组件、接收组件、发射控制器、接收控制器、电源、防雷装置、滤波器和变频器，发射控制器和发射组件电连接，所述接收控制器和接收组件电连接，所述变频器和发射组件和接收组件电连接，所述发射组件、接收组件、发射控制器、接收控制器、防雷装置、滤波器和变频器均与电源电连接；所述壳体主体安装发射组件和接收组件的安装面空出发射组件的发射辐射阵面及接收组件的接收辐射阵面；所述盖板盖合在壳体主体的开口处。本相控阵天线具有结构简单、可靠性高、重量轻、防腐性能好的优点，且满足散热和电磁屏蔽的性能要求。

Description

一种相控阵天线

技术领域

本实用新型涉及天线结构，具体涉及一种相控阵天线。

背景技术

传统的相控阵天线结构材料大多采用铝合金材料，虽然生产制造工艺成熟，但在机载环境时重量重会影响飞机航程、海洋环境时防腐性能较差会大大限制了产品的运用范围。因此满足电性能需求的情况下，设计出一种结构简单、可靠性高、重量轻、防腐性能好的天线具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种相控阵天线，具有结构简单、可靠性高、重量轻、防腐性能好的优点。

实现本实用新型目的的技术专利为：一种相控阵天线，包括采用碳纤维材料制成的天线壳体，所述天线壳体包括壳体主体和盖板，壳体主体内安装有发射组件、接收组件、发射控制器、接收控制器、电源、防雷装置、滤波器和变频器，所述发射控制器和发射组件电连接，所述接收控制器和接收组件电连接，所述变频器和发射组件和接收组件电连接，所述发射组件、接收组件、发射控制器、接收控制器、防雷装置、滤波器和变频器均与电源电连接；所述壳体主体安装发射组件和接收组件的安装面空出发射组件的发射辐射阵面及接收组件的接收辐射阵面；所述盖板盖合在壳体主体的开口处。

进一步的，所述天线壳体内部预埋有金属片并布有一层铜网，设有安装孔的地方铜网裸露。

进一步的，所述铜网采用直径为0.1mm的铜。

进一步的，所述发射组件的各阵列间设置有发射组件风道，发射组件两端均设有风扇，所述接收组件的各阵列间设置有接收组件风道，接收组件的一端设有风扇。

进一步的，所述壳体主体和盖板上设有通风孔。

进一步的，所述发射组件、接收组件、发射控制器、接收控制器、电源、防雷装置、滤波器和变频器均设有密闭壳体；所述电连接采用带有电磁屏蔽功能的插座和屏蔽线缆连接。

进一步的，所述密闭壳体采用铝合金7075。

进一步的，所述壳体主体为一体式设计，壳体主体上设有安装孔，安装孔位置预埋片型螺母，所述壳体主体与开口对应的一面通过螺栓固定在待固定装置上。

进一步的，所述电源位于壳体主体的中间位置，接收组件、接收控制器和变频器位于电源一侧，发射组件、发射控制器、防雷装置、滤波器位于电源另一侧，防雷装置、滤波器位于发射组件的一侧。

进一步的，所述盖板通过螺钉盖合在壳体主体的开口处。

本实用新型与现有技术相比，其显著效果为：本实用新型的天线壳体采用碳纤维材料，具有重量轻、耐腐蚀、耐高温、电磁屏蔽效能好的优点；本实用新型整机安装方式成倒装结构，盖板通过螺钉盖合在壳体主体的开口处，降低加工和装拆难度，提高产品可靠性，降低维修难度，保障装配人员的人身安全；本实用新型的接收组件和发热组件设有风扇和风道，天线壳体设有通风孔，调高散热性能；本实用新型各模块采用封闭壳体，各模块通过电磁屏蔽功能的插座和屏蔽线缆电性连接，提高电磁屏蔽性能；本实用新型的壳体主为一体化设计，大大减少安装螺钉，体降低设备的总重量，有利于提高飞机续航能力。

附图说明

图1为本实用新型天线结构图。

图2为本实用新型天线整体示意图。

图3为本实用新型发射组件结构图。

图4为本实用新型接收组件结构图。

图中：1-天线壳体，2-发射组件，3-接收组件，4-发射控制器，5-接收控制器，6-电源，7-防雷装置，8-滤波器，9-变频器，10-发射组件风道，11-发射组件风扇，12-接收组件风扇，13接收组件风道。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术专利进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

针对传统相控阵天线结构重量重、防腐性差、可靠性差的问题，从结构设计的角度出发，对重量比重较大的天线壳体1进行全新的结构设计。

基于此，本专利的相控阵天线壳体1采用质轻、强度高、模量高、耐高温、耐腐蚀的材料——碳纤维。

本专利充分考虑相控阵天线的工作环境，设计出一种采用碳纤维的相控阵天线结构，该天线结构的最大优势在于重量轻、耐腐蚀、耐高温、电磁屏蔽效能好，该相控阵天线包括天线壳体1，天线壳体1包括一面具有开口的壳体主体和盖板，盖板通过螺钉盖合在壳体主体的开口处，天线壳体1内设有发射组件2、接收组件3、发射控制器4、接收控制器5、电源6、防雷装置7、滤波器8及变频器9组成，发射控制器4安装发射组件2上，与其电性连接，对发射组件2进行信号控制，接收控制器5和变频器9安装在接收组件3上，所述接收控制器5与接收组件3电性连接，对接收组件3进行信号控制，所述电源6对整机内各模块进行供电，所述防雷模块7避免整机各模块收到雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏；所述滤波器8对电源6的信号进行滤波处理；所述变频器9用于把外部输入的中频信号变换成发射组件和接收组件的射频信号；电源6位于壳体主体的中间位置，接收组件3、接收控制器5和变频器9位于电源6一侧，发射组件2、发射控制器4、防雷装置7、滤波器8位于电源6另一侧，防雷装置7、滤波器8位于发射组件2的一侧，所述各模块整齐排列。

在如图1、2所示，由于碳纤维材料为各向异性材料，与金属材料有很大差异，结构设计时强度问题也应重点考虑，由于碳纤维为复合材料，表面几乎不导电，但各模块之间及天线整机对外部会产生干扰，故结构设计时电磁屏蔽是主要问题；由于热耗大、结构紧凑，且碳纤维材料自身的散热能力较差，因此结构设计时热设计也是主要问题；具体设计步骤如下：

1、整机结构设计

为了便于装拆和维修，将整机安装方式成倒装结构，即天线整机通过天线壳体1上的10个固定于飞机上，如图2所示，天线壳体1主体各尺寸均经过强度优化设计，采用碳纤维材料，然后开模加工，大大减少安装螺钉，后期维修装拆只需打开盖板即可，提高产品可靠性；

所述天线壳体1复合材料内部预埋金属片，以增强整体的刚强度；内部模块结构件材料均选用耐腐蚀、刚强度好的铝合金7075；

所述天线壳体1上螺纹孔采用预埋螺母的方式，固化于天线壳体1内部成为一个整体；

所述整机通过天线壳体1上10个孔安装于飞机内部机架上。

2、强度设计

天线壳体制造过程中预埋金属片以增加整体的强度，安装孔位置预埋片型螺母使螺纹与壳体形成一个整体，增强的产品可靠性；内部模块设计过程中尽量挖去多余的结构，以减轻天线壳体的负荷；设计初期，用仿真软件对整件进行强度分析，找出薄弱环节进行优化。

3、热设计

由于天线整机结构紧凑且散热模块较多，热源主要分布于发射组件2、接收组件3和电源6，由于发射组件2最大，故在发射组件2各阵列间设置发射组件风道10，并各阵列间设置发射组件风道10各安装4个40×40×28的发射组件风扇，两端发射组件风扇11一吹一吸，接收组件3各阵列间同样设置接收组件风道13，一端安装6个40×40×10的接收组件风扇12吹风实现散热，在该端吹风；其中电源6为可从市面购买的自带散热功能的电源，电源6的散热元器件上下两面均设计散热齿，用1个60×60×25的风扇对散热齿吸风，同时电源散热元件安装背面设计散热齿增加辐射面积，电源6自带风扇吸风散热，同时在天线壳体1风道两头及盖板均开孔，有利于冷热气流互换；

所述天线壳体1的侧面及盖板设有通风孔，既要有利于散热，又要满足电磁兼容要求；兼顾刚强度、散热及电磁兼容确定其直径4，间距10错开分布；

整机顶面发射组件2的发射辐射阵面及接收组件3的接收辐射阵面在对应天线壳体1位置处空出，有利于信号的发射与接收；

所述发射组件2及接收组件3，均经过仿真计算确定发射组件风扇11和接收组件风扇12型号及个数；

设计过程中通过热仿真软件进行模拟，选择不同风向、开孔率、散热齿间距、齿高及风扇型号，优化热设计。

4、电磁屏蔽设计

在结构上将各个模块设计成独立的密闭腔体，避免模块之间的干扰。模块间连接采用带有电磁屏蔽功能的插座，避免对外部干扰。天线壳体1制造过程中，在其内部布一层细密的铜网后再刷胶固化，散热孔直径和间距经过电磁屏蔽计算，且在与内部模块安装孔处铜网裸露，以保证内部模块的接地，避免整机对外部的干扰。天线壳体1内部密布直径0.1mm的铜网以实现整机的电磁屏蔽，与模块间导电接触部位采取裸露铜网的方式。

Claims (10)

1.一种相控阵天线，其特征在于，包括采用碳纤维材料制成的天线壳体(1)，所述天线壳体(1)包括壳体主体和盖板，壳体主体内安装有发射组件(2)、接收组件(3)、发射控制器(4)、接收控制器(5)、电源(6)、防雷装置(7)、滤波器(8)和变频器(9)，所述发射控制器(4)和发射组件(2)电连接，所述接收控制器(5)和接收组件(3)电连接，所述变频器(9)和发射组件(2)、接收组件(3)电连接，所述发射组件(2)、接收组件(3)、发射控制器(4)、接收控制器(5)、防雷装置(7)、滤波器(8)和变频器(9)均与电源(6)电连接；所述壳体主体安装发射组件(2)和接收组件(3)的安装面空出发射组件(2)的发射辐射阵面及接收组件(3)的接收辐射阵面；所述盖板盖合在壳体主体的开口处。

2.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述发射组件(2)的各阵列间设置有发射组件风道(10)，发射组件(2)两端均设有风扇，所述接收组件(3)的各阵列间设置有接收组件风道(13)，接收组件(3)的一端设有风扇。

3.根据权利要求2所述的相控阵天线，其特征在于，所述壳体主体和盖板上设有通风孔。

4.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述发射组件(2)、接收组件(3)、发射控制器(4)、接收控制器(5)、电源(6)、防雷装置(7)、滤波器(8)和变频器(9)均设有密闭壳体；所述电连接采用带有电磁屏蔽功能的插座和屏蔽线缆连接。

5.根据权利要求4所述的相控阵天线，其特征在于，所述密闭壳体采用铝合金7075。

6.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述壳体主体为一体式设计，壳体主体上设有安装孔，安装孔位置预埋片型螺母，所述壳体主体与开口对应的一面通过螺栓固定在待固定装置上。

7.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述天线壳体(1)内部预埋有金属片并布有一层铜网，设有安装孔的地方铜网裸露。

8.根据权利要求7所述的相控阵天线，其特征在于，所述铜网采用直径为0.1mm的铜。

9.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述电源(6)位于壳体主体的中间位置，接收组件(3)、接收控制器(5)和变频器(9)位于电源(6)一侧，发射组件(2)、发射控制器(4)、防雷装置(7)、滤波器(8)位于电源(6)另一侧，防雷装置(7)、滤波器(8)位于发射组件(2)的一侧。

10.根据权利要求1～9任一所述的相控阵天线，其特征在于，所述盖板通过螺钉盖合在壳体主体的开口处。

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