旋转组合在国内外雷达系统中的应用与未来发展趋势

张瑞珏++赵克俊++康成彬++郑传荣

摘 要：随着雷达系统的多样化发展，各种旋转组合在雷达系统中的应用越来越频繁。旋转组合是雷达体系的核心组成部分，它的任务是使雷达系统固定端和旋转端之间各种电信号，光学信号，液体或气体介质不间断旋转传输。旋转组合一般由电滑环模块，旋转关节模块，光滑环模块，非接触传输模块，液体旋转传输模块等组成。该文首先分析了旋转组合各个模块技术的发展，并结合国内外先进的旋转组合技术，阐述了旋转组合的发展现状，最后指出了旋转组合的未来发展趋势。

关键词：旋转组合 电滑环 非接触传输 雷达系统

中图分类号：TN959 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（b）-0026-02

近年来，雷达系统中旋转组合的战略价值已经受到许多国家的重视，多功能旋转组合成为各国近期研究的热点。美国、俄罗斯、欧洲、日本等国家和地区都投入大量的经费，积极开展多功能旋转组合的技术研究。从总体上看，国外各种新型旋转组合技术还处于关键技术攻关和试验验证阶段。

如图1所示，旋转组合是雷达系统中连接设备方舱与天线的旋转传输装置，它的任务是使固定端和旋转端之间各种电信号，光学信号，电能或液体或气体介质旋转传输。

1 旋转组合基本模块

旋转组合是由多个单独的模块组成，下文将重点介绍几个常用的模块。

1.1 电滑环模块

大部分旋转组合中的电滑环模块都使用传统的柱式汇流来实现的。柱式汇流环是雷达设备的关键部件，其作用是使雷达旋转部分与固定部分之间形成功率和数据信号连续传输，柱式汇流环主要有贵金属刷丝（图2左）和石墨电刷（图2右）两种接触形式。

电滑环模块中的贵金属刷丝汇流环使用金属刷丝作为接触摩擦副，具有高性能、高可靠、体积小、重量轻等特点，被广泛用来传输数据信号。随着国内金属刷丝性能的提高以及导电环表面处理工艺的稳定，采用金属刷丝制造的汇流环寿命可以满足雷达10年使用周期内汇流环免维护的要求，该种汇流环近来得到了广泛应用，特别是应用在空间雷达上。

电滑环模块中功率汇流环大部分都是采用银石墨电刷作为接触摩擦副，银石墨电刷是采用粉末冶金的方法制造成的滑动接触副，其主要特点是自润滑性好，接触面积大，传输能力强，但是体积较大、落粉较多，需定期维护，使得该汇流环在航空雷达上使用受到一定的限制。

1.2 旋转关节模块

旋转关节是机械扫描雷达系统中不可缺少的关键器件，它的作用是在雷达天线转动过程中实现微波信号的正常传输。根据旋转关节的空间转动作用，可分为俯仰旋转关节、方位旋转关节和横滚旋转关节；根据旋转关节的微波传输通道，可分为单路旋转关节、双路旋转关节和多路旋转关节。随着雷达技术的发展，对旋转关节的要求越来越高，不仅要满足小损耗、低驻波高功率的需求，同时还要求旋转关节在转动过程中幅度、相位和驻波的起伏足够小。

1.3 多通道光纤滑环模块

在旋转的天线与雷达底座之间的通信数据连接中，天线阵面与控制中心之间对光信号的动态连接需要多通道光纤滑环模块实现；此外机载、舰载、车载多功能武器火控系统、陆海空三军的全方位目标定位系统、军用机器人等也需要多通道光纤滑环模块来实现大量控制信息和图像音频信息的传输。

1.4 非接触传输模块

如图3所示，是国外某种用于以太网的非接触双向数据传输新模块（标准支持：10BASE-T，100BASE-TX，1000BASE-T，直径为16 mm）。该模块将按照目前的以太网标准和双工模式（全双工或半双工）自动识别并选择连接的设备。这种不同直径的模块将是未来旋转组合标准的组成模块之一。

1.5 液体旋转传输模块

液体旋转传输模块在雷达冷却系统中起旋转连接作用。是将庞大的固定冷却水源（水箱）的冷却液提供到转动的天线阵面高频箱设备冷却系统的关节，并确保冷却液的循环流通。如图4所示为国内雷达系统中比较成熟一种的液体旋转传输模块，该液体旋转传输模块由动环、定环、进水口、出水口、回水进口、回水出口、密封圈组合等组成。动环中间有一个直径很大的通孔，用来连接铰链上下之间的光纤、同轴电缆和汇流环线束。液体旋转传输模块的关键技术就是在满足总体及冷却系统工作压力，流量要求的前提下，解决动环与定环之间的旋转动密封可靠，选择行之有效的密封圈型式，确定接触面的粗糙度，密封圈的压缩量以及提高密封效果与寿命。

2 雷达系统中旋转组合的应用

如图5所示，SPINNER公司设计的多功能旋转组合包括电滑环，液体旋转关节模块，干燥空气旋转传输模块，双通道非接触式以太网传输模块，一个6通道的多通道光纤滑环模块，以及一个14位的编码器组成。通过各个模块高度集成的设计，整个旋转组合就实现了一个非常紧凑的设计，目前用于国外多个天气检测雷达系统和航管雷达系统中。

3 结语

当今世界雷达技术发展日新月异，各种体制雷达对旋转传输的关键部件——旋转组合提出了各种不同的需求。我们必须学习国内外新型雷达旋转组合研发经验，结合自己的优势积极探索，实现以多通道光纤滑环模块，以太网传输模块，液体旋转传输模块为代表的新型旋转组合，同时随着非接触传输相关关键技术的突破新型复合式旋转组合必将孕育而生。

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