某机动式雷达天线的结构设计

张瑞珏 赵克俊 郑建超 王向伟

摘 要：随着雷达技术的飞速发展，雷达系统对作为发射和接收电磁波主体的天线系统提出了更高的要求。某新型机动式雷达天线具有阵面尺寸小、设备高度集成、抗风载荷能力要求高以及机动时间要求比较短等特点，文章通过对于该天线系统结构的优化设计，缩短了研制周期，达到了指标要求。

关键词：波导裂缝阵；天线；骨架

1 概述

波导裂缝阵天线作为天线的一种已经在多种雷达系统中广泛使用[1]。波导裂缝阵天线的阵面口径电场幅度和相位分布能精确地控制，且波导传输功率容量大，损耗小，因而容易实现高增益、低副瓣、窄波束的要求，同时这种天线体积小，仅为相应反射面天线的1/5～1/10，故能便于作为机载雷达天线阵面弹载雷达天线阵面和各种机动式雷达的天线阵面。

2 天线的布局组成

对于天线的主要组成部分波导裂缝阵面来说，其天线阵面的平面度影响着天线的增益、副瓣、指向精度等电气指标，是天线结构设计的主要指标，而波导裂缝阵本身没有足够的刚性，所以天线阵面平面度主要依靠其载体天线框架的刚性来保证。因此波导裂缝阵列天线的结构设计主要在于天线框架的结构设计。我们首先首先根据总体要求排列波导裂缝阵列，从而确定天线骨架的外形尺寸。初步选取天线骨架材料，再根据载荷要求及支撑条件进行详细的力学计算，从而最终确定天线骨架的结构形式[2]。

如图1所示，我们设计的天线阵面以天线骨架为主体。裂缝波导，馈电波导，负载等以天线骨架为依托，有效集成于一体，刚强度良好，天线电口径能有效保证，同时将雷达前端包括信号处理模块，波束控制模块，T/R组件，电源等集成到天线骨架背板上，有利于雷达整体防护，也有利于环控措施处理。T/R就近布置于天线电接口处，减少了电讯损耗。

图1 天线整体布局

天线阵面背部内安装有大量的电子设备，天线阵面结构设计既要考虑这些电子设备的布局，安装，走线，维修等要求，同时也要使天线结构具有足够的刚强度，满足雷达电性能指标以及使用环境的需求，如图2所示为天线骨架背部设计图。

图2 天线骨架背部设计

3 天線风载荷分析

图3 天线受力图

天线所受的载荷很多，大致有以下几种类型：风力、裹冰及积雪载荷、天线运动时的惯性载荷、自重、温度载荷及其他载荷等。对于我们设计的机动式雷达来说由于其独有的特性，考虑到天气因素和工作环境，因此在进行天线的载荷分析时，只考虑风力载荷对天线的影响[3]。如图3所示，当设备在生存风速下时校核雷达的稳定性，此时设备的总迎风面积包括天线和车辆单元之和[4]，最大风阻力系数取Cx=1.4，风速v=25m/s。

天线所受风力为：

F天线风=Cx·q·A天线=2186.6N

风力所产生的倾覆力矩为：

M风=F天线风×1.824=3988.4N·m

重力相对于三角架的重力矩为：

M=G×0.74=364.78N·m

因需要重力矩大于风力矩，即

M>M风

所以可以计算出配重为：

G配>（M风-M）/（0.299×10）=（3988.4-364.78）/2.99=1211.9kg

4 结束语

机动式雷达天线由于体积小，设备高度集成、因此该天线的设计采用集成的设计理念和方法。在设计中CAD、ProE等设计软件综合使用、反复优化，及时对设计进行力学仿真和热分析，同时在设计过程中优化考虑可制造性，大大降低后期制造难度。通过对该天线结构设计时所进行的稳定性分析计算表明，该天线结构设计安全性满足了设计要求，并且通过了工厂鉴定有关试验的验证，可以满足多种机动式雷达的应用需求。

参考文献

[1]张雪芹.雷达信号的光汇流环传输技术[J].火控雷达技术，2001，3：57-60.

[2]R.S.Elliott.The Design of Waveguide-Fed Slot Ar-rays[M].Antenna Handbook，New York Van Nos-trand Reinhold，1988.

[3]段宝岩.天线结构分析优化与测量[M].西安：西安电子科技大学出版社，1998.

[4]房建斌.机动式车载雷达稳定性设计分析[J].电子机械工程，2004，20（1）：24-26.