某型号雷达一体化电子设备方舱设计概述

刘继承

摘 要 文章介绍了某型号雷达电子设备方舱的研制思路，针对其技术指标要求进行了详细考虑，通过对结构设计的优化，解决了电磁屏蔽、天线方舱一体化等难点，通过有限元分析方舱的力学性能，最后通过屏蔽测试验证了电子设备方舱的屏蔽性能。作为典型的一体化方舱，其成功的设计和优良的使用效果，对于指导同类方舱设计思路来说，具有一定的参考和借鉴价值。

关键词 电磁屏蔽;一体化方舱;有限元分析

引言

电子设备方舱是雷达系统的重要组成部分，某型号雷达采用一体化设计，天线通过支架集成在电子设备方舱上。同时方舱电磁屏蔽要求达到60dB以上，为了达到以上指标，方舱屏蔽设计和力学性能是设计中考虑的重点。

1电子方舱结构及屏蔽考虑

1.1 电子方舱结构概述

电子方舱采用四米方舱，舱内布局遵循精巧、整洁、实用的原则，方舱分为电子设备操作室和发射机室两个部分，电子设备操作室安装显示机柜和综合机柜，发射机室安装四个发射机柜和水冷机柜。由于发射机系统工作时的噪音较大，会影响电子设备操作人员的工作，因此在二个室中间设置隔墙，工作时二个室完全隔开;为了便于操作人员进入发射机室以及工作时观察发射机工作状态，隔墙中设一带观察窗的门。方舱布局如图1所示：

1.2 方舱电磁屏蔽考虑

（1）方舱舱体及材料的屏蔽设计

方舱舱体的基本结构为大板和金属构件拼接

而成。方舱大板是将加工好的聚氨酯泡沫板、金属框架、断热桥、金属面板涂上胶，通过真空加压粘接而成。方舱舱门采用双刀四簧片的结构形式。门和门框均采用迷宫式铝型材结构，铝型材均导电氧化，保持良好的导电性能。

方舱制作材料的厚度当金属板的厚度大于趋肤深度时，才能有效阻止电磁波对金属板的穿透能力。铝材料相对导电率较低δ≈0.61，相对磁导率高μ ≈ 1。

趋肤深度

式中 f ——电磁波频率

μ ——金属板的磁导率

σ ——金属板的电导率

根据式（1）计算可知，频率在10～1GHz范围内，选用厚度为3mm的铝板就能有效阻止电磁波的穿透。

（2）方舱孔口处的屏蔽设计[1]

方舱通风处安装钢制镀锡的波导通风窗，波导通风窗是由加框架的蜂窝状芯材构成，在保证高效通风前提下，利用波导高通滤波原理对电磁波进行屏蔽。

电源线出口处安装电源干扰滤波器。滤波器的作用就是仅允许工作必需的信号频率通过，而对工作不必要的信号频率有很大的衰减作用，这样就使产生干扰的机会减到最少。

天线支架采用桁架结构，该结构具有承载能力强、重量轻和结构简单等优点。支架安装在方舱前壁，与舱体构成一体化结构，在支架安装位置增加埋铁以加强此处的刚强度

2电子方舱通风散热

为了使舱内环境温度适合工作人员和设备散热的需要，方舱装有分体式空调，通过计算方舱制冷冷负荷来选择具体型号的空调。

根据方舱实际使用环境和工况，制冷冷负荷主要包括下列各项：

①通过方舱的环境热渗透P1;②太阳辐射热P2;③电子设备耗散功率P3;④人体散热P4;⑤照明散热P5;⑥开门泄露热P6。

2.1 各项冷负荷计算

（1）通过舱体的环境热渗透

所以选用额定制冷量为7kW的空调。

因为方舱分为二个室，所以空调选择一拖二型式，根据二个室设备发热情况，电子设备操作室安装2kW室内机，发射室安装5kW室内机。

3结构有限元分析

3.1 建立方舱有限元模型[2]

将几何模型导入到Hyper Mesh中进行有限元网格的划分，建立舱体有限元模型。划分网格时，全部采用3D单元，其中，模型的节点数为1019867个，三维单元的总数为748111个。

3.2 工作状况分析

方舱工作时，前面的天线支架收到天线的重力，天线载荷500kg。有限元模型中，载荷加载于支架的受力面上。

方舱固定在车上，故在有限元分析时，约束其底面上各铝管骨架各节点的自由度，如图2所示。

3.3 有限元分析求解

在HyperMesh中将所建立的有限元模型以.inp格式输出，运用ANSYS软件进行求解，在

ANSYS中进行后处理，得到方舱的位移及应力云图。

3.4 有限元分析结果

当施加载荷时，方舱变形最大位移为0.06718mm，发生在舱体靠天线支架的地方，最大应力为6.789Mpa。当舱体骨架为50×39×2的铝型材和50×40×2的钢型材，中间填充泡沫时，最大变形发生在靠近舱体凸台的地方，最大变形0.06718mm，变形量比较小，其工作过程中最大应力也小于铝或钢的许用应力。综合以上考虑，方舱设计满足刚度、强度要求。

4屏蔽试验结果

我们依据GJB2093-94（军用方舱通用试验方法）和GB12190（高性能屏蔽室的測试方法）对方舱进行了电磁屏蔽效能测试，测试频段为150KHz～10GHz，测试分6个区和25个点。测试结果显示方舱整体屏蔽性能达到了60dB。

5结束语

本文介绍了某型号雷达一体化电子设备方舱的研制过程，通过对方舱布局、结构设计的优化，解决了电磁屏蔽、天线方舱一体化等难点，通过有限元分析验证了方舱的力学性能，最后通过屏蔽测试验证了电子设备方舱的屏蔽性能。作为典型的一体化方舱，其成功的设计和优良的使用效果，对于指导同类方舱设计思路来说，具有一定的参考和借鉴价值。

参考文献

[1] 邱成悌，赵惇殳，蒋全兴.电子设备结构设计原理[M].南京：东南大学出版社，2005：16-18.

[2] 杨克俊.电磁兼容原理与设计技术[M].北京：人民邮电出版社，2004：35-38.