某毫米波雷达天线系统结构设计与分析
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【摘 要】毫米波天线是雷达等现代化设备发射和接受信息的核心部分，因而对毫米波天线的系统要求非常高。论文叙述了某毫米波雷达天线系统结构设计方案，并分别从刚性和强度进行分析验证，确认天线系统的安装情况，以期能够为后来的毫米波雷达天线系统的结构设计提供一些有效的参考。
【Abstract】Millimeter wave antenna is the core part of transmitting and receiving information of modern equipment such as radar， so the requirement of millimeter wave antenna system is very high. This paper describes the design scheme of a millimeter wave radar antenna system structure， and analyzes and verifies the installation of the antenna system from the aspects of rigidity and strength respectively， so as to provide some effective references for the structural design of millimeter wave radar antenna system.
【關键词】毫米波雷达;天线系统;结构设计;仿真分析
【Keywords】 millimeter wave radar; antenna system; structural design; simulation analysis
【中图分类号】TN9 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2019）06-0156-02
1 引言
毫米波雷达有着雷达波束窄、角分辨力高、频带宽、隐蔽性好、抗干扰能力强、体积小、重量轻等优点，在当今时代有着极为重要的意义。而天线系统作为雷达的核心部分，其结构设计决定了整个雷达的整体性能和可靠性。所以为了保证整个天线系统的设计能够正常有效的运行，对整个设计进行事前分析是必不可少的。
2 结构设计
2.1 集成架构设计
一般来说，天线系统按照其设备组成模块的功能可分为阵列收发单元和综合处理单元。在进行集成架构设计时，两个单元资源可采用电缆进行连接，让天线系统仅电源和数字收发2个功能模块具有外接口，这种集成架构设计可增加雷达的机动性能[1]。
2.2 多级射频盲配互联设计
现如今，多级射频盲配互联技术已经被广泛地应用在各种高密度的集成设备当中，这种技术也同样可以应用在毫米波雷达天线系统的设计当中，从而提高整个天线系统的连接性和可靠性，还能极大地降低整个天线系统的结构尺寸、重量和插损。这种设计是使用天线阵面和TR组件之间、TR组件和功分组件网络之间的射频互联结构，通过不断优化整个天线系统的结构形式，进而实现各级模块之间的射频连接[2]。
2.3 功能结构一体化设计
如果在天线系统的设计当中采用了功能结构一体化设计技术，可以有效地减少零部件的使用数量，进而有效地减少整个天线系统的空间尺寸和整体重量。这种设计的根据是天线系统的天线阵面一般采用铝合金制作而成，其有着良好的结构支持能力，所以既可以作为功能模块，也可以作为结构模块。不过若是使用了这种设计，整个天线系统的各个功能模块的外部接口就需要进行一体化设计，并将其相互固定，这也才能保证整个设计的结构既能减少天线系统的重量和尺寸，又能保证整个天线系统的整体结构的稳定性和可靠性。
2.4 轻量化设计
一般来说，毫米波天线系统的重量设计指标都很低，因此需要通过各种措施来使天线系统的整体重量和尺寸都满足于指标的要求，除了上述的几种可以满足天线系统指标要求的结构设计，还可以采用其他办法进行天线系统轻量化。这种设计在具体实施过程中可以在功能模块中采用强度高但密度低的材料，如铝合金。另外，在满足整体结构的刚度和强度的前提下，课程通过降低外壳、地板的结构部件的厚度或者制作减重孔的方式来实现整个天线轻量化的设计。
2.5 可制造性设计
在整个天线系统当中，天线阵面的整体结构复杂，阵面面积大、厚度大、对于精度的要求也非常高，如果直接采用线切割方式进行加工，普通的数控机很难完成。所以为了保证天线阵面的制造工艺和结构强度，可以将整个天线阵面设计成多层拼装的形式，有需要时再进行拼装焊接。这种制造设计方式既能保证天线阵面的整体加工质量，又能降低天线阵面的加工成本，是一种性价比非常高的设计方式。
3 雷达天线系统的结构分析
3.1 强度分析
所谓结构的强度分析，就是指天线系统整个设计中所使用的构件在载荷作用下的抵抗破坏的能力。一般来说，只要结构在载荷作用下的工作应力小于许用应力，那么就可以认为构件的结构满足强度要求，但因为构件的工作状态有多种，所有在进行构件强度计算时一般都是找出所有工况中的最大应力值，控制最大应力值小于许用应力值便可。
3.2 刚度分析
天线系统的刚度分析，就是指构件在外力作用下的抵抗变形的能力。在整个天线结构的设计中，刚性能力的好坏决定着天线系统在使用过程中的变形情况。天线反射面在静态变形和制造误差的共同影响下，其实际值与设计的理论值可能会出现误差。这个误差虽然可以在天线系统设立之时消除一部分，但也不能完全消除，所以在设计时，一定要保证天线的反射面的均方根控制在一定范围内。
4 结语
对雷达的天线结构进行设计，采用了前文中所提到的几种设计办法后，既能够减少零部件和电缆的使用数量，又能极大地降低天线系统整体的重量，使其可以满足毫米波雷达天线系统的指标要求。在完成设计之后，设计师需要对雷达天线系统的强度和刚度进行综合分析，以保证后期建设时雷达能够正常使用。
【参考文献】
【1】李科选，王美焰，孙浩，等.某型雷达数字阵列模块结构设计与分析[J].机械与电子，2018，36（10）：27-30.
【2】吕慎刚，赵春林.盲配互连设计在T/R组件中的应用[J].电子机械工程，2014，30（6）：19-21+26.
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