郭睿

（西安导航技术研究所，西安710068）

0 引 言

车载雷达往往具有较好的机动性能。在受到威胁的情况下，整个雷达系统既能够快速转场，避免敌方攻击和杀伤，又能在转移到安全区域后，迅速恢复工作，继续发挥作战能力[1-2]。为达到较好的机动性能，一般需要在设计车载雷达结构时，除了满足快速可靠架收要求外，还需要充分考虑运输规范要求。

天线作为车载雷达工作的核心部件，主要负责发射和接收电磁波信号。其口径大小往往取决于电气指标。当天线口径较大，无法满足运输条件时，就必须对天线进行分块处理以满足运输限界的要求。运输分块方案不仅决定天线强度及刚度性能，更直接关系到天线系统电气指标的实现。目前文献多集中在平板类天线或偏馈的反射面天线的分块折叠方面[3-4]，而在正馈反射面天线方面还未见相关资料。本文以某车载雷达天线为例，针对该天线提出一种反射面分块方案，并进行反射面结构设计，最后利用有限元软件/Nastran对天其结构进行刚度、强度校核。该反射面天线分块方案可为后续同类天线的设计提供一定的参考。

1 天线整体方案

某车载雷达主要由天线系统、方舱、牵引车、半挂车等部分组成，如图1所示。该天线系统由主反射面（主面）、副反射面（副面）、前馈、后馈、比较网络、高频箱等部分组成，如图2所示。天线采用卡塞格伦形式，其工作方式为后馈垂直极化发射，前馈垂直、水平双极化接收。其中副反射面为极化隔离器，对后馈馈源为全反射，对前馈馈源为全透射。

图1 某车载雷达总体布局

图2 天线系统结构

2 反射面结构设计

2.1 指标要求

1）反射面尺寸为（3200±2）mm；2）焦距f=1184 mm；3）反射面精度RMS≤0.5 mm；4）反射体质量≤170 kg；5）承载风力：相对风速为11 m/s时正常工作；相对风速为20 m/s时结构不破坏；6）符合GJB 2984-97《运载装载尺寸与质量限制》要求。

2.2 设计方案

国军标要求公路运输车辆及货物顶部距地面高度小于4 m，宽度小于2.5 m。而该天线反射面直径为3.2 m，安装在雷达车上后在宽度和高度方向均超出标准限制。为保证该雷达天线系统的机动性，需要对反射面的结构进行综合设计，以满足公路运输的基本要求。

在设计该反射面时，将其按照图3进行分块，即主反射面由多块面板拼装而成，当天线需要运输时，可拆除边缘三瓣，只保留中心主块部分。拆除分块后反射面宽度主尺寸为2300 mm。

图3 反射面分块示意

采用该方案对反射面进行分块，可保证在拆装分块前后，不影响前馈馈源支架位置，即可保证主面、前馈、后馈及副面间相对位置不发生改变，这样不仅可以满足公路运输要求，还最大限度地保证了电气性能稳定、可靠，天线运输状态如图4所示。

图4 天线运输状态

该方案还可以保证在拆装分块时，主面、前馈、后馈及副面的相对位置不发生改变，使电气性能的精度要求得到充分保障。

该反射面采用分块拼装形成完整的抛物面，整体质量约为160 kg。反射面结构主要由中心主块、3个分块、前馈支架、前馈安装法兰，以及定位销、锁紧螺钉组成，如图5所示。

图5 反射面结构

反射面面板采用12张1.5 mm厚度铝板拉伸淬火成型，中心主块中心部分采用ZL114A铸造成型后，再通过数控加工将曲面加工成型，天线背部加强筋为角铝型材拉弯成型。

每块分块与中心主块通过6个松不脱螺栓连接，同时配有2组定位销定位，以保证边块再装配的复位精度。3个分块结构相同，每块重约13 kg，满足快速安装的要求。

3 数值仿真计算

3.1 工况选取及载荷计算

根据反射面指标要求，需要计算以下条件下天线反射体的结构响应：1）反射面仰天状态的自重变形；2）反射面指平状态的自重变形；3）反射面指平状态，11 m/s风速下变形及应力；4）反射体指平状态，20 m/s风速下变形及应力。

根据风力计算式：

式中：F为天线所受总风力大小，N；CF为阻力系数；ρ为空气密度，取1.225 kg/m3；V为风速，m/s；A为发射面特征面积，即投影面积，m2。

根据抛物面焦径比，取阻力系数CF=1.3[5]，计算得到该计算风速下天线系统的总风载：11 m/s风速载荷F11=1675 N；20 m/s风速载荷F20=5535 N。

3.2 建立有限元模型

反射面板及辐射梁均由铝板及铝型材铆接而成，按照其特性可简化为壳单元；前馈支架因为其长度尺寸远远大于其另外两个方向的尺寸，可简化为梁单元。在中心主块底部安装孔施加固定约束，可得到有限元模型如图6所示。

图6 有限元模型

3.3 仿真结果

1）仰天状态的自重变形。反射面仰天状态的自重变形如图7所示，其最大变形为0.2 mm。

图7 反射面仰天状态自重变形

2）指平状态的自重变形。天线系统工作状态的自重变形如图8所示，其最大变形为0.37 mm。

图8 反射面指平状态自重变形

3）指平状态，11 m/s风速下变形及应力。指平状态时，在11 m/s风载和自重载荷下反射面的变形如图9(a)所示，最大变形为0.37 mm；应力云图如图9(b)所示，其最大应力在反射体中心体位置，其最大应力为9.1 MPa。

图9 11 m/s风载荷下变形、应力

4）指平状态，20 m/s风速下变形及应力。指平状态时，在20 m/s风载和自重载荷下反射面的变形如图10(a)所示，最大变形为0.38 mm；应力云图如图10(b)所示，其最大应力在反射体中心体位置，其最大应力为16.5 MPa。

图10 20 m/s风载荷下变形、应力

3.4 仿真结论

根据仿真结果可知，该反射面的最大形变和最大应力均发生在20 m/s风荷载作用的指平状态，最大应力为16.5 MPa，小于其材料许用应力；最大变形仅为0.38 mm，可认为该反射面结构设计合理可行、天线结构刚度、强度均可满足使用要求。

4 结 论

本文对某车载雷达反射面天线提出了一种反射面分块方案，并根据方案进行反射面结构设计，通过有限元分析对其结构进行刚度、强度校核。结果表明，该反射面结构刚度、强度良好，设计合理，满足总体指标要求。其分块方案可为后续同类天线的设计提供一定的参考。