一种集成式轻量化阵列行馈天线骨架的制作方法

本发明涉及旋转型有源相控阵雷达领域。

背景技术：

1、天线骨架是旋转型有源相控阵雷达结构设计的重要组成部分，是支撑阵列天线、电子模块以及其他功能组件的主体，能够承受和传递雷达运输和工作过程中的主要环境负载。结构设计合理的天线骨架，其重量满足轻量化设计要求，刚强度能够满足负载的承载要求，同时其加工精度能够满足相关设备的安装及定位要求，并且能够降低加工成本，保证良好的经济效益。雷达整机的性能指标在很大程度上取决于天线骨架的结构设计。

2、目前，相控阵雷达技术的发展要求雷达天线骨架的设计能够在满足刚强度要求的情况下，不断优化结构重量，实现轻量化集成化的设计要求。天线骨架的设计和制造决定了阵列天线和电子模块的安装精度和加工制造难度，其结构和布局的设计是一项复杂的系统工程，是决定雷达技术指标和制造成本的重要因素。

3、旋转型有源相控阵雷达的天线骨架将阵列天线、电子模块等集成安装在天线舱内，舱内设备数量大，排布密集，发热功率大，接口种类和数量多，同时由于天线舱工作时需要连续旋转，从转台部分接入的冷却液、光信号和电信号无法直接通过盲插来实现连接，特别是液冷管路的连接，需要占用较大的舱内空间，长距离的跨接不但难以固定，可靠性差，还增加了天线舱的重量。阵列行馈天线是阵列天线的一种，一般具有长宽比大，刚度差的特点，在雷达运输和工作时受力情况恶劣，对于结构轻量化设计要求更高。综合以上情况，旋转型有源相控阵阵列行馈天线骨架设计应注意以下几个问题：

4、(1)合理的整体布局设计。尽量减少负载相对于旋转中心的偏心距离，行馈天线和各功能模块对称部署安装；

5、(2)可靠的刚强度设计。行馈天线安装面属于平面结构，尽可能地增强平面刚度，保证天线安装精度；

6、(3)良好的集成化设计。通过提升天线骨架的功能集成化程度，减少管路的长度，降低管路在雷达天线舱整体重量中的占比，使得天线骨架能够实现“一物两用”，既可以作为天线负载的主要承力件，又可以作为冷却液的连接通道；

7、(4)尽可能减轻天线骨架重量，实现轻量化设计。利用行馈天线的结构特点，将其与天线罩作为天线骨架主体和辅助支架的连接件，使得天线舱形成整体结构，在不增加结构件的基础上提高了天线舱的刚强度；同时，电子模块也可既作为设备负载，又作为连接件，提高天线骨架主体的整体刚强度。

8、现有的旋转型有源相控阵雷达行馈阵列天线骨架由于其结构功能要求满足天线及内部设备的安装和运转功能，故对其自身的刚、强度要求十分苛刻。传统的设计方案中常采用较厚的铝合金板拼焊形成一个完整的天线骨架。该设计方法应用于行馈阵列天线时会造成天线骨架宽高比大，加工难度高，加工余量多，且加工后天线骨架自身重量较大。传统的天线骨架结构功能较为局限，仅仅考虑了行馈天线和其他模块的定位及安装要求，几乎未考虑利用天线的特点实现其功能的集成化，也未考虑液冷管路的集成化设计，天线骨架空间利用率较低，其自身功能集成度和内部设备布置集成度均较低。将冷却液通道集成在天线骨架上的结构设计往往应用于平板类天线骨架，采用搅拌摩擦焊直接在平板上加工出冷却液通道，不涉及铝板搅拌摩擦焊和氩弧焊的综合应用加工工艺。

技术实现思路

1、针对现有技术方案的不足，本发明提供了一种集成式轻量化阵列行馈天线骨架，减少了行馈天线骨架的加工量，降低了骨架的加工难度，提升了天线骨架的功能集成度，同时在一定程度上降低了天线骨架的重量。

2、本发明的技术方案为：

3、一种集成式轻量化阵列行馈天线骨架，为“分离式”框架结构形式，包括骨架主体和辅助支架。骨架主体包括底板、竖板、横板、定位搭块和液冷管路；在底板和竖板上设置冷却液通道，冷却液从底板的进液口进入底板，通过连接在底板出液口和竖板进液口的液冷管路进入竖板，底板的其他出液口和竖板出液口就近设置于骨架主体空间中被竖板分割出的多个电子模块分割腔内；辅助支架对称排布在骨架主体两侧，与骨架主体不直接连接；骨架主体和辅助支架的前端面设置行馈天线的安装接口，上端面和下端面设置天线罩的安装接口。

4、进一步的，骨架主体的加工成型过程包括：在底板和竖板基体上的特定位置加工出水道及其盖板的槽位，然后采用搅拌摩擦焊分别将盖板与底板和竖板的焊接处材料升温软化后焊为一体，最后采用氩弧焊拼焊成形。骨架加工时，在水平方向上，骨架主体底板上搅拌摩擦焊加工冷却液通道的区域和竖板的距离为15mm～30mm；在垂直方向上，竖板上搅拌摩擦焊加工冷却液通道的区域和底板的距离为15mm～35mm。

5、进一步的，一种集成式轻量化阵列行馈天线骨架使用时，骨架主体、辅助支架、行馈天线和天线罩组成刚体结构，行馈天线和天线罩既作为负载，又作为连接件与骨架主体和辅助支架连接。骨架主体、辅助支架、行馈天线和天线罩连接形成刚体结构。

6、进一步的，定位搭块上设置有电子模块对应的散热模块的安装定位接口。

7、本发明相比现有技术方案的优点是：在满足天线设备负载和环境负载刚强度要求的前提下，采用合理的材料和结构形式，将行馈天线和天线罩既作为天线骨架的负载，又作为连接件，在保证天线舱刚强度基础上降低了天线骨架的重量。综合应用搅拌摩擦焊和氩弧焊的焊接方法，在骨架上加工冷却液通道，代替了原有的冷却液管路，提高了天线骨架的集成度。

技术特征：

1.一种集成式轻量化阵列行馈天线骨架，为“分离式”框架结构形式，其特征在于：包括骨架主体和辅助支架；其中骨架主体包括底板、竖板、横板、定位搭块和液冷管路；在底板和竖板上设置冷却液通道，冷却液从底板的进液口进入底板，通过连接在底板出液口和竖板进液口的液冷管路进入竖板，底板的其他出液口和竖板出液口就近设置于骨架主体空间中被竖板分割出的多个电子模块分割腔内；所述辅助支架对称排布在骨架主体两侧，与骨架主体不直接连接；骨架主体和辅助支架的前端面设置行馈天线的安装接口，上端面和下端面设置天线罩的安装接口。

2.根据权利要求1所述的一种集成式轻量化阵列行馈天线骨架，其特征在于：所述骨架主体采用搅拌摩擦焊和氩弧焊结合的方式加工成型；骨架主体加工时，在水平方向上，骨架主体底板上搅拌摩擦焊加工冷却液通道的区域和竖板的距离为15mm～30mm；在垂直方向上，竖板上搅拌摩擦焊加工冷却液通道的区域和底板的距离为15mm～35mm。

3.根据权利要求1所述的一种集成式轻量化阵列行馈天线骨架，其特征在于：骨架主体、辅助支架、行馈天线和天线罩组成刚体结构，行馈天线和天线罩既作为负载，又作为连接件与骨架主体和辅助支架连接。

4.根据权利要求1所述的一种集成式轻量化阵列行馈天线骨架，其特征在于：定位搭块上设置有电子模块对应的散热模块的安装定位接口。

技术总结
本发明公开了一种集成式轻量化阵列行馈天线骨架，涉及旋转型有源相控阵雷达领域。骨架为“分离式”框架结构形式，主要由骨架主体和辅助支架两部分组成，分别采用铝板氩弧焊拼焊成形。骨架主体的底板和竖板上设置冷却液通道，采用铝板搅拌摩擦焊加工成形。辅助支架对称排布在骨架主体两侧，与骨架主体不直接连接。骨架主体和辅助支架的前端面设置行馈天线的安装接口，上端面和下端面设置天线罩的安装接口。使用时，骨架主体、辅助支架、行馈天线和天线罩连接形成刚体结构。本发明的天线骨架具有布局合理、集成度高、重量轻、刚度好、散热性能良好等特点，最大限度地对天线骨架减重且保证天线面阵性能。

技术研发人员：蔡瑞环,乔雷,王刚,李伟才
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七二四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11