星载雷达结构设计的特点

星载雷达结构设计的特点

王黔1，周媛媛2，李安换3

中国电子科技集团公司第三十八研究所  安徽省合肥市2300311   四创电子股份有限公司   安徽省合肥市  2300312  中国电子科技集团公司第三十八研究所  安徽省合肥市 2300313

摘要：星载雷达具有全天候、全天时的对地观测能力，因此国外主要发达国家对研制星载合成孔径雷达非常重视，美国是研究和发射星载SAR最多的国家。冷战期间，美苏开始星载雷达的研制工作，其成果已广泛应用于多种星载合成孔径雷达及卫星遥感雷达，由于该雷达系统监视范围大，观察军用目标种类多且目标的雷达反射截面积小，能从空中及空间对地面及海面战场进行大范围的高分辨率的监视侦察，且可用于引导战斗机的空地、空海精确识别与瞄准，故在现代战争中发挥了重要作用。

关键词：星载雷达；结构设计；特点

1星载雷达抗辐射加固的结构设计

选用抗辐射能力低的元器件时，可以利用屏蔽来提高使用寿命。实验表明，当铝材料在不采取屏蔽的条件下，天线有源馈电网络中的元器件，在工作寿命内将吸收106—107rad(Si)的总剂量辐射，但加屏蔽后吸收的总剂量辐射减少，随着屏蔽厚度的增加而明显减少。

2抗振、隔冲设计

卫星发射时会产生宽带随机振动、强烈的冲击，以及空间的限制、极大的加速度等因素，因此采用以粘弹阻尼材料为基础的阻尼减振技术是解决振动与噪声的重要技术措施之一。粘弹阻尼材料是高分子材料，当受到外力作用时，能将一部分机械振动能或声能变成热能，从而起到减振降噪的作用。粘弹阻尼材料不能直接作为结构材料应用，必须与其他结构材料复合后才能起作用。复合结构有两种形式；即自由阻尼结构与约束阻尼结构，前者是将阻尼材料直接粘附到需要作减振处理的结构件表面；后者是在基板上粘一层阻尼层，再在阻尼层上牢固粘贴一层高模量弹性材料层(称为约束层)，此时受到剪切应力和应变，而自由阻尼结构受到的是拉压变形，故约束阻尼结构消耗的能量多，减振效果好。国际上目前出现了智能型阻尼材料，其动态力学性能随结构振动响应的变化主动地调整并与其匹配。因为在实际工程中由于结构共振、环境温度的变化而引起结构振动响应变化的情况时有发生。当前国际上出现的有两类：一类是压电阻尼材料，是在高分子材料中填入压电粒子和导电材料，一旦受到振动的干扰，压电粒子就能将振动转换成电荷，导电粒子将其转换成热能消耗掉，承受压力越大，电荷量增加越多。另一类是电流变流体材料，如果结构的振动响应传递给微机系统，将对外加电场发生指令，则密封于结构夹层内的电流变流体材料可在瞬间将其阻尼因子提高至所需值，可控制结构振动。20世纪60年代，主要用隔振器来解决振动问题，而目前已很少采用，必须采用阻尼减振材料与减振技术来解决，在设计、材料、工艺和试验四个方面进行整体考虑，才能有效解决减振和降噪问题。

3星载雷达的天馈结构设计

有关最新报道来看，星载相控阵雷达几乎无一例外地采用有源相控阵体制。天馈结构研究内容主要包括：天馈线结构的选型、结构重量的减小、温度变形的计算和减小温度变形的技术途径和措施、材料的选用、试验和测试的研究。对T／R组件的结构，要满足下列要求：进一步缩小体积、减轻重量(<150克)及及成本，因此要采用轻型材料，例如复合材料(A1SiC)；组件的结构和接口在各系统中完全相同，便于互换；研制新的壳体技术，组件的基板采用多层低温共烧陶瓷(LTCC)封装，适合批量生产和组装；降低发射组件输出功率；实行温控，要研究热设计方法，改善热传导性能，提高高功率半导体器件结温，以确保其稳定性。因组件在绝对真空中，所有元器件的散热靠传导辐射，为了确保组件的正常工作，必须根据太空环境对所有元器件进行热控，以减少温度变形；利用MEMS技术，研制轻型、微型T／R组件的移相器开关；在前沿技术领域，第三代宽禁带半导体抗辐射能力强，以SiC和GaN材料为代表，要求功率器件结温300℃一500℃，甚至可达600℃，耐功率在S波段达200W，X波段达40w，以满足新一代相控阵雷达的需要；T／R组件的抗辐射研究，组件在太空中面临太阳的辐照，为了确保组件的正常工作，必须对组件进行加固，或者采用宽禁带半导体材料，有利于提高抗辐照能力。

4空间展开机构结构设计

①空间展开机构结构形式，保持和解锁结构，展开结构，锁定和定位结构。②空间展开机构动力驱动形式。③发射阶段和轨道环境对展开机构的影响．如发射阶段振动冲击，微重力、零空气阻力，防冷焊，润滑，热变形。发射阶段的强振动、冲击和加速度引起机械损伤或变形，导致在轨道上工作时性能下降或失效。在微重力状态下，抖动效应显著，从而导致精确控制速度和位置的机构无法正常工作，要求所采用的润滑剂必须具有平稳的低摩擦系数。空间一次性或间歇运动机构，由于外界因素的作用和零部件的特殊工作状态，会使相接触表面的污染膜破裂而出现新鲜清洁的金属表面，在空间环境中会使表面在较长时间内保持原子清洁状态，材料闻发生相互扩散、转移和键合，使运动机构摩擦阻力增大，甚至粘结在一起，出现冷焊现象，使驱动力矩不足，运动机构不能正常工作，造成失效或局部失效的灾难性后果。可正确选择润滑技术和材料，这是空间运动机构结构材料工作的重要内容，是实现长期和高速运转机构低摩擦、低摩擦噪声和长寿命工作的重要措施。

5星载充气天线结构设计

充气天线是目前最轻、收缩比最大的可展开天线形式，它以其他天线所没有的优点得到越来越广泛的重视，一些特殊的太空飞行任务正是利用它才得以进行。天线的主要构件是由薄膜粘接而成的，在发射时由于没有充气，可压缩成很小的体积，进入轨道后，充气膨胀成天线形状，其中有些支撑结构自行硬化成刚性体，收拢后对发射阶段的噪声响应不敏感，进入轨道后有很优越的动力特性，展开尺寸与收拢尺寸之比特别大，而且它的加工费用很低，对制造它的薄膜材料的处理是一项关键技术，如采用预浸处理的方法，将天线薄膜表面预浸一层其他材料，在地面储存和发射时天线将是柔软的，进入轨道后天线充气，在太空环境，薄膜自行硬化成刚性体，充气天线的反射器直径可以做得很大，但工作频率比较低。充气式柔性天线研制标志着这种结构在空间应用的开始，它是一个14m口径的柔性反射面，由15m直径的柔性可展开环支撑，这个环通过三个30．5m的柔性充气柱与航天飞机相连，反射器由一个封闭的扁形充气囊构成，其背面为镀有金属表面的抛物形反射面，前面为一个遮蓬，工作的电磁波可以穿过遮蓬而到篷反射面，反射面和遮篷由精确计算的三角形膜连接而成，膜的材料为普通商用聚酰亚胺，这个天线口径在中心8m范围内的精度达1．5mmRMS。
结束语

星载雷达结构设计涉及的学科较多，空间环境条件异常复杂，空间环境的不确定性，是时间和地点的函数，本身还是空间物理学研究的课题，需要通过系统研究去解决，还受到空间飞行试验机会的获得和地面模拟技术的掌握等条件的限制。通过必要的课题研究及建立必须的试验设施，认真进行试验研究，是有能力搞好星载电子设备的结构设计，满足各项技术性能指标的。

参考文献：

[1]张光义．雷达技术发展前景[R]．十四所第七届科学技术报告会特邀报告．2005

[2]张光义，王炳如．对有源相控阵雷达的一些新要求与宽禁带半导体器件的应用[J]．现代雷达，2005