旋轉組合在國內外雷達系統中的應用與未來發展趨勢

張瑞玨++趙克俊++康成彬++鄭傳榮

摘 要：隨著雷達系統的多樣化發展，各種旋轉組合在雷達系統中的應用越來越頻繁。旋轉組合是雷達體系的核心組成部分，它的任務是使雷達系統固定端和旋轉端之間各種電信號，光學信號，液體或氣體介質不間斷旋轉傳輸。旋轉組合一般由電滑環模塊，旋轉關節模塊，光滑環模塊，非接觸傳輸模塊，液體旋轉傳輸模塊等組成。該文首先分析了旋轉組合各個模塊技術的發展，并結合國內外先進的旋轉組合技術，闡述了旋轉組合的發展現狀，最后指出了旋轉組合的未來發展趨勢。

關鍵詞：旋轉組合 電滑環 非接觸傳輸 雷達系統

中圖分類號：TN959 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（b）-0026-02

近年來，雷達系統中旋轉組合的戰略價值已經受到許多國家的重視，多功能旋轉組合成為各國近期研究的熱點。美國、俄羅斯、歐洲、日本等國家和地區都投入大量的經費，積極開展多功能旋轉組合的技術研究。從總體上看，國外各種新型旋轉組合技術還處于關鍵技術攻關和試驗驗證階段。

如圖1所示，旋轉組合是雷達系統中連接設備方艙與天線的旋轉傳輸裝置，它的任務是使固定端和旋轉端之間各種電信號，光學信號，電能或液體或氣體介質旋轉傳輸。

1 旋轉組合基本模塊

旋轉組合是由多個單獨的模塊組成，下文將重點介紹幾個常用的模塊。

1.1 電滑環模塊

大部分旋轉組合中的電滑環模塊都使用傳統的柱式匯流來實現的。柱式匯流環是雷達設備的關鍵部件，其作用是使雷達旋轉部分與固定部分之間形成功率和數據信號連續傳輸，柱式匯流環主要有貴金屬刷絲（圖2左）和石墨電刷（圖2右）兩種接觸形式。

電滑環模塊中的貴金屬刷絲匯流環使用金屬刷絲作為接觸摩擦副，具有高性能、高可靠、體積小、重量輕等特點，被廣泛用來傳輸數據信號。隨著國內金屬刷絲性能的提高以及導電環表面處理工藝的穩定，采用金屬刷絲制造的匯流環壽命可以滿足雷達10年使用周期內匯流環免維護的要求，該種匯流環近來得到了廣泛應用，特別是應用在空間雷達上。

電滑環模塊中功率匯流環大部分都是采用銀石墨電刷作為接觸摩擦副，銀石墨電刷是采用粉末冶金的方法制造成的滑動接觸副，其主要特點是自潤滑性好，接觸面積大，傳輸能力強，但是體積較大、落粉較多，需定期維護，使得該匯流環在航空雷達上使用受到一定的限制。

1.2 旋轉關節模塊

旋轉關節是機械掃描雷達系統中不可缺少的關鍵器件，它的作用是在雷達天線轉動過程中實現微波信號的正常傳輸。根據旋轉關節的空間轉動作用，可分為俯仰旋轉關節、方位旋轉關節和橫滾旋轉關節；根據旋轉關節的微波傳輸通道，可分為單路旋轉關節、雙路旋轉關節和多路旋轉關節。隨著雷達技術的發展，對旋轉關節的要求越來越高，不僅要滿足小損耗、低駐波高功率的需求，同時還要求旋轉關節在轉動過程中幅度、相位和駐波的起伏足夠小。

1.3 多通道光纖滑環模塊

在旋轉的天線與雷達底座之間的通信數據連接中，天線陣面與控制中心之間對光信號的動態連接需要多通道光纖滑環模塊實現；此外機載、艦載、車載多功能武器火控系統、陸海空三軍的全方位目標定位系統、軍用機器人等也需要多通道光纖滑環模塊來實現大量控制信息和圖像音頻信息的傳輸。

1.4 非接觸傳輸模塊

如圖3所示，是國外某種用于以太網的非接觸雙向數據傳輸新模塊（標準支持：10BASE-T，100BASE-TX，1000BASE-T，直徑為16 mm）。該模塊將按照目前的以太網標準和雙工模式（全雙工或半雙工）自動識別并選擇連接的設備。這種不同直徑的模塊將是未來旋轉組合標準的組成模塊之一。

1.5 液體旋轉傳輸模塊

液體旋轉傳輸模塊在雷達冷卻系統中起旋轉連接作用。是將龐大的固定冷卻水源（水箱）的冷卻液提供到轉動的天線陣面高頻箱設備冷卻系統的關節，并確保冷卻液的循環流通。如圖4所示為國內雷達系統中比較成熟一種的液體旋轉傳輸模塊，該液體旋轉傳輸模塊由動環、定環、進水口、出水口、回水進口、回水出口、密封圈組合等組成。動環中間有一個直徑很大的通孔，用來連接鉸鏈上下之間的光纖、同軸電纜和匯流環線束。液體旋轉傳輸模塊的關鍵技術就是在滿足總體及冷卻系統工作壓力，流量要求的前提下，解決動環與定環之間的旋轉動密封可靠，選擇行之有效的密封圈型式，確定接觸面的粗糙度，密封圈的壓縮量以及提高密封效果與壽命。

2 雷達系統中旋轉組合的應用

如圖5所示，SPINNER公司設計的多功能旋轉組合包括電滑環，液體旋轉關節模塊，干燥空氣旋轉傳輸模塊，雙通道非接觸式以太網傳輸模塊，一個6通道的多通道光纖滑環模塊，以及一個14位的編碼器組成。通過各個模塊高度集成的設計，整個旋轉組合就實現了一個非常緊湊的設計，目前用于國外多個天氣檢測雷達系統和航管雷達系統中。

3 結語

當今世界雷達技術發展日新月異，各種體制雷達對旋轉傳輸的關鍵部件——旋轉組合提出了各種不同的需求。我們必須學習國內外新型雷達旋轉組合研發經驗，結合自己的優勢積極探索，實現以多通道光纖滑環模塊，以太網傳輸模塊，液體旋轉傳輸模塊為代表的新型旋轉組合，同時隨著非接觸傳輸相關關鍵技術的突破新型復合式旋轉組合必將孕育而生。

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