某型號(hào)雷達(dá)一體化電子設(shè)備方艙設(shè)計(jì)概述

劉繼承

摘 要 文章介紹了某型號(hào)雷達(dá)電子設(shè)備方艙的研制思路，針對(duì)其技術(shù)指標(biāo)要求進(jìn)行了詳細(xì)考慮，通過對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，解決了電磁屏蔽、天線方艙一體化等難點(diǎn)，通過有限元分析方艙的力學(xué)性能，最后通過屏蔽測(cè)試驗(yàn)證了電子設(shè)備方艙的屏蔽性能。作為典型的一體化方艙，其成功的設(shè)計(jì)和優(yōu)良的使用效果，對(duì)于指導(dǎo)同類方艙設(shè)計(jì)思路來說，具有一定的參考和借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞 電磁屏蔽;一體化方艙;有限元分析

引言

電子設(shè)備方艙是雷達(dá)系統(tǒng)的重要組成部分，某型號(hào)雷達(dá)采用一體化設(shè)計(jì)，天線通過支架集成在電子設(shè)備方艙上。同時(shí)方艙電磁屏蔽要求達(dá)到60dB以上，為了達(dá)到以上指標(biāo)，方艙屏蔽設(shè)計(jì)和力學(xué)性能是設(shè)計(jì)中考慮的重點(diǎn)。

1電子方艙結(jié)構(gòu)及屏蔽考慮

1.1 電子方艙結(jié)構(gòu)概述

電子方艙采用四米方艙，艙內(nèi)布局遵循精巧、整潔、實(shí)用的原則，方艙分為電子設(shè)備操作室和發(fā)射機(jī)室兩個(gè)部分，電子設(shè)備操作室安裝顯示機(jī)柜和綜合機(jī)柜，發(fā)射機(jī)室安裝四個(gè)發(fā)射機(jī)柜和水冷機(jī)柜。由于發(fā)射機(jī)系統(tǒng)工作時(shí)的噪音較大，會(huì)影響電子設(shè)備操作人員的工作，因此在二個(gè)室中間設(shè)置隔墻，工作時(shí)二個(gè)室完全隔開;為了便于操作人員進(jìn)入發(fā)射機(jī)室以及工作時(shí)觀察發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)，隔墻中設(shè)一帶觀察窗的門。方艙布局如圖1所示：

1.2 方艙電磁屏蔽考慮

（1）方艙艙體及材料的屏蔽設(shè)計(jì)

方艙艙體的基本結(jié)構(gòu)為大板和金屬構(gòu)件拼接

而成。方艙大板是將加工好的聚氨酯泡沫板、金屬框架、斷熱橋、金屬面板涂上膠，通過真空加壓粘接而成。方艙艙門采用雙刀四簧片的結(jié)構(gòu)形式。門和門框均采用迷宮式鋁型材結(jié)構(gòu)，鋁型材均導(dǎo)電氧化，保持良好的導(dǎo)電性能。

方艙制作材料的厚度當(dāng)金屬板的厚度大于趨膚深度時(shí)，才能有效阻止電磁波對(duì)金屬板的穿透能力。鋁材料相對(duì)導(dǎo)電率較低δ≈0.61，相對(duì)磁導(dǎo)率高μ ≈ 1。

趨膚深度

式中 f ——電磁波頻率

μ ——金屬板的磁導(dǎo)率

σ ——金屬板的電導(dǎo)率

根據(jù)式（1）計(jì)算可知，頻率在10～1GHz范圍內(nèi)，選用厚度為3mm的鋁板就能有效阻止電磁波的穿透。

（2）方艙孔口處的屏蔽設(shè)計(jì)[1]

方艙通風(fēng)處安裝鋼制鍍錫的波導(dǎo)通風(fēng)窗，波導(dǎo)通風(fēng)窗是由加框架的蜂窩狀芯材構(gòu)成，在保證高效通風(fēng)前提下，利用波導(dǎo)高通濾波原理對(duì)電磁波進(jìn)行屏蔽。

電源線出口處安裝電源干擾濾波器。濾波器的作用就是僅允許工作必需的信號(hào)頻率通過，而對(duì)工作不必要的信號(hào)頻率有很大的衰減作用，這樣就使產(chǎn)生干擾的機(jī)會(huì)減到最少。

天線支架采用桁架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有承載能力強(qiáng)、重量輕和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。支架安裝在方艙前壁，與艙體構(gòu)成一體化結(jié)構(gòu)，在支架安裝位置增加埋鐵以加強(qiáng)此處的剛強(qiáng)度

2電子方艙通風(fēng)散熱

為了使艙內(nèi)環(huán)境溫度適合工作人員和設(shè)備散熱的需要，方艙裝有分體式空調(diào)，通過計(jì)算方艙制冷冷負(fù)荷來選擇具體型號(hào)的空調(diào)。

根據(jù)方艙實(shí)際使用環(huán)境和工況，制冷冷負(fù)荷主要包括下列各項(xiàng)：

①通過方艙的環(huán)境熱滲透P1;②太陽輻射熱P2;③電子設(shè)備耗散功率P3;④人體散熱P4;⑤照明散熱P5;⑥開門泄露熱P6。

2.1 各項(xiàng)冷負(fù)荷計(jì)算

（1）通過艙體的環(huán)境熱滲透

所以選用額定制冷量為7kW的空調(diào)。

因?yàn)榉脚摲譃槎€(gè)室，所以空調(diào)選擇一拖二型式，根據(jù)二個(gè)室設(shè)備發(fā)熱情況，電子設(shè)備操作室安裝2kW室內(nèi)機(jī)，發(fā)射室安裝5kW室內(nèi)機(jī)。

3結(jié)構(gòu)有限元分析

3.1 建立方艙有限元模型[2]

將幾何模型導(dǎo)入到Hyper Mesh中進(jìn)行有限元網(wǎng)格的劃分，建立艙體有限元模型。劃分網(wǎng)格時(shí)，全部采用3D單元，其中，模型的節(jié)點(diǎn)數(shù)為1019867個(gè)，三維單元的總數(shù)為748111個(gè)。

3.2 工作狀況分析

方艙工作時(shí)，前面的天線支架收到天線的重力，天線載荷500kg。有限元模型中，載荷加載于支架的受力面上。

方艙固定在車上，故在有限元分析時(shí)，約束其底面上各鋁管骨架各節(jié)點(diǎn)的自由度，如圖2所示。

3.3 有限元分析求解

在HyperMesh中將所建立的有限元模型以.inp格式輸出，運(yùn)用ANSYS軟件進(jìn)行求解，在

ANSYS中進(jìn)行后處理，得到方艙的位移及應(yīng)力云圖。

3.4 有限元分析結(jié)果

當(dāng)施加載荷時(shí)，方艙變形最大位移為0.06718mm，發(fā)生在艙體靠天線支架的地方，最大應(yīng)力為6.789Mpa。當(dāng)艙體骨架為50×39×2的鋁型材和50×40×2的鋼型材，中間填充泡沫時(shí)，最大變形發(fā)生在靠近艙體凸臺(tái)的地方，最大變形0.06718mm，變形量比較小，其工作過程中最大應(yīng)力也小于鋁或鋼的許用應(yīng)力。綜合以上考慮，方艙設(shè)計(jì)滿足剛度、強(qiáng)度要求。

4屏蔽試驗(yàn)結(jié)果

我們依據(jù)GJB2093-94（軍用方艙通用試驗(yàn)方法）和GB12190（高性能屏蔽室的測(cè)試方法）對(duì)方艙進(jìn)行了電磁屏蔽效能測(cè)試，測(cè)試頻段為150KHz～10GHz，測(cè)試分6個(gè)區(qū)和25個(gè)點(diǎn)。測(cè)試結(jié)果顯示方艙整體屏蔽性能達(dá)到了60dB。

5結(jié)束語

本文介紹了某型號(hào)雷達(dá)一體化電子設(shè)備方艙的研制過程，通過對(duì)方艙布局、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，解決了電磁屏蔽、天線方艙一體化等難點(diǎn)，通過有限元分析驗(yàn)證了方艙的力學(xué)性能，最后通過屏蔽測(cè)試驗(yàn)證了電子設(shè)備方艙的屏蔽性能。作為典型的一體化方艙，其成功的設(shè)計(jì)和優(yōu)良的使用效果，對(duì)于指導(dǎo)同類方艙設(shè)計(jì)思路來說，具有一定的參考和借鑒價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 邱成悌，趙惇殳，蔣全興.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].南京：東南大學(xué)出版社，2005：16-18.

[2] 楊克俊.電磁兼容原理與設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2004：35-38.