雷达天线射频传动连接探讨

雷达天线射频传动连接探讨

梁文家

(民航新疆空管局 乌鲁木齐 830016)摘  要：航管雷达用于现代空中交通管制，担负对空监视的任务，能够提供目标的距离、方位、高度等信息，能够满足现代空中交通管制多点需求。雷达天线作为雷达重要组成部分，，笔者对其中传动连接部分分析，并提出改进的要点，确保雷达天线传动有效可靠，以期对业内同类设备的维护工作提供借鉴。

关键词：雷达；单脉冲二次雷达；传动部分，卡槽

0  引言

航管雷达用于现代空中交通管制服务，提供目标的距离、方位、高度等监视信息。雷达天线是一个转换器，它将发射机产生的射频信号转换成空间辐射场，并接收目标反射的空间回波，将回波能量转换成射频信号，由传输线馈送给雷达接收机。雷达利用整个天线系统的机械运动来实现波束扫描，机械扫描采用旋转马达和齿轮变速装置来驱动整个天线系统。电机高速旋转，经变速齿轮的降速，达到我们需要的天线转速。如配置双马达，还可以配备双马达的离合装置。因电动机采用三相电源，因此在接线时一定要注意相序关系，否则天线将逆向旋转。

其中旋转铰链来实现射频信号在天线转动部分和固定部分之间的连接。旋转铰链的技术是非接触性的闭塞形式，相比于滑动接触结构，具有磨损小，寿命长的优点。其中固定部分为通过馈线或波导与收发机相连的部分，一般是旋转铰链的下部；转动部分为通过馈线或波导与天线相连的部分，一般是旋转铰链的上部。

                   图示1：旋转铰链的内部构造和电气结构:

                             图示2：旋转铰链实际外观与分解图

旋转铰链内的射频信号的传输是通过封闭空间的趋肤效应、1/4波长传输线耦合，但没有机械接触面。

单二次雷达的旋转铰链为3个通道，分别用于Σ、Δ和Ω射频通道；一二次合装雷达的旋转铰链一般至少有7个通道，它除了提供二次雷达3个射频通道外，还要提供一次雷达的主波束波导通道、辅助波束通道、测试目标通道、气象通道等。

一般衡量旋转铰链性能的主要指标有插损、驻波比、通道隔离度等，其中插损一般≤0.5dB，电压驻波比一般≤1.25，通道隔离度一般≥60dB。

1.西班牙英德拉（Indra）公司生产的IRS-20MP/L型单脉冲二次雷达早期天线射频传动连接方式

                             图示3：天线与铰链连接图

IRS-20MP/L型单脉冲二次雷达早期天线如上图所示，旋转铰链通过自身的凸块，与天线连接件的凹槽进行咬合，在天线转动时，铰链上部的射频输出部分可与天线同步转动。

  图示4：实际连接外观图

在维修过程中，我们发现实际天线基座内有两部件串联，与旋转铰链凸块连接，第一部分为图示4中左边内部的固定盘，中间穿出的为三通道射频信号，与天线大盘固定。第二部分为图示4中间所示带凹槽的连接件。实际如图示4右所示。

2.西班牙英德拉（Indra）公司提供的IRS-20MP/L型单脉冲二次雷达新天线信号传动连接方式

天线旋转铰链卡槽连接件是一个传动部件，且卡槽应与天线旋转大盘相连，在天线大盘转动时带动旋转铰链转动。在更换时发现原卡槽顶部与天线旋转大盘相连部分的固定螺丝已全部断裂损坏，卡槽底部的卡口损坏且卡口位置已偏离，已无法使用。

原连接方式有致命设计缺陷，固定螺丝为垂直面固定，如天线有晃动情况，会导致连接件逐渐偏离，而卡槽位置与铰链凸块咬合，也易造成旋转铰链损坏。

通过以上的分析，更改了天线传动方式设计，将卡槽连接件部分设计为侧面水平上固定螺丝，将卡槽连接件上部取消，与固定盘设计为一体，彻底做成固定件，上部为固定盘，底部水平做八个固定螺丝孔，如图示5所示。

                       图示5：新天线连接件

通过以上的设计更改，避免了因雷达天线晃动，导致垂直固定螺丝断裂，卡槽连接件偏离，最终使得旋转铰链故障的发生。

旋转铰链是所有元件中最不容易出现故障的，恢复安装时必须确认所有线缆连接正确且牢靠，以免导致电压驻波比偏高。

拆卸步骤如下：

1）首先要停止整个系统的运行，断开控制箱上的所有安保开关。然后启动天线上的紧急停止按钮，按钮必须按下以防止天线被天线塔下面的人员意外启动；

2）打开基座边门；

3）从旋转铰链上卸下半英寸电缆并置于合适位置，确保有足够的操作空间；

4）卸下连接旋转铰链以及编码器机械装置上的螺栓，每次同时旋转相反方向上的螺栓；

5）当所有的螺栓松了之后，卸下旋转铰链上半部分的连线。所有线缆连接的位置必须做记录，以备后面安装时使用。

对旋转铰链进行更换，安装步骤如下：

1）确保安装好旋转部分的线缆连接并且完全穿过它们；

2）安装旋转铰链上的螺丝之前，确保连接转动部分与编码器机械结构部分的转轴能够很好的转动。确保旋转铰链上的射频线路连接点与半英寸线缆对上；

3）拧上螺栓之前应该使用螺栓定影剂；

4）在正确的位置连接好半英寸电缆，并且检查整个系统的驻波比以确保连接正确；

5）切记系统的相位已经更改，需要重新调整系统的相位。

3 结束语

本文通过对IndraIRS-20M P/L二次雷达天线射频信号传动连接的分析和总结，希望能为各地IndraIRS-20M P/L二次雷达天线旋转铰链的更换及维修，以及存在同型号的天线体进行及早改造，避免引起更大的故障隐患。本文提供了天线连接体方案设计，可为同行提供维护借鉴。

参考文献：

[1] 《INDRA IRS-20MP/L单脉冲二次雷达维护手册》