一种轻型化、低剖面二维有源机载气象雷达的制作方法

本发明属于航空系统中机载气象雷达领域，具体涉及一种轻型化、低剖面二维有源机载气象雷达

背景技术：

机载气象雷达主要配装在民用客机，民用运输机和军用大中小型运输机上，气象雷达的低功耗、重量轻、体积小和经济性是其配装平台的基本要求。鉴于此，机载气象雷达大多为平板式的气象雷达(如图1所示)，主要组成包括平板天线、天线驱动、发射机、接收机和处理机。其中平板天线为结构件，重量较轻，主要实现电磁波的对空发射和接收；伺服主要是驱动天线在方位和俯仰维的转动；发射机用于产生高能量的射频信号；接收机和处理机分别对回波信号进行模拟和数字处理，从而最终实现危险气象目标的解析和送显。

平板式气象雷达的空域探测范围主要通过雷达的伺服系统驱动平板天线实现波束的方位和俯仰维的指向，由于伺服系统对于扫描角度控制的连续性，波束指向角度无法实现快速变化，同由于数据更新率与伺服系统的扫描速度是线性相关的，因此数据更新率慢；导致在一定周期内，雷达的空域覆盖有限，当气象云团与飞机机体位置发生相对变化时，雷达无法快速捕捉丢失的气象目标，需要飞行员人工干预波束指向，因此加大了飞行员的操作负荷，也考验了飞行员的操作和认知经验。

而有源机载雷达一般包括有源天线、接收机和处理机(如图2所示)，有源天线实现射频信号能领的放大，电磁波的发射、接收和电磁波的指向，有源天线基本替代了平板式架构的天线、发射机和伺服系统，气象雷达架构中对于发射机和伺服系统的舍弃，大大提高了可靠性和装机适配性，而波束的电子扫描特性提高了产品的功能性能。

然而，传统的二维有源雷达的架构源自于火控雷达，在雷达在机上安装空间有限的条件下，雷达的tr通道个数也是有限的，但由于火控雷达的高功耗(一般大于10000w)要求，单个tr通道的功率很大(一般大于10w)，因此单个tr体积较大，从而使有源天线的功耗、重量和体积均较大，产品难以满足客机和运输机的功耗低、重量轻、体积小和经济性等特点。

技术实现要素：

发明目的：为了解决上述问题，本发明提供了一种轻型化、低剖面二维有源机载气象雷达，该雷达能满足机载气象雷达的装机要求，将有源技术推广至机载气象雷达的工程设计，并能大大提高产品的可靠性和产品的功能性能。

技术方案：

一种轻型化、低剖面二维有源机载气象雷达，所示气象雷达包括轻型化二维有源天线单元、低功率射频单元、处理单元和安装支架；

所述低功率射频单元通过螺钉与天线单元连接；

所述处理单元通过安装支架与低功率射频单元相连；

所述处理单元通过螺钉安装在安装支架的底座上。

优选的，所述二维有源天线单元由辐射阵面层、散热结构层、多功能集成电路和波控电源层堆叠而成。

优选的，所述辐射阵面采用单层微带贴片实现。

优选的，所述多功能集成电路层包括金属框架、金属底板、混压多层pcb板和连接器。

优选的，所述混压多层pcb板包含t/r通道多功能芯片、功分器芯片、数字接口芯片、脉冲驱动芯片、电源管理芯片，其主要用于实现主要的发射、接收和放大的功能。

优选的，所述混压多层pcb板采用sip系统级封装结构。

其采用的sip系统级封装结构取代了传统工艺结构的tr组件、驱动功放等器件，实现了此类多功能器件的表贴式安装，从而显著减小有源收发控制系统的高度和重量。

优选的，所述t/r通道多功能芯片为芯片式tr，用于实现信号的放大、移相和衰减。

采用的芯片式tr，与火控雷达的tr相比，其功耗，重量和体积都大大减少(90％以上)。

其为低剖面设计，厚度变为原有的二维有源机载气象雷达的十分之一。

优选的，所述低功率射频单元安装在天线背部，其包括射频模块，二次电源模块及散热翅片组成，用于时钟信号和射频信号的产生以及射频回波的接收和采样。

为了取得更好的散热效果在模块周围设计若干散热翅片。

优选的，所述处理单元由处理模块和预处理电源模块组成，用于数据和信号处理。

有益效果

本发明提供的轻型化、低剖面二维有源机载气象雷达用芯片式tr代替传统的瓦块式tr(芯片式tr只能承受较低的发射功率)实现二维有源机载气象雷达天线的轻型化、低剖面的架构设计，

本发明提供的轻型化、低剖面二维有源机载气象雷达能够将二维有源技术引入机载气象雷达领域，使机载气象雷达具备波束电子扫描、波束捷变、波束赋形等能力，可以有效提高雷达对于气象目标探测的功能性能，同时可以支撑雷达扩展大气威胁感知，同时多目标多等功能。

本发明提供的轻型化、低剖面二维有源机载气象雷达取消了伺服驱动系统和发射机等可靠性略低的功能电路，提高了系统的基本可靠性，且当10％tr失效时，系统仍能正常工作，提高了系统的任务可靠性。

本发明提供的雷达，为低剖面，厚度为现有的二维有源机载气象雷达的十分之一。

本发明提供的轻型化、低剖面二维有源机载气象雷达可应用于军用和民用机载气象雷达领域，可升级机载气象雷达产品体制和跨代升级，具有良好的市场应用前景。

本发明提供的轻型化、低剖面二维有源机载气象雷达是一体化设计，相对于现有的有源雷达的两部分的安装方式，本发明可直接安装，使用较方便。

附图说明

图1：平板气象雷达

图2：现有的二维有源雷达

图3：本发明所提供的轻型化、低剖面二维有源机载气象雷达

图4：本发明中的轻型化二维有源天线单元的结构

图5：芯片式tr

图6：瓦块式tr

图7：低功率射频单元中的散热翅片

具体实施方式

结合附图对本发明做进一步解释

如图1所示为传统的平板气象雷达，传统平板气象雷达主要包括平板天线、天线驱动、发射机、接收机和处理机。其中平板天线为结构件，重量较轻，主要实现电磁波的对空发射和接收；伺服主要是驱动天线在方位和俯仰维的转动；发射机用于产生高能量的射频信号；接收机和处理机分别对回波信号进行模拟和数字处理，从而最终实现危险气象目标的解析和送显。但是平板式气象雷达的空域探测范围主要通过雷达的伺服系统驱动平板天线实现波束的方位和俯仰维的指向，由于伺服系统对于扫描角度控制的连续性，波束指向角度无法实现快速变化，同由于数据更新率与伺服系统的扫描速度是线性相关的，因此数据更新率慢；导致在一定周期内，雷达的空域覆盖有限，当气象云团与飞机机体位置发生相对变化时，雷达无法快速捕捉丢失的气象目标，需要飞行员人工干预波束指向，因此加大了飞行员的操作负荷，也考验了飞行员的操作和认知经验。

如图2所示为现有的二维有源机载雷达，现有的二维有源机载雷达主要包括有源天线、接收机和处理机，有源天线实现射频信号能领的放大，电磁波的发射、接收和电磁波的指向，有源天线基本替代了平板式架构的天线、发射机和伺服系统，气象雷达架构中对于发射机和伺服系统的舍弃，大大提高了可靠性和装机适配性，而波束的电子扫描特性提高了产品的功能性能，但按照传统的二维有源机载雷达架构设计，产品难以满足客机和运输机的功耗低、重量轻、体积小和经济性等特点，

如图3所示为本发明提供的轻型化、低剖面二维有源机载气象雷达，其包括轻型化二维有源天线单元、低功率射频单元、处理单元和安装支架；所述低功率射频单元通过螺钉与天线单元连接；所述处理单元通过安装支架与低功率射频单元相连；所述处理单元通过螺钉安装在安装支架的底座上。

如图4所示，为本发明中的轻型化二维有源天线单元的结构，其由辐射阵面层、散热结构层、多功能集成电路和波控电源层堆叠而成；辐射阵面采用单层微带贴片实现；多功能集成电路层包括金属框架、金属底板、混压多层pcb板和连接器；混压多层pcb板包含t/r通道多功能芯片、功分器芯片、数字接口芯片、脉冲驱动芯片、电源管理芯片，其主要用于实现主要的发射、接收和放大的功能；混压多层pcb板采用sip系统级封装结构，其采用的sip系统级封装结构取代了传统工艺结构的tr组件、驱动功放等器件，实现了此类多功能器件的表贴式安装，从而显著减小有源收发控制系统的高度和重量。

t/r通道多功能芯片为芯片式tr，用于实现信号的放大、移相和衰减，如图5所示。

如图6所示，为传统的瓦块式tr，本发明所选用的芯片式tr的功耗，重量和体积都大大减少。

低功率射频单元安装在天线背部，其包括射频模块，二次电源模块及散热翅片组成，用于时钟信号和射频信号的产生以及射频回波的接收和采样。

为了取得更好的散热效果在模块周围设计若干散热翅片，散热翅片如图7所示。

处理单元由处理模块和预处理电源模块组成，用于数据和信号处理。