引 言

模塊化設計就是將產(chǎn)品的某些要素組合在一起，構成一個具有特定功能的子系統(tǒng)，將這個子系統(tǒng)作為通用的模塊與其他產(chǎn)品要素進行多種組合，構成新的系統(tǒng)，產(chǎn)生多種不同功能或相同功能、不同性能的系列產(chǎn)品。作為一種產(chǎn)品設計方法，它在一定范圍內(nèi)對不同功能或相同功能、不同性能或不同規(guī)格的產(chǎn)品進行分析，并在此基礎上劃分或組合設計出一系列功能模塊。該模塊通常被理解為一個組合子系統(tǒng)，或具有某種特定功能的分機，或具有典型特征的獨立單元。模塊具有獨立性、互換性、通用性，可直接使用，可經(jīng)過簡單的局部修改形成系列模塊，也可通過模塊的組合構成不同的產(chǎn)品[1-3]。

模塊化設計技術興起于20世紀60年代，幾十年來，隨著科學技術水平的不斷提高，模塊化設計技術和思想獲得了極大的發(fā)展，已廣泛應用于電子工程、機械工程、橋梁工程等各行各業(yè)，創(chuàng)造了不勝枚舉的優(yōu)秀產(chǎn)品，如電子工程中IBM個人電腦模塊化的產(chǎn)品設計[4-5]。雷達結構工程中的機箱、機柜等都是采用通用化、標準化、模塊化設計的典范[6]，但有關相控陣雷達的核心部件天線陣面的模塊化應用目前報道甚少。

假設親本紅花植株中雜合子占的比例為x，則子一代中白花植株占的比例為x/2，由題意可得x/2=1/6，解得x=1/3。若該親本紅花植株群體自交，則F1中白花植株占的比例為1/3×1/4=1/12，紅花植株占的比例為1-1/12=11/12，故所求結果為11∶1。

國軍標《機械產(chǎn)品模塊化設計規(guī)范》中對模塊化的定義和設計方法作了詳細說明。本文以某相控陣雷達天線陣面結構設計為例，針對相控陣雷達設備量大、結構復雜的特點，介紹了將雷達天線陣面按結構層分解為大模塊(側板天線)和小模塊(一體化天線模塊)的模塊化設計思路[7]，簡化了天線陣面的總體設計，提高了產(chǎn)品設計效率和產(chǎn)品的可靠性。模塊具有一定功能和電性能的設計使天線陣面布局更合理，風格統(tǒng)一，形成了標準化與多樣化有機結合的模塊化產(chǎn)品。

1947年5月和6月，在全國一些地方大學生掀起“反內(nèi)戰(zhàn)、反饑餓”運動的影響下，湖南大學學生在長沙市舉行聲勢浩大的罷課示威游行。湯甲真不僅自己積極參加，還廣泛宣傳發(fā)動其他同學踴躍參加，痛恨反動統(tǒng)治，更加擁護中國共產(chǎn)黨。

九、神矮LS—1煙8 是晚熟優(yōu)良紅富士煙富3號的芽變品種，高樁大型果，果肉微黃色，含糖量高，比普通紅富士高2%，其經(jīng)濟性狀比煙富3號蘋果更優(yōu)良。果實摘袋后上色快，比煙富3號早5天，色澤艷麗，初為條紅，后轉(zhuǎn)片紅，全紅果率81%，經(jīng)濟效益高，建議大面積發(fā)展。

1 天線陣面總體模塊化設計

相控陣雷達天線陣面是雷達的核心部分,其作用是實現(xiàn)相控陣天線的電性能。隨著雷達天線增益和分辨率要求的提高，雷達天線輻射面口徑、設備量及功耗越來越大。如某有源相控陣雷達天線的輻射面尺寸為11 600 mm × 1 720 mm，天線陣面內(nèi)部安裝有輻射天線、收發(fā)組件、延時組件、功分器、波控組件、電源組件、熱管組件等設備單機(表1)，是整個雷達結構中最復雜的部分。

表1 某雷達天線結構組成

名稱數(shù)量輻射天線/部120收發(fā)組件/個1 920延時組件/個120模塊功分器A/個120模塊功分器B/個480熱管組件/個240波控單元/個48電源組件/個48頂層功分器A/個80頂層功分器B/個2頂層功分器C/個16高頻電纜/根4 636低頻電纜/束240

雷達天線模塊化設計是根據(jù)總體技術要求和設計規(guī)范，采用模塊化設計技術，從提高天線陣面剛度、強度，減輕天線陣面重量的角度展開的結構設計，往往都是根據(jù)總體技術要求和設計規(guī)范先做大模塊構思和規(guī)劃。文中的天線陣面結構設計方案考慮到衛(wèi)星發(fā)射升空時裝載平臺的包絡尺寸限制及天線展開時展開機構對雷達天線尺寸的限制，將全陣面分成4塊側板天線，每塊側板天線的外形尺寸為2 900 mm(方位) × 1 720 mm(距離)，即形成-X內(nèi)側天線、-X外側天線、+X內(nèi)側天線、+X外側天線共4個相同的側板天線模塊。衛(wèi)星發(fā)射時，4塊側板天線通過壓緊釋放機構固定在載荷艙±X兩側，衛(wèi)星升空在軌飛行時，4塊側板天線通過展開機構展開在載荷艙的+Z端面，形成一個完整的相控陣雷達天線。圖1和圖2是通過“展開機構”把4個側板天線(-X外側板天線、-X內(nèi)側板天線、+X內(nèi)側板天線、+X外側板天線)組合在一起的某有源相控陣雷達天線方案簡圖。

圖1 雷達天線收攏示意圖

圖2 雷達天線展開示意圖

相控陣雷達天線陣面結構設計是一個復雜的系統(tǒng)工程，結構設計方案除考慮到衛(wèi)星發(fā)射裝載要求、展開機構設計的復雜性和可靠性外，還要考慮模塊化設計的4個側板天線模塊。每個側板天線模塊(每塊)都具有相同的功能和電性能，考慮到天線陣面加工、運輸、架設、維修性等綜合需求，模塊形成的安裝接口、內(nèi)部單機所裝數(shù)量完全相同。同時形成了側板高頻電纜模塊、側板低頻電纜模塊、展開機構模塊等更專業(yè)的模塊，從而提高了產(chǎn)品設計效率，縮短了產(chǎn)品研制周期。

2 大模塊側板天線結構設計

相控陣雷達天線陣面大模塊(側板天線)的構思和規(guī)劃是根據(jù)雷達總體技術要求和設計規(guī)范劃分的。結合相控陣雷達天線功能相同、結構相似的單機數(shù)量大，線纜連接比較多的結構設計特點，對天線陣面單機進行合并，劃分為4塊側板天線，其結構組成見表2。很顯然，雷達天線陣面結構設計得到了簡化。

表2 側板天線結構組成

名稱數(shù)量一體化天線模塊/個30波控組件/個12電源組件/個12頂層功分器A/個20頂層功分器C/個4高頻電纜/套1 低頻電纜/套1

為了使側板天線更加緊湊，側板天線內(nèi)單機采用三明治夾層方式布局，即將一體化天線模塊裝配到天線框架正面，反面裝電源組件、波控組件、功分器及高頻電纜、低頻電纜等，中間是天線框架，天線陣面Z向本體厚度小于100 mm。側板天線吊裝接口和工裝接口保持一致，天線框架選用高模量的碳纖維復合材料設計，提高了側板天線陣面的剛度和強度，有效減輕了天線框架的重量。優(yōu)化各單機的接口，確保各單機的裝配可靠。設計擴展設備接口，用于天線陣面組合，如某有源相控陣雷達天線就利用“展開機構”實現(xiàn)天線陣面的折疊和展開。

利用有限元分析工具Pro/E、Ansys等設計軟件，在初步設計的基礎上建立三維模型，對其進行靜力學、動力學分析和熱力學分析，求出各種工況下的變形、應力分布、熱分布特性等，找出主要部件的危險位置。根據(jù)分析結果優(yōu)化結構參數(shù),再循環(huán)計算分析,最終使結構設計完全滿足預先分配的重量指標和剛度指標，并驗證模塊化設計結果的合理性。圖3是優(yōu)化設計的側板結構示意圖。

圖3 側板天線結構示意圖

模塊化設計的4塊側板天線結構布局完全相同，結構剛度、強度滿足設計要求，有效減小了雷達天線的質(zhì)量，每塊質(zhì)量小于210 kg，是一個獨立的相控陣雷達天線。模塊裝配容易，維修方便，具有通用性、系列化的特點，可以單獨使用，也可根據(jù)不同用途對天線框架稍做改進，2塊、3塊甚至4塊、5塊組合使用，形成系列化產(chǎn)品。文中的雷達天線是由4塊側板天線利用展開機構組合而成的相控陣雷達天線。

3 子模塊一體化天線模塊結構設計

當天線陣面結構設計劃分為4個大模塊時，盡管天線陣面總體設計簡化了，模塊具有互換性和通用性，能夠獨立使用，但仍然需要進一步優(yōu)化，以解決單機數(shù)量大、線纜連接比較多的問題。根據(jù)相控陣雷達天線單機的功能和電纜連接拓撲圖，對表1中某相控陣雷達天線結構組成的前6項進行重新組合，形成如表3所示的一體化天線模塊結構組成，共120個一體化天線模塊。

表3 一體化天線模塊結構組成

名稱單機數(shù)量輻射天線/部1收發(fā)組件/個16延時組件/個1模塊功分器A/個1模塊功分器B/個4熱管組件/個2高頻電纜/束20

3.1 模塊布局設計

對一體化天線模塊內(nèi)的單機收發(fā)組件進行雙通道集成設計，并采用盲配技術與輻射天線連接，減少電纜連接，以減少Z向厚度；對激勵功分器與定標功分器進行綜合設計，以減少單機品種；對輻射天線結構進行優(yōu)化，以減少重量并提高剛度。

3.2 模塊外形尺寸選取

外形尺寸要結合電性能設計選取，同時要兼顧原材料特性和機械加工設備能力，還要綜合考慮生產(chǎn)過程的中轉(zhuǎn)、包裝、后續(xù)表面處理等，一般在500 mm左右比較合適。本模塊外形尺寸為484 mm × 320 mm × 42 mm。

3.3 模塊接口優(yōu)化

首先，結合天線陣面系統(tǒng)設計分塊(上述-X內(nèi)側板天線、-X外側板天線、+X內(nèi)側板天線、+X外側板天線)，明確一體化天線模塊和模塊內(nèi)單機的接口；其次，根據(jù)模塊內(nèi)單機布局及連接器的類型規(guī)劃電纜的走線路徑；然后從系統(tǒng)設計出發(fā)，設計一體化天線模塊裝配時形成的拼縫和接地接口；最后，重點關注收發(fā)組件的工作特性和全陣面的熱設計要求，確定熱管的安裝接口。

3.4 模塊的力學仿真和熱仿真分析

確定了一體化天線模塊的接口尺寸之后，根據(jù)雷達天線系統(tǒng)的總設計要求，對一體化天線模塊進行結構力學仿真分析和熱仿真分析，通過反復迭代、優(yōu)化和三維模擬裝配設計，形成完整的一體化天線模塊，如圖4所示。最后結合側板天線內(nèi)部其他單機的布局及雷達天線陣面的高頻、低頻電纜布線設計，再次對側板天線、整星結構進行力學仿真分析、熱仿真分析及迭代優(yōu)化，完成一體化天線模塊設計。

圖4 一體化天線模塊示意圖

一體化天線模塊包含了大量的有源功能部件，具備良好的散熱能力，盲插連接減少了互聯(lián)電纜，提高了可靠性和可維修性，是一個機、電、熱一體化的通用模塊。

考慮到噴頭安裝高度不能過高，同時又不影響防眩板的通透性，因此將噴灑裝置安裝在防撞鋼護欄下面。同防撞鋼護欄的固定方式類似，噴灑裝置每隔1.5 m通過角鋼和螺栓固定在防撞緣石上方的方形鋼柱上，便于快速施工，安裝后的噴嘴距離路面高度為49 cm。安裝位置如圖6所示。

4 結束語

有源相控陣雷達天線陣面結構設計融合了電訊、結構、材料以及熱學等多領域知識經(jīng)驗。隨著收發(fā)組件、數(shù)字陣面技術的不斷發(fā)展，天線陣面結構設計將發(fā)生較大變化，其系統(tǒng)結構設計的重點主要集中在天線陣面結構的輕量化設計、天線陣面的熱設計、天線陣面內(nèi)部單機之間多層互聯(lián)等方面。很顯然，采用模塊化設計技術是有效解決功能相同的單機數(shù)量大、線纜連接較多問題的實用方法。

磚子覺得趙仙童不是小酒拿的，就是發(fā)神經(jīng)。于是問，為期多長？趙仙童說，我想多長就多長，實驗不下去了，就宣告結束。

文中模塊化設計在某相控陣雷達天線結構中的工程應用，簡單地說就是對雷達天線陣面內(nèi)部功能單機的重新組合，形成120個一體化天線模塊，再通過“天線框架”集成設計成4個相同的“側板天線”模塊，然后通過“展開及壓緊釋放機構”使“側板天線”模塊實現(xiàn)裝星收攏和發(fā)射展開，所形成的一體化天線模塊具有良好的可制造性、可裝配性和可維修性。模塊具有特定的功能，滿足輕量化設計要求，符合通用化、模塊化、標準化的發(fā)展要求，提高了產(chǎn)品設計效率，縮短了產(chǎn)品研制周期，降低了研制、生產(chǎn)成本，并使設計經(jīng)驗得以傳遞和繼承，具有一定的發(fā)展空間和應用前景。

參 考 文 獻

[1] 江守利, 鐘劍鋒, 冷同同, 等. 星載SAR功能結構一體化天線技術研究[J]. 現(xiàn)代雷達, 2017,39(4): 69-72.

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