结构功能一体化天线的机电耦合机理和实验

结构功能一体化天线能够将集成微带天线阵列的射频功能件嵌入到武器平台结构中,它既可作为力学承载的蒙皮结构,又可作为收发电磁波的微波天线,在未来武器装备中具有巨大的应用前景。这种天线具有结构和电路的高度集成以及服役环境苛刻等特点,现有方法难以满足其设计制造。文中针对结构功能一体化天线的机电耦合机理问题,提出了一类阵列天线结构因素对电性能影响的混合建模方法。结合理论分析和试验数据,建立了该类天线的机电耦合模型,发掘了典型结构因素对电性能的影响机理。通过天线样件的力电性能实验,验证了机电耦合机理的有效性。本研究成果可应用到结构功能一体化天线的设计制造领域中。     

某大型对数周期天线的结构设计及力学仿真

大型对数周期天线外形尺寸大,架设高度高,重量要求苛刻,成本控制严格,这些要求给大型对数周期天线的结构设计带来很大挑战。文中从大型对数周期天线结构设计需求出发,根据其结构设计特点,结合生产制造、现场架设、成本控制等方面的要求,设计了一种低风阻、低成本、高性能的轻量化天线结构,并进行了三维布线设计和现场架设规划。另外通过对天线进行有限元力学仿真分析,验证了其结构设计的合理性。该结构形式简单,易于批量生产,成本也较低,可为其他大型天线的结构设计提供一些参考。     

动载荷对结构功能一体化天线力电性能的影响

结构功能一体化天线是将集成微带天线阵列的射频电路嵌入到武器平台结构中,它既可作为力学承载的蒙皮结构,又可作为收发电磁波的微波天线,在未来飞行器中具有巨大的应用前景。针对服役中的结构功能一体化天线力电性能演化问题,通过分析结构变形与天线电性能的影响关系,利用相位差建立动载荷作用下结构功能一体化天线的机电耦合模型,利用最小二乘支持向量回归对结构变形的数据拟合来获得结构变形下的电性能。通过研制的2.5 GHz结构功能一体化天线试验装置,验证了机电耦合模型的正确性。利用验证后的耦合模型,通过数值分析获得了动态载荷对结构功能一体化天线力电性能的影响规律,其结果表明,动态载荷下天线结构变形会影响天线的主波束方向、增益和副瓣。     

考虑太阳照射的地基面天线机电耦合分析

下一代深空探测的地基面天线的面精度要求达到亚毫米级,必须考虑太阳照射导致的温度的影响。针对这一问题,以"嫦娥工程"的40 m通信面天线为研究对象,根据天线的地理位置和时间日期,计算天线受到的热流密度;考虑对流、传导和辐射三种传热方式计算天线的温度分布,并用某7.3 m卡式天线设计温度试验,结果表明温度分析是有效的;将温度作为载荷计算天线的结构变形;根据天线远区的电场公式计算电性能,并提取增益损失、副瓣电平和指向误差等主要电性能指标。仿真结果表明,温度对电性能的影响不但体现在结构变形的均方根值上,更与变形的分布形式密切相关。分析的方法和结论可用于指导下一代面天线结构设计,也可供同类型面天线设计时参考。     

长条形雷达天线结构设计研究

为了达到长条形天线的商品化设计要求,文中提出了一种以整体骨架为设计核心的长条形天线结构设计方法。该设计根除了钣金拼接骨架时反复校核导致的制造成本上升的弊端,达到了简化结构、降低制造成本的目的。整体化骨架设计采用经过优化的高刚度工字型截面结构、玻璃钢加芳纶纸蜂窝夹层结构材料,满足长条形天线高刚强度、低成本和轻量化的商品化设计要求。仿真结果表明天线整体性能优良。整体化骨架设计是对长条形天线结构系统设计和商品化设计的有益探索。     

面向大尺寸平板裂缝天线的结构工艺方案研究

文中为研制大尺寸平板裂缝天线,对其结构与工艺方案展开了研究。从理论上分析了结构变形对电性能的影响,得出结构与工艺设计需要关注的具体参数。归纳总结了该类天线的结构与工艺总体研制流程,详细阐述了在结构设计过程中结合工艺进行的一系列预设计,并给出了该类天线的各项工艺参数。针对工艺技术难点提出了相应的解决措施,最终研制出了符合电讯指标的天线。这说明在该类天线的研制过程中,结构与工艺是相互关联和制约的。     

平板裂缝天线结构设计

针对平板裂缝天线的特点,介绍了该天线的结构设计思路,特别强调了应考虑结构设计的可制造性。通过设计实例,验证了Pro／E三维软件非常适合于作为平板裂缝天线的设计平台,有效地提高了设计效率和设计质量。     

大型反射面天线电磁场与位移场场耦合模型及其在65 m口径天线设计中的应用

针对大型反射面天线设计机电分离的现状,基于电磁场与结构位移场的场耦合理论模型,建立以天线电性能为目标,结构拓扑形式为设计变量,同时满足自重、强度等约束条件的优化设计模型。详细讨论场耦合分析模型的分析方法,并指出将拓扑变量引入机电综合优化模型时带来的基结构规模过于庞大的问题。利用虚实单元的当前受力状态和潜在受力状态来判断杆件是否应加入到基结构中去,并以此降低了优化模型的求解规模,使得所提方法更加适宜在工程中应用。考虑到天线副面调整的对电性能的补偿效果,在优化模型中加入副面调整设计变量。提出求解策略和方法,进行大量的数值计算。进而应用于深空探测65 m口径反射面天线的工程设计中,取得了满意的结果。     

天线结构的公差、分析与优化

天线结构型式繁多、大小不一,牵涉面很广,诸如结构型式选择、公差的考虑、风荷计算、力学分析、制造工艺、检测方法、安装架设运输等问题,涉及多个学科。天线结构为实现天线的电性能而服务,受天线电设计的影响极大。一种新的天线电设计,就要求一种新的天线结构型式与制造工艺,随之带来一系列新的技术问题。如低副瓣的偏置形式双反射面天线。平面式卫星接收天线等的出现,就产生一些新问题等待去解决。因此天线结构在不断的发展,在发展中综合了各个领域的新成就,内容十分丰富。这里先就几个问题进行讨论。     

太赫兹天线结构设计

太赫兹天线工作频率高(100 GHz~10 THz),加工、装配精度要求严苛,合理有效的天线结构设计是太赫兹天线工程化亟待解决的技术难题之一。文中研制了一套工作在0.33 THz的太赫兹天线,详细阐述了天线结构、各组成结构材料和互联以及天线装配,并根据使用环境,对天线结构进行了仿真和电性能测试。结果表明,整套天线满足刚强度等各项指标要求,也验证了该天线结构设计的合理性和有效性。     

某星载反射面天线结构设计

反射面天线结构是天线电气性能实现的载体和保障。文中详细阐述了某星载反射面天线的结构设计要点,重点论述了碳纤维复合材料反射面的具体结构形式和反射面及背筋的详细结构设计。建立了天线的有限元模型,进行了模态分析、正弦振动仿真分析、热变形分析。仿真分析和振动试验结果表明：该天线有足够的刚强度,满足设计要求。研究结果可以为星载反射面天线结构设计提供工程参考。     

高刚重比天线结构刚强度优化设计与分析

天线的发射和接收性能取决于反射面的形面精度,而结构刚强度是决定天线反射面形面精度的主要指标,因此对天线结构进行优化设计非常必要。文中提出了一种具有高刚重比的车载天线结构,采用ANSYS有限元分析软件对天线自重、抗风载荷和振动载荷性能进行了力学仿真分析。仿真结果表明,井形背架结构和桁架形背架结构均可为反射面提供高刚度的结构支撑,桁架形背架结构在强度方面优于井形背架结构,其最大应力值比井形背架结构的最大应力值小43.8 MPa,从而验证了该高刚重比车载天线结构优化设计的合理性和可靠性,可为同类型天线的设计提供理论支撑。     

星载大口径固面反射器结构优化设计

依据某星载天线反射器初样产品的试验情况,文中结合多次仿真分析,通过改进主支撑件与背筋的连接形式,增大受力结构的胶结面积,并采用胶结加螺接或铆接,增加了分配给背筋的载荷,相应地减小了反射面局部载荷,最终提高了该反射器的力学性能。此设计改进使得成型工艺更简单,结构更合理可靠。热真空、力学试验和电性能测试结果表明,该设计可广泛应用于星载反射器工程设计中。     

大型空间可展开天线的研究现状与发展趋势

文中较为系统地介绍了国内外大口径星载可展开天线研究的现状及其未来发展趋势,内容涉及网状、薄膜、微电子机械、固面、充气等不同类型天线.对应用广泛的大型索网天线,阐述了数字化建模、网状找形找态、多态动力优化、多柔体动力学分析与展开过程控制、展开可靠性分析、在轨热分析与控制、形面调整与测试、机-电-热场耦合建模与电性能分析等模型建立、分析与设计方法以及针对星载可展开天线分析与设计的知识型设计软件与综合设计支撑平台等.此外,对正在研制与在轨服役的星载天线也作了简单介绍.     

抛物面天线结构的优化设计

为了进一步提高天线反射面的表面精度,本文采用数学规划法,建立了抛物面天线中心体和背架结构优化设计的数学模型,并将ANSYS软件和数学规划法相结合,以重量为目标函数对抛物面天线中心体和背架结构进行优化设计,大大提高了天线反射面的表面精度.本文的研究结果对提高天线结构设计的效果,改进天线的性能有一定的作用.     

碳纤维复合材料在星载天线结构中的应用

随着电子设备结构轻量化技术的发展,碳纤维复合材料作为一种重要的材料在航空航天领域得到广泛应用。文中首先,总结了碳纤维复合材料的优异性能,介绍了碳纤维复合材料天线的铺层设计;接着,重点阐述了碳纤维复合材料星载喇叭天线、反射面天线、天线支架的结构设计要点;最后,基于工程实践提出了一些注意事项,以供其他类型星载天线结构设计参考。     

某机载吊挂天线系统的结构设计与分析

机载吊挂天线具有结构紧凑、接口简单等特点,在机载雷达领域应用较为广泛.在结构设计时应兼顾体积、重量、强度等多方面因素,需要进行全面细致的考虑.文中以某机载吊挂天线为例,针对天线使用的环境要求,简单介绍了该天线系统的结构特点,重点介绍了天线系统的结构组成、热设计及载荷分析等,可为同类天线系统的结构设计提供参考.