某机载天线的结构优化设计

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1、万方数据推广技术王婧中国科技信息加：4年第07期tCHINASCIENCEANDTECHNOLOGY1NFORMATIONApr．2014某机载天线的结构优化设计王婧中国西南设计研究所，四川成都610036摘要本柬针对某机载天线的结构设计，重点介绍了天线底座、天线背板以及天线罩等关键结构件的设计思路及设计方案。该方案经实践证明切实可行，对类似的天线研制具有一定借鉴意义。关键词机载天线；结构设计DOI：10．3969／j．issn．1001-8972．2014．07．077机载天线是飞机系统与其他系统进行电磁能量交换的转换设备，是飞机感知系统(传感器)

2、的一部分【ll。由于机载平台的空间非常有限，而其工作环境条件明显不同于地面平台和舰船平台，所以机载天线的设计要求天线从重量、高度、外形、振动、冲击、电磁兼容、通风散热等方面都能够很好适应载机的工作环境条件。1设计要求设计过程主要基于天线的用途、安装方式、工作环境条件等因素，对各种因素进行综合考虑，决定了天线的结构形式：某机载天线主要由底座、天线背板、天线体、TR组件以及天线罩组成。设计要求提出该天线的结构设计主要包括以下几点：1)天线外形尺寸不得大干中120ram×88ram；2)；重量<2kg；3)要求天线装机以后天线罩能够单独拆卸；4)要求天线具

3、有防水、防霉、防盐雾能力，即“三防”；5)满足相应的工作温度、贮存温度、加速度、冲击振动等环境适应性要求。根据以上设计要求，某机载天线主要包括底座、背板以及天线罩的设计。2底座的结构设计天线罩和天线背板都固定在底座上，机载天线则通过底座与载机连接，因此底座既要满足天线与载机平台的安装要求，也要满足天线罩和背板的固定要求。与底座连接的天线罩为非金属材料，要达到高加工精度不容易，因此设计中将精度要求较高的密封槽设计在底座上。另外机载产品对重量的要求非常严格，我们需要将减重作为设计过程中重要的一环，在保证强度的前提下尽可能去除多余材料。天线底座的结构如图1

4、所示。-216图1天线底座结构3天线背板的优化设计天线背板作为关键结构件，一方面用于安装天线体和TR组件，另外一方面在设计中也必须考虑天线体与TR组件电信号的连接。在设计初期天线背板的结构考虑了A和B两种方案，如图25N图3所示，后期又通过数值仿真计算来指导方案的选择和进一步优化。在两种结构的背板上施加相同的载荷，经过计算得到固有频率如表1所示。表1A／B方案固有频率阶数AB1686．66647．6321991．2095．23282882981．543178．44290．155994．84367．4万方数据审国科技售患2014年篓07翔CHINASC

5、IENCEANDTECHNOLOGYINFORMATIONApr．2014■■■_●■●一图2A设计方案■■■●●■●一图3B设计方案图4A／B方案静态应力图图5天线背板结构A、B两种结构的静态应力分布女II图4所示。数值计算的结果显示，两种方案的5阶固有频率和静力分布的结果差异不大，但是A方案质量较轻，所以在A方案基础上，进行详细设计，最终天线背板的结构如图5所示。4天线罩的设计4．1材料选择天线罩是功能性复合材料结构件，因此材料是天线罩研制的重要基础，没有好的天线罩材料，再好的介电性能设计也不会成为现实【2】，因此天线罩材料的选择在设计中显得尤为

6、重要。在材料选择过程中，需要考虑材料的介电性能、力学性能、三防性能和工艺性等要求，其中材料的介电性能(介电常数和损耗角正切)直接关系到天线罩的电性能，因此是选择材料的主要考虑因素。表2列举出了常用天线罩材料的介电性能。推广技术表2常用天线罩材料的介电性能石英纤维E玻璃纤维D玻璃纤维相对介电常数3．3～3．56．Il38损耗角正切tan600l—O．020．00390．0005从表2中可以看出，石英纤维SND玻纤具有很好的介电性能，是非常理想的透波增强材料，但是其生产工艺性差，生产成本较高，因此使用较少，目前国内使用的透波复合材料仍以E玻璃纤维和S玻璃

7、纤维为主，而环氧树脂则成为使用最为广泛的树脂基体材料，用以粘接各层纤维。4．2结构设计天线罩的设计应该遵循电气与结构设计要求相匹配的原则，否则将大大降低天线的性能。因此天线罩的形状、形式、厚度的选择要经过电气参数的设计分析，天线罩为均质单层结构时，透波面的厚度计算为：牡万2i≯0(￡一siIl2)n——正整数，阶数，一般取l或2入——自由空间波长￡——相对介电常数0——入射角根据E玻璃纤维／环氧树脂复合材料特性经过计算得到天线罩透波面的厚度数据。在天线罩的设计中还必须考虑天线的防护要求，如防水、防盐雾、防尘等，密封槽设计在底座上，为了达到密封圈的设计

8、压缩量，设计中要求天线罩与底板的接触面保证较高的平面度要求。天线罩的成型需要模具，必须要保证天线罩加工完成后