共形承载天线封装过程中几何缺陷的反演

共形承载天线(Conformal load-bearing antenna structure,CLAS)将微带天线和防护结构封装为一体,是一种可安装于飞行器外蒙皮的新型天线结构。针对封装过程中防护罩体内存在空腔、气泡等制造缺陷,根据透射理论和射线追踪-表面积分方法,提出一种由天线远场特性反演缺陷几何特征的方法。推导出远场到罩体透射系数以及透射系数到罩体材料厚度的两个反演公式,两者结合可实现由测量远场到罩体缺陷几何特征的反演,并进一步推广至多层罩体。通过一个12.5 GHz的4单元共形承载天线进行数值仿真试验,仿真结果表明反演模型理论精度高,有效性好。基于该算例,对所提出的反演模型进行误差分析,分析结果表明当远场测量精度满足幅度误差小于0.45 d B,相位误差小于±5°时,反演结果的误差小于10%,该精度完全可以满足工程使用的精度要求。     

考虑膜结构应力的索网型面优化方法

在对网状反射面天线进行型面分析时,以往的研究常常将重点放在索网结构的型面精度或索段张力分布的均匀性上,没有考虑薄膜反射面的应力对索网结构的影响。因此,文中根据网状反射面天线的索网和金属丝反射网的结构特点,提出了一种考虑膜结构应力的索网型面优化方法。基于索单元和各向等应力膜单元,建立以索段张力为设计变量、索段张力的上下限值为约束、索段张力均匀性为目标函数的优化模型。编制了相应的找形程序,通过算例证明了该方法的可行性。     

波导裂缝天线单元结构设计

随着现代雷达技术的发展,波导裂缝天线单元之间的间距越来越小,安装位置精度越来越高,常规的结构形式很难满足波导裂缝天线单元结构设计的新需求,迫切需要一种新的结构形式来解决上述问题。文中在分析波导裂缝天线结构设计新需求的基础上,提出了一种新的结构形式,对开缝波导管、负载和波导同轴变换器进行了结构设计研究,并对波导裂缝天线单元的安装方式、安装位置精度和内腔防护进行了详细叙述,解决了波导裂缝天线安装困难和位置精度不高的难题。该天线已应用在某双极化有源相控阵雷达中,取得了很好的效果,验证了其结构设计的合理性。     

一种轻量化天线单元结构设计

针对某机载雷达天线单元轻量化设计需求,提出基于“蒙皮+泡沫支撑+微带天线”的3层复合结构形式。该结构型式可以很好兼顾性能、重量、刚强度、环境适应性、可制造性等需求。根据仿真分析结果,对天线单元安装支架进行优化设计。通过环境试验与电性能测试,验证了天线单元设计的可行性与可靠性。     

车载天线安装平板的结构强度分析及拓扑优化

利用流体仿真软件计算天线表面所受风载荷,再将风载荷耦合在天线结构模型上,完成天线的结构强度分析。仿真结果表明天线安装平板强度富余量非常大,可合理优化安装平板结构,以改善安装平板的强度重量比。仿真计算安装平板优化前后的应力、变形、应变及重量,对比分析表明优化后的结构,重量减少68.3%,强度几乎没有变化,满足安装平板的使用要求。     

一种偶极子天线振动裂纹分析与结构优化

为了解决某机载吊舱中偶极子天线在振动试验时电缆和承力结构出现裂纹的问题，本文通过模态仿真和振动试验结合的方法对其进行了研究。建立天线结构有限元网格模型，进行模态仿真，仿真结果与试验现象一致。根据仿真结果分析发现导致开裂问题的模态类型，其中低阶振动模态导致底板位移，引起安装的电缆自身弯曲振动，最终导致开裂的连锁反应。分析发现广义质量占比参数可帮助判断模态主振型。通过增加支撑和使用新材料的方法对天线进行结构优化设计，并对各方案进行仿真和比较，选取合适的实施方案。优化后的天线顺利通过振动试验考核。     

基于模块化的雷达天线结构优化设计

文中介绍了某雷达天线结构优化设计过程,针对该雷达天线安装空间的特点和相关技术要求,具体阐述了2 个方面的内容:一方面,采用模块化设计方法,将天线内设备划分成发射分机、电源监控分机、功分器组件和天线子单元4 个模块,分别对每个模块进行结构设计和热设计,解决了天线内部安装空间不足、电缆布线复杂等问题;另一方面,采用外形隐身技术,对天线骨架进行重新设计,减小了雷达散射截面积,提高了天线的隐身性能。最后通过软件仿真技术,对其隐身性、热设计及力学性能进行了分析,结果均满足设计要求。     

不同结构形式的雷达天线座预埋件分析与比较

针对不同结构形式的雷达天线座预埋件运用有限单元法进行了分析、计算。根据实际工况选择体单元建立了三种不同预埋件的有限元模型;给出了预埋件模型计算的边界条件;在有限单元模型上加载边界条件,根据线性理论解算得出计算结果,并且根据计算结果对三种不同的天线座预埋件结构形式进行分析,结合安装过程给出以后预埋件设计的建议。     

高铁平台卫通天线罩结构设计与仿真优化

为了实现高铁平台卫通天线易共形要求,同时满足高运行速度载荷和安装工况需求,文中采用自顶向下设计思路完成超低轮廓天线罩结构设计。在保证天线罩实现大入射角和高透波性能的前提下,首先考虑具备良好气动性能的工业设计方案,并对天线罩的结构强度、刚性和气动外形进行详细设计;同时对承载部件底罩进行静力学、谐响应仿真分析和优化,保证底罩满足一体化天线传动系统安装精度要求;最后完成罩体在高动态下的流固耦合仿真分析与优化。结论表明天线罩可满足电性能、机械性能和载车平台要求。     

径射状可展天线反射器结构固有模态分析

掌握各种参数对大型天线固有模态的影响规律是减小质量、提高刚度的重要依据.本文将径射状可展桁架与金属细丝编织索网结合,形成了10米口径的大型天线反射器;采用杆单元与索单元,建立了天线反射器的有限元模型;利用ANSYS软件,对5种天线结构的固有频率与质量进行了对比分析,得出了采用12支径向桁架、每支5个单元机构的结构最优的结论.研究了铰链质量、缆绳截面大小、索网初拉力等参数对天线固有频率的影响规律,为天线结构的动力学研究以及结构的进一步优化设计提供了理论基础.     

70 m天线反射体的安装与测量

随着射电望远镜频段的提升,天线口径越来越大,主反射面精度越来越高,对天线安装的要求也越来越高。文中以70 m天线反射体的现场安装为研究对象,对比分析了70 m天线与国内外其他大型天线反射体在结构上的区别,按安装工艺流程对该反射体的安装过程进行了阐述,并介绍了它的安装及测量方法。通过设计使用工装解决了大型球节点式桁架结构反射体的安装、检测及定位问题,并提出了安装过程中测量基准确定及转换的一般原则,最终达到了70 m天线反射体的设计精度要求,并提高了现场安装的效率。该工程研究对大型天线反射体的安装具有实际的指导意义。     

大型天线的场地设计与吊装

在大型天线现场安装阶段需要对场地进行设计和制定吊装方案,由于结构的特殊性,天线的 场地和吊装不同于其他工程。 文中对天线座、天线反射体、主吊装区的场地布局方法和吊装场地的 地基处理过程进行了介绍。 以天线反射体吊装为例,描述了制定反射体吊装方案时需要考虑的吊点 数和吊点位置,通过计算选定了钢丝绳和卸扣。 所描述的方法均来源于实践,对大型天线的安装具 有指导意义。     

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。     

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.     

Topology optimization of a PCB substrate considering mechanical constraints and heat conductivity

A material mixing method was suggested to obtain an optimal topology for a multiple material structure with multiple thermal criteria, based on Evolutionary Structural Optimization (ESO). To examine the validity of the method, it was applied to a printed circuit board (PCB) substrate. The overall efficiency of material usage in a PCB substrate was measured in terms of the combination of thermal stress and heat flux density by using a combination strategy with weighting factors. A Pareto optimal topology solution having multiple thermal criteria was obtained. The effects of weighting factors for multiple thermal criteria as well as mechanical boundary conditions on optimal topologies were investigated. It was found that as the weighting factor for heat flux density becomes larger, the sizes of holes at the center portion become larger in order to dissipate thermal energy much more efficiently. It was also found that as the magnitudes of the heat conduction are getting larger, a similar tendency of the optimal topologies is obtained to the above. The thermal stress on the clamped four sides is larger than that on the two sides clamped. It is verified that the suggested material mixing method works very well for topology optimization of a PCB substrate for various mechanical boundary conditions with multiple thermal criteria.     

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。     

参数优化方法在轻质反射镜结构设计中的应用

介绍了一种对反射镜轻量化结构进行优化设计的方法。利用ANSYS软件对采用扇形开口孔轻量化的某遥感器主反射镜建立参数化结构模型,将对反射镜力学性能影响较大的某些结构参数如镜体厚度、扇形孔的位置、尺寸等指定为优化设计变量,根据反射镜的加工和装配工艺合理地确定这些结构设计变量的可行域,运用ANSYS优化设计模块提供的零阶优化方法对镜体结构进行了优化设计。力学分析表明,经过优化后的反射镜结构相比于原设计方案轻量化程度更高,静力学性能更好。     

星载索网反射面天线的预张力设计

星载索网反射面天线是由张拉索、膜以及支撑梁单元构成的组合结构,具有高度几何非线性,天线内部索、膜单元的张力不易控制.针对索、膜-桁架反射面天线结构中,索、膜张力确定的非线性问题,文中提出了一种张力设计的2步法:第1步,仅考虑索、膜结构,根据各向同性应力假设,推导了膜结构的平衡矩阵和平衡方程,在此基础上,建立以索、膜张力为设计变量,以索、膜张力均匀性为目标的优化模型,为避免索松弛和膜褶皱,引入相应张力约束;第2步,考虑梁结构的弹性变形对索膜张力和天线均方根误差的影响,采用逆迭代法对索膜张力予以修正.某6m天线的算例表明,该方法可在一定程度上有效控制索膜张力的分布,快速得到一组平衡的索膜预张力.