0 引言

卫通平板天线以其低轮廓，小型化特点，被广泛运用于车载、机载等高机动性移动载体平台上，在应急通信、抢险救灾等场合作用显著。天线的尺寸重量和结构强度要求往往是相互制约的。天线现有的结构布局方式是各个器件堆叠式进行布局的，这样的布局方式尽管实现了天线的使用功能要求，但所占空间体积和重量较大，走线比较凌乱，结构外形也不美观。对天线进行结构一体化设计，可以有效的解决这些问题。

本文采用结构一体化的设计思路对传统天线进行设计改进，在天线设计的前期就将各个独立的功能器件进行了模块化分拆[1]，进而对天线进行结构一体化布局，将各个功能模块嵌入集成到了天线座架上，有效的利用了空间并且减轻了重量，外形更加美观。并采用力学分析软件对天线结构强度进行了校核。

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1 天线结构布局

卫通平板天线的技术指标包括有机械结构、微波通信、伺服控制等几个专业方向的指标要求，天线结构部件是其它专业的功能器件的基础操作平台，天线的整体功能以及外观布局都需要结构设计来实现。天线系统设计是包括机械结构在内的各个专业设计的融合。

1.1 传统天线的结构布局

现有传统的卫通平板天线由平板天线阵面和天线座架，以及微波通信和伺服控制等功能器件组成。传统平板天线结构布局如图1所示。

传统天线与新型结构一体化设计天线都是各个专业设计的融合，均可以满足天线正常的使用要求，但各有优缺点。

天线座架是天线的重要组成部分，它的主要功能是支撑和转动平板天线，在伺服控制器件的控制下实时地对准卫星，从而保证移动载体运动时卫星通信的畅通。天线座架采用方位-俯仰型天线座，主要由俯仰组合、方位组合两大部分组成[2]。天线座架的主要支撑件均由铝合金或合金钢加工而成。支撑件多为薄臂加筋结构件，这样天线座架整体结构紧凑、重量轻、刚度比较大，可以满足移动载体平台对天线结构的苛刻要求。

在具体设计时，天线结构设计的前期就将具有独立壳体的各个功能器件分拆成功能模块，从而与作为天线结构功能部件的方位转盘一起进行一体化设计，将各个功能模块嵌入集成到了天线座架上。方位转盘既是天线座架的结构支撑件，又具有功放、接收机、变频器、电源、伺服控制的壳体特征。考虑到功放和电源的散热需求，在布局时这两个模块安装面与方位转盘上表面直接贴合，在其下表面布置与之一体的散热片，达到利用方位转盘的结构特征来散热的目的，同时考虑功放的散热量大且相对比较集中，在方位转盘上集成安装散热风扇，进一步满足其散热需求。图3为新型天线底部视图。

  

图1 传统平板天线结构布局图

传统天线的结构布局是各功能器件简单的堆叠式固定到天线座架上，优点是各器件相对独立布置，有利于故障诊断与后期维护。缺点是器件结构特征相对独立，所占空间体积大且重量重，器件之间的航插线缆裸露在外部，走线多且凌乱，外形不美观，同时天线的电磁兼容性能不好。

1.2 新型一体化天线结构布局

利用（3）式将矩阵B进行化简发现它的行和与列和都为零，因此矩阵B总有特征向量(1,1,1,...)，其对应的特征值为0，这是拉普拉斯图矩阵的性质〔7〕，也是图分割的基础。

  

图2 新型天线结构布局图

又是一个雨天，丸子保持着“快速打到车”的好运气，刚刚坐上的士，转头却看见了自己的前男友，他还站在路边，正打车呢。

  

图3 新型天线底部视图

1.3 优缺点对比

平板天线阵面由平板反射面和波导合成网络组成，平板反射面加工时考虑到强度和刚度以及三防性能的要求，采用优质5A06防锈铝由高精度数控机床铣加工而成，波导网络经过加强设计后采用6063-T6高强度铝合金代替普通波导管型材进行加工。

天线座架方位组合的转盘为盘状结构，其下表面与方位轴承固定，相对于安装底座做回转运动。方位转盘上表面支撑固定俯仰组合，支撑俯仰组合带动天线阵面做俯仰运动。同时功放、接收机、变频器、电源、伺服控制等微波通信和伺服控制器件也固定在方位转盘上。为了满足三防性能，抗振，电磁屏蔽以及其它使用要求，每个器件都设计有相对独立的壳体，各个壳体结构外形和尺寸大小各不相同。在结构设计过程中，根据这些器件各自的外形尺寸、接线关系以及散热要求在方位转盘上进行堆叠式的结构布局。

当该制造任务为独立制造任务时，to即为其本身，该制造任务不存在子制造任务，可以表示为mtd(to)=mtd。

完善基础理论知识后，就要设置合理的实验项目，紧密结合MCS的基本知识，学习直观的验证基础理论要点，在实验学领域确定“MCS-51系列”的任务。芯片机是整个机器的运行核心，能够让学生更好的去学习和掌握课堂上所学的知识点及对基本概念进行初步的了解，并且独立掌握调试程序和编程。项目和内容要求见表1。

为了能够更好的满足天线的使用要求，在传统的天线的基础上进行设计改进，对天线进行结构一体化设计。新型天线结构布局如图2所示。

2 力学分析校核

新型一体化设计天线座架结构进行了较大改动，势必会对天线整体的结构强度造成影响，因此对新型天线进行力学仿真分析，校核其强度很有必要的。天线在高机动性移动载体平台上工作时受到的外载荷主要是振动载荷,采用MSC.Nastran软件对天线结构整体进行随机振动响应分析[3]。

新型天线结构布局是各功能器件拆分成功能模块，嵌入集成到天线座架上，优点是器件壳体化零为整去掉了冗余的特征，有效的利用了空间并且减轻了重量，器件之间的连接线缆在腔体内部，减少了外部走线数量，可以改善天线的电磁兼容性能，整体外形也更加美观。同时器件壳体和散热片作为加强筋增加了方位转盘的结构强度。缺点是功能模块集成度较高，不利于故障诊断与后期维护。

在建模时采用实体建模的方法，建立了天线的力学分析有限元模型。对方位转盘、俯仰支臂、固定法兰等一些关键的受力零部件详细进行建模，其余不影响计算结果的部分进行了合理的简化。分析时按照实际使用要求中某载机平台的振动条件施加了振动载荷，其振动谱值如表1所示。图4～图6为新型天线结构在振动载荷作用下的应力云图。

 

表1 振动谱值

  

频率(Hz)15～102102～113113～204204～226226～306306～339339～408408～452452～2000功率谱密度(g2/Hz)0.010.60.010.150.010.0670.010.0380.01

  

图4 天线水平X方向振动应力图

  

图5 天线水平Y方向振动应力图

  

图6 天线垂直Z方向振动应力图

由图示的仿真分析结果可以看出，新型天线在水平X和Y向振动载荷作用下，最大应力出现在天线阵面与座架连接处的俯仰组合支座上，支座材料为40Cr合金钢，最大应力远小于材料的屈服强度。在垂直Z向振动载荷作用下，天线最大应力出现在天线座架的安装法兰上，法兰材料为7075高强度铝合金，同样其最大应力远小于材料的屈服强度。所以天线结构整体在三个方向的振动载荷作用下结构强度都满足使用要求。

  

图7 新型天线实物

结束语

在新型卫通平板天线进行结构一体化设计时，各功能器件重新进行了结构布局，提高了天线机械结构设计与微波通信、伺服控制等设计的融合程度，有效利用了空间，减轻了重量，外形更加美观，与传统天线相比新型天线优势明显。通过对新型天线进行力学分析，对其强度进行了校核，满足卫通平板天线在车载、机载等移动载体平台上的使用要求。新型方案可以为其他站型天线的一体化设计提供参考。图7为新型天线实物照片。

参考文献：

第三，医疗旅游产业发展面临周边国家和地区的激烈竞争。海南医疗旅游产业刚刚起步，而临近的泰国、印度、新加坡以及我国台湾等医疗旅游目的地经过多年的发展，已经成为具有较高国际声誉的医疗旅游目的地。

[1] 张磊．一种机载卫通天线的一体化设计方法[J]．河北省科学院学报,2017,34(2):34-37．

[2] 吴风高．天线座结构设计[M]．西安：西北电讯工程学院出版社，1986．

[3] 马爱军，周传月,等．Patron和Nastran有限元分析专业教程[M]．北京：清华大学出版社，2005．