某机载天线的结构优化设计

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大型星载可展开天线的动力优化设计与工程结构的系统优化设计

大型星载可展开天线的动力优化设计与工程结构的系统优化设计大型星载可展开天线的动力优化设计与工程结构的系统优化设计在现代通信技术和卫星通信领域的快速发展下，大型星载可展开天线越来越被广泛应用。

然而，由于该类天线的复杂性和高度特殊性，其动力优化设计与工程结构的系统优化设计尚面临许多挑战和难题。

本文将从动力优化设计和工程结构的系统优化设计两个方面，详细探讨大型星载可展开天线的最佳设计方案。

动力优化设计是大型星载可展开天线设计中的重要环节。

该类天线展开和折叠过程中所需的动力控制对于天线的可靠性、效率和稳定性都具有至关重要的影响。

首先，针对大型星载可展开天线的动力需求，需要综合考虑天线展开的速度、力度和准确性等因素。

一方面，要确保天线能在短时间内迅速展开，以便尽快完成通信任务。

另一方面，还需要确保展开过程中天线不会受到过大的冲击力，以免损坏天线结构和影响通信质量。

因此，在动力优化设计中，应当利用数学模型和仿真分析工具，根据天线的具体要求和工作环境，合理确定动力参数和控制策略，以实现最佳的动力控制效果。

其次，工程结构的系统优化设计是确保大型星载可展开天线能够在极端环境和复杂工况下正常工作的关键因素。

一方面，工程结构的系统优化设计需要考虑天线在折叠状态下的体积和重量，以便在卫星的空间有限条件下进行装载和发射。

另一方面，还需要考虑天线在展开状态下的结构强度和稳定性，以确保天线能够抵御外部环境的影响，并能正常工作。

因此，在工程结构的系统优化设计中，应充分考虑材料的强度和耐久性、结构的稳定性和可靠性等关键参数。

此外，还可以借助计算机辅助设计和实验分析等工具，对不同的设计方案进行模拟和优选，以获得最佳的结构设计方案。

最后，综合动力优化设计和工程结构的系统优化设计，可得到大型星载可展开天线的最佳设计方案。

该方案在动力控制方面能够实现快速、准确、稳定的天线展开和折叠，并能适应不同的工作环境和工况要求。

同时，在工程结构方面，该方案能够在限制条件下实现天线体积和重量的优化，同时保证结构的强度和稳定性。

某机载有源天线结构布局及散热设计

[2] 顾叶青，孙为民，余觉 . 有源相控阵天线结构仿真 [9] 唐敖，向华平 . 某机载雷达的热设计及仿真优化 [J].
分析 [J]. 机电工程，2020，37（1）：59-63.
电子机械工程，2011，27（2）：20-22.
[3] 夏琛海，牛宝君 . 一种高集成机载有源相控阵天线系 [10] 金志军，薛澄岐，曹存明 . 某机载通讯设备的热仿真
36.2645 35.0000
43.8513 42.5868 41.3224 40.0579 38.7934 37.5290 36.2645 35.0000
Telecom Power Technology
Ｍａｒ．１０，２０２１，Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．５
图 7 TR 温度云图
图 7 中，TR 内部功率放大器的温度最高，约为 45.115 8 ℃，满足指标要求。
Keywords: active antenna; structure layout; thermal design
0 引言
机载有源相控阵雷达具有系统效率高、多功能、多波束、扫描速度快、抗干扰能力强以及可靠性高等优点，逐渐成为机载雷达的主要发展方向 [1-7]。受载机平台限制，机载雷达的轻、小型化已成为一种迫切的需求，而雷达的小型化会使得产品的单位热流密度增加，从而增加热设计的难度。 [8-10]
2 可扩充阵列模块
可扩充阵列模块是有源天线阵面的核心，它的体积、重量以及发热量在整个天线系统所占比例最大，
收稿日期：2021-01-13 作者简介：蔡香伟（1987-），男，安徽萧县人，博士，工程师，主要研究方向为雷达天馈结构设计。
可扩充天线框架阵列模块反射板
列线源
低功率射频

天线结构的力学性能分析与优化设计

天线结构的力学性能分析与优化设计天线结构的力学性能分析与优化设计摘要：天线作为通信系统中重要的组成部分，对于其力学性能的分析和优化设计具有重要意义。

本文针对天线结构的力学性能进行分析与优化设计，通过力学模型的建立和仿真分析，对天线的刚度、振动模态和自由空振频率等指标进行分析与优化，以实现天线结构的稳定性、工作性能和可靠性。

在此基础上，采用优化算法对天线的材料和结构进行优化设计，以提高天线的力学性能和工作效果。

通过本文的研究与分析，可以为天线的设计和制造提供一定的指导和参考。

关键词：天线；力学性能；分析；优化设计1.引言天线作为无线通信系统的重要组件，对于通信质量和性能起着关键作用。

天线结构的稳定性和可靠性是保证通信系统正常工作的基础，而天线的力学性能是影响其稳定性和可靠性的重要因素。

因此，对天线的力学性能进行分析与优化设计是至关重要的。

2.天线的力学模型与分析为了对天线的力学性能进行分析与优化设计，首先需要建立相应的力学模型。

天线结构一般可简化为梁或薄壳结构，根据实际情况选择合适的力学模型进行建立。

在建立力学模型时，需要考虑天线结构的几何形状、材料性能和工作条件等因素。

2.1 天线的刚度分析天线的刚度是指天线受到外部力作用时的抗弯和抗扭能力。

通过弯曲和扭转实验可以测量天线的刚度系数，进而分析天线的刚度性能。

刚度分析的关键是建立包括天线结构、材料性质和外部载荷等因素的力学模型，并根据边界条件和受力分析等原理计算天线的刚度系数。

2.2 天线的振动模态分析天线的振动模态是指天线在受到外部激励或自然频率下的振动形式。

通过振动模态分析，可以确定天线的主要振动模态和共振频率，从而了解天线在工作过程中可能存在的振动问题。

振动模态分析的方法主要包括模态分析和频率响应分析。

模态分析通过求解天线结构的固有频率和振动模态，确定天线的固有振型；频率响应分析通过加载外力或外界激励，计算天线的响应和振动特性。

2.3 天线的自由空振频率分析天线的自由空振频率是指在无外界激励下，天线结构产生自由振动的频率。

某型机载S频段天线结构设计

某型机载S频段天线结构设计高宏涛南京熊猫汉达科技有限公司摘要：随着机载天线工作环境的日益严酷、天线轻量化要求不断提高，机载天线结构需要进行合理化设计。

本文运用 UG软件对机载天线进行三维建摸,再借助ANSYS软件对其进行随机振动分析。

根据有限元分析结果，验证了结构设计的合理性。

关键词：天线;结构设计;随机振动分析0引言某型直升机机载S频段卫通天线采用等效口径为0.15 m的S频段微带天线作为天线面，如图1所示。

要求整机天线体积小、重量轻；要满足直升机振动及大角度机动要求。

因此，在结构设计时，需要充分靠虑各种需求,合理选择材料，充分优化结构设计，从而保艺錄、批量的可插〇图1S频段微带天线天线面1结构设计及模型该天线结构包含两个传动轴，分别为方位传动轴和俯仰传动轴。

由于使用环境是直升机平台,所以该天线结构的主体材料优先选用航空铝7075-T6,传动齿轮采用不锈钢0Crl7Ni4Cu4Nb,满足了强度及天线结构轻量化的需求。

在设计时，将天线伺服控制、伺服驱动模块、功報块、信标模块全部密闭在同一个盒体’通过组合线缆与外部电机、天线面等器件相连，在保证了整机产品的电磁兼容性能的同时，简化了结构件装配过程，优化了线缆连接的复杂性,增加了产品的可靠性，三维模型如图2所示。

方位大齿轮主控ft休俯W电机俯W大齿轮(二）图2天线整体结构工作时，俯仰电机驱动与俯仰电机轴连接的小齿轮拨动俯仰大齿轮转动，从而带动整个俯仰组件转动，俯仰传动比为 !'1=1:6.8。

方位电机驱动与方位电机轴连接的小齿轮拨动方位大齿轮转动，从而带动整个天线方位组件围绕中心轴连续转动，方位传动比为/2=1: 9。

2仿真分析2.1工况分析为了验证该天线设计方案是否能满足机载振动指标，采用 Ansys Mechanical Enterprise对该天线模型进行振动仿真分析。

考虑到天线实际安装方式，在做力学仿真时仅对天线方位主轴法兰盘上的8个M3螺纹安装孔进行固定约束，对天线的其余部件不做任何约束。

内部机载天线优化设计

文章来源：安世亚太官方订阅号（搜索：peraglobal）在现代喷气式客机表面伸出的大量天线会产生阻力，进而增加燃油消耗。

巴西国家电信研究所(Inatel)和巴西航空工业公司(Embraer)的工程师致力于研发能够节省燃料的、安装天线的新方法。

借助ANSYS仿真技术，工程师无需花费构建原型的时间和成本就能预测推荐的安装设计的性能。

为支持新的安全、导航和雷达系统以及为乘客提供Wi-Fi和电视直播等服务，商用飞机上的天线数量正在稳步增加。

但是，把这些天线布置在飞机外部的传统位置会增大阻力，进而增加燃油消耗，这就与目前飞机需要不断提高能效的目标背道而驰。

为应对这一挑战，巴西航空工业公司正在为飞机天线研发新的安装设计。

尽管如此，天线必须在每一个方向上发出相同的辐射量，因此必须评估多种设计方案。

如果必须为每一个推荐的天线设计和安装位置构建和测试物理原型，这样做不仅极为耗时而且成本高昂。

巴西国家电信研究所(Inatel)和巴西航空工业公司正在使用ANSYS HFSS电磁场仿真软件来评估天线安装替代设计的性能。

HFSS 仿真结果与物理测试结果良好匹配，因此大幅节省了评估设计替代方案所需的时间。

最终为未来的巴西航空工业公司飞机实现显著的燃油效率。

使用实际天线安装开展验证最新一代商业客机拥有多达100根天线，其可用于航空交通管制(ATC)、空中交通防撞(TCA)、盲目着陆系统(ILS)、测距设备(DME)等其他应用。

在过去飞机外部结构主要使用铝材制作而成，由于铝会严重阻碍电磁辐射，因此天线必须从机身表面伸出。

现在许多飞机使用纤维增强复合材料，不仅给天线布局带来新的电磁挑战，而且难以在飞机机身上设计天线。

通过避免使用支撑天线用的外伸结构件，这种方法不仅能减少阻力，还有望大幅减轻重量。

轻型喷气式飞机与飞机背鳍的ANSYS HFSS数值模型为仿真这款推荐的安装设计，巴西国家电信研究所和巴西航空工业公司的工程师首先需要确定用于覆盖天线的复合材料的电磁属性。

基于Laminate Tools的机载天线罩力学仿真和优化设计

结果表明，结合通用软件Ｐａｔｒａｎ／Ｎａｓｔｒａｎ，可方便地实现复合材料铺层、三维和褶皱显示、力学计算、失效
分析及展平图输出等一系列功能，为复合材料的一体化设计提供了流程参考。
关键词：天线罩；复合材料；力学仿真；可视化
（ＮａｎｊｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅｔｏｔｈｅｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｄｅｓｉｇｎａｂｉｌｉｔｙ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｒａｄａｒｒａｄｏｍｅ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎ，ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｉｎｒｇｆｏｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｔｈｅｉｎｆｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｖｉｓｕａｌｉｚａ — ｔｉｏｎｃｈｅｃｋｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｕｃｒｔｕｒｅｏｆａｎａｉｒｂｏｒｎｅｒａｄａｒｒａｄｏｍｅａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙｖｉｒｔｕｅｏｆｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅＬａｍｉ — ｎａｔｅＴｏｏｌｓ．Ｔｈｅｓｔｕｃｒｔｕｒｅｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｗｅｉｇｈｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ

通信工程中天线设计与优化

通信工程中天线设计与优化天线是通信工程中非常重要的组成部分，它可以将电磁信号转换为电信号，或将电信号转换为电磁信号。

天线的设计和优化直接影响通信系统的效果和性能，因此在通信工程中，天线的设计和优化是至关重要的。

本文将从天线的分类、设计和优化三个方面来阐述通信工程中天线设计与优化的相关技术。

一、天线的分类通信工程中的天线按功能和使用环境的不同可以分为多种类型，主要包括以下几类：1. 话筒式天线话筒式天线通常用于手机和手持设备，由于多数手机用于语音通话和数据传输，因此这种天线被设计为十分小巧，能够适应手机的设计，并可在手机内部或表面上安装。

2. 圆形极化天线圆形极化天线通常被用于全球定位系统(GPS)和通用移动通信标准(UMTS)。

该天线通常必须旋转360度而无需进行方向调整。

3. 方向性天线方向性天线通常用于无线局域网(WLAN)和长距微波通信。

此类天线具有高增益和方向选择性，可以将射向天线的能量增强。

4. 天线阵列天线阵列是由多个天线单元组成的，可以实现任意形状的天线增益和波束方向。

天线阵列的设计和优化难度较大，需要对电磁波、辐射场和散射场进行复杂的模拟和计算。

二、天线的设计通信工程中的天线设计涉及到电磁学、电路设计和相应的计算模型等方面。

下面将简单介绍天线设计的主要步骤。

1. 选择天线和频段在天线设计时，首先要确定天线类型和使用频段，以便选择适当的天线结构和相应的天线参数。

选择天线要综合考虑电气性能、机械性能、重量和成本等方面的因素。

2. 建立电磁场模型根据天线的几何形状和频段等参数，建立电磁场模型。

该模型通常使用专业软件，如Ansys等进行计算，其方法基于有限元法、有限差分法或边界元方法等。

3. 优化天线参数根据电磁场模型，调整天线参数，以优化天线性能，如提高天线增益、工作频率范围、方向性或其他指标。

4. 组装和测试在调整完天线参数后，进行天线的组装工作。

组装完毕后进行天线测试，以保证其符合设计要求和产品规格。

机载通信天线性能分析与设计优化

机载通信天线性能分析与设计优化机载通信天线是飞机上必不可少的设备之一，它承担着飞机与地面站或其他飞机之间的通信任务。

天线的性能直接关系到通信质量和连通性，因此对机载通信天线的性能进行分析和设计优化是非常重要的。

本文将从天线增益、频率特性、方向图和抗干扰性等方面进行分析，并提出相应的设计优化方案。

首先，机载通信天线的增益是衡量其信号接收和发射能力的重要指标。

增益越高，天线的方向性越强，通信距离越远。

因此，设计时需要考虑天线的增益与尺寸的平衡。

一般来说，利用电磁模拟软件进行仿真可以得到天线的增益和辐射特性，通过不断调整天线的结构参数，如天线长度、宽度等，可以优化天线的增益。

同时，合理选择天线材料和制造工艺也可以提高天线的增益。

其次，机载通信天线在设计阶段需要考虑频率特性。

根据通信系统的工作频段，选择适合的天线结构和尺寸，使得天线在频率特性上具有较好的匹配性。

常见的方法包括调整天线的长度和宽度，通过仿真分析得到天线随频率变化的反射系数，进而优化天线的频率特性。

此外，机载通信天线的方向图也是设计优化的关键。

天线的方向图描述了天线在不同方向上的辐射能力，决定了天线的覆盖范围和通信质量。

根据不同的应用场景和要求，可以选择不同类型的方向图，如全向性、指向性、扇形覆盖等。

通过调整天线的结构参数，如天线的几何形状和辐射元的位置，可以改变天线的方向图。

最后，机载通信天线的抗干扰能力也是设计中需要考虑的因素。

天线在航空环境中会面临多种干扰源的影响，如雷电、电磁辐射等。

为了提高机载通信系统的可靠性和抗干扰能力，可以采取以下优化措施：首先，合理布局天线与其他设备的距离，减少相互干扰的可能性；其次，选择具有良好屏蔽性能的材料作为天线的外壳，减少对外界电磁干扰的敏感性；此外，采用合适的天线阵列设计可以提高抗干扰能力，通过对接收信号进行空时处理，减少干扰的影响。

综上所述，机载通信天线的性能分析与设计优化是确保飞机通信质量和连通性的重要环节。

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２３４５
２１６
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
ｌ
— —
Ａ
６８６．６６１９９１．２８２８．８３１７８．４５９９４．８
Ｂ
６４７．６３２０９５．２２９８１．５４２９０．１４３６７．４
以及天线罩的设计。
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２和图３Ｎ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。
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
．
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）的一部分… 。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
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ｌ所示。
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
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
推广技术
中国科技信息２０１４年幕０７期ｔＣＨＩＮＡＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＡｐｒ．２ｏ１４
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
王
婧
摘要本文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பைடு நூலகம்制具有一定借鉴意义。
关键词
机载天线；结构设计
ＤＯｔ：１０３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ — ８９７２．２０１４．０７．０７７
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 ① １２０ａｍ × ｒ８８ａｍ；２ｒ）；重量＜２ｋｇ；３）要求天线装机以后天线罩能够单独拆卸；４）要求天线具有防水、防霉、防盐雾能力，即 “ 三防”；５）图１天线底座结构