天线结构设计
面向5G通信的多射频天线设计
面向5G通信的多射频天线设计随着5G通信技术的推广和应用，传统的天线设计已经不能满足多频段、高速数据传输等要求，因此，研究人员对面向5G通信的多射频天线设计进行了深入探究。
在本文中，我们将对多射频天线设计进行讨论，从天线材料、结构、参数优化等方面入手，探究如何设计出符合5G通信标准的多射频天线。
一、天线材料选择在设计多射频天线时，天线材料是一个非常重要的因素，合适的材料选择能够提高天线的性能。
对于5G频段的天线，我们一般采用高介电常数、低损耗的材料，例如陶瓷、聚酰亚胺、氧化锆陶瓷等。
这些材料可以提供更强的信号接收和传输能力，同时具备良好的机械性能和耐高温、耐候性等特点。
二、天线结构设计在天线结构设计上，我们需要考虑以下几点：1. 天线类型：目前常用的5G通信天线有微带天线、频旋天线、天线阵列等，我们需要根据实际需求选用适合的天线类型。
2. 天线尺寸：针对不同频段的信号，我们需要合理设计天线的尺寸。
一般来说，天线尺寸越小，其工作频段会越窄，因此需要在尺寸和工作频段之间做出权衡。
3. 天线辐射方向：在天线辐射方向上，我们需要根据实际应用需求确定，例如室外应用所需的天线辐射方向一般是全方向性的。
三、天线参数优化在天线参数优化方面，我们可以尝试以下几种方法：1. 预测模拟法：通过基于电磁场理论的仿真软件，可以对不同参数进行模拟分析，从而得出最优参数。
2. 实验优化法：通过天线实际测试，对参数进行逐步调整，从而得到最优参数。
3. 优化算法：利用数学优化算法，例如遗传算法、粒子群算法等，对多维参数进行优化。
总之，面向5G通信的多射频天线设计需要综合考虑材料、结构和参数等因素，并进行科学合理的优化和调整，才能取得更好的性能和应用效果。
在今后的应用中，多射频天线将会成为5G通信网络的重要组成部分，促进数字化社会的发展。
某球载雷达天线结构设计
技术平台为了便于脱硝产物硝酸盐与吸收液的分离，本项目申请者考察了乙二胺合钴在饱和硝酸铵条件下pH 为11-12之间、温度为70℃、进口NO浓度为200-250ppm、络合物浓度为60mmol/L时，对NO的去除率可以达到97.3%。
刘盛余采用喷淋吸收在四川威远玻璃5号窑炉上进行了乙二胺合钴络合吸收烟气脱硝放大实验，烟气流量为50m3/h，玻璃烧结烟气中NOx的浓度在200-1600ppm左右，最高可达1600ppm；乙二胺合钴络合吸收NOx去除率基本稳定在80%左右，出口浓度基本保持在40-200ppm之间，以上结果表明湿式络合吸收工艺可同时脱除SO2、NOx，但目前仍处于试验阶段。
如果在现有的湿法脱硫装置上协同络合吸收脱硝，有望实现同步烟气脱硫脱硝。
目前制约其工程推广的主要问题是反应过程中络合吸收液的失活和再生。
5 结语随着烟气脱硫和烟气脱硝技术的发展，单独的烟气脱硫和脱硝一次投资大，布置空间紧张，难以满足实际建设的需求。
因此，研究开发经济技术可行的烟气脱硫脱硝技术就显得十分必要和紧迫。
尽管以上方法有着诸多的优点，但仍不完善，尚处于研究试验阶段，许多方面需要改进。
目前，在烟气脱硫脱硝工艺的研究上，世界上大多以湿法烟气脱硫为主，而在烟气同时脱硫脱硝工艺的研究上又多集中在干法上。
建议加强湿法同时脱硫脱硝工艺的研究，从而为今后的锅炉技术改造节约大量资金。
参考文献：［1］刘盛余，张启云，肖文德.湿法烟气脱硫中有机酸添加剂对石灰石的促溶作用［J］.华东理工大学学报(自然科学版)，2005，31(5):557-562.［2］Nine new clean coal technology projects selected in fourth round of competition［J］.Clean Coal Today，1991(4):1- 12.［3］Dong-Seop Jin， Bal-Raj Deshwal， Young-Seong Park， Hyung-Keun Lee. Simultaneous removal of SO2 and NO by wet scrubbing using aqueous chlorine dioxide solution［J］. Journal of Hazardous Materials B135，2006:412–417.某球载雷达天线结构设计夏伟光（中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088）摘 要：根据某球载雷达天线的设计需求，针对其轻量化要求的特点，设计了一种裂缝天线阵面。
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。
梯形接地板结构超宽带天线设计
梯形接地板结构超宽带天线设计一、梯形接地板结构超宽带天线的结构设计1.接地板的形状和尺寸的确定梯形接地板的形状和尺寸的确定是设计梯形接地板结构超宽带天线的关键。
接地板的形状可以选择为矩形或者其他形状，形状的选择需要考虑到天线的频率响应特性和辐射效果。
尺寸的确定需要根据天线的工作频率范围和工作频率带宽来确定。
通常情况下，天线的工作频率范围越宽，接地板的尺寸越大。
2.天线的尺寸和布局的确定天线的尺寸和布局的确定需要根据梯形接地板的形状和尺寸来进行设计。
天线的尺寸可以根据工作频率计算得到，通常情况下，天线的尺寸越小，工作频率越高。
天线的布局可以根据梯形接地板的形状和尺寸来确定，通常情况下，天线可以布局在接地板的中间位置。
3.天线与接地板的连接方式的确定天线与接地板的连接方式的选择对梯形接地板结构超宽带天线的性能有着重要影响。
常用的连接方式有线性方式和非线性方式。
线性方式可以选择导线直接连接，非线性方式可以选择微带线或印制电路板等连接方式。
二、梯形接地板结构超宽带天线的设计考虑因素1.天线的频率响应特性天线的频率响应特性是梯形接地板结构超宽带天线设计的主要目标。
设计时需要考虑天线的频率范围和频率带宽，以及天线的增益、驻波比等性能指标。
2.天线的辐射效果天线的辐射效果是指天线在工作频率范围内产生的电磁辐射能量。
设计时需要考虑天线的辐射方向性、辐射功率等性能指标。
3.天线与接地板的连接方式天线与接地板的连接方式对天线的性能有着直接影响。
设计时需要选择合适的连接方式，确保天线与接地板之间的电磁耦合效果良好。
4.天线与设备的匹配天线与设备的匹配是指天线的输入阻抗与设备的输出阻抗之间的匹配情况。
设计时需要选择合适的天线输入阻抗，确保天线与设备之间的功耗匹配。
三、梯形接地板结构超宽带天线的应用领域梯形接地板结构超宽带天线可以应用于无线通信系统、雷达系统、无线传感器网络等领域。
其应用领域的广泛性是由于其超宽带特性能够提供大带宽、高传输速率和低功耗的优势。
一种多频段共口径宽带天线的设计
一种多频段共口径宽带天线的设计引言随着通信技术的不断发展，人们对于宽带通信的需求也越来越大。
为了满足不同频段的宽带通信需求，天线设计方面也面临着一些挑战。
目前市场上普遍存在的天线多频段接口多、体积大、复杂度高，因此需要一种更加简洁、高效的设计来满足多频段宽带通信的需求。
本文介绍了一种多频段共口径宽带天线的设计，该天线在尺寸和设计成本上都有很大的优势。
一、设计原理多频段共口径宽带天线的设计原理是基于共口径的原理，即只需一个天线口径就可以实现多个频段的通信。
根据这一原理，可以设计出一种结构简单、效率高的多频段宽带天线。
在该天线设计中，使用了一种特殊的辐射结构和匹配网络来实现多频段的通信。
二、多频段宽带天线的结构设计1. 辐射结构设计多频段宽带天线的辐射结构设计是关键的一步。
一种常见的设计是采用多个天线单元分别对应不同的频段，但这种设计会导致天线体积增大，且复杂度也相应增加。
因此本设计采用了一种简单的辐射结构，通过调整天线的辐射元件来实现多频段通信。
具体来说，可以利用衬底模式共振来构建多个频段的辐射结构，这样可以在一个较小的尺寸范围内实现多个频段的辐射。
还可以通过改变天线的辐射结构，比如采用贴片天线结构和开槽天线结构，来实现更广泛的频段覆盖。
2. 匹配网络设计在多频段宽带天线的设计中，匹配网络的设计也非常关键。
由于不同频段的天线阻抗匹配不同，因此需要设计合适的匹配网络来实现对不同频段的阻抗匹配。
一种常见的做法是采用多级匹配网络，通过不同的匹配电路来对不同的频段进行匹配。
但这种设计会增加天线的复杂度和损耗，因此需要寻找一种更加高效的匹配网络设计方案。
本设计中，采用了一种简化的匹配网络结构，通过在天线的基底上设计合适的电容和电感元件，以及通过改变辐射结构实现对不同频段的匹配。
三、多频段宽带天线的性能评估为了评估多频段宽带天线的性能，可以采用三个方面来进行评估：频率覆盖范围、增益和辐射特性。
1. 频率覆盖范围多频段宽带天线的频率覆盖范围是评估其性能的重要指标。
一种多频段共口径宽带天线的设计
一种多频段共口径宽带天线的设计
在现代通信系统中，天线技术发挥着重要作用。
为了实现多频段性能，各种天线结构
被提出，其中共口径天线是一种非常有前途的选择。
共口径天线结构是通过一根单一的共同结构来实现多频段性能，因此它通常比传统的
多频段天线更小巧和轻便。
然而，共口径天线的设计也面临着一些挑战，如实现高增益和
低旁瓣等。
为了解决这些问题，一种新的多频段共口径宽带天线被提出。
该天线结构由一个核心
天线和外围的环状电势环组成。
核心天线由一个低阻抗补偿头和一个弯曲部分组成，它们
可以实现宽带性能和高增益。
环状电势环负责降低旁瓣，并且可以通过调整环的几何形状
来达到不同的频段匹配。
该天线结构可以覆盖从L频段（1-2 GHz）到S频段（2-4 GHz）完整的频段，具有高
增益（最大增益达到9.5 dB）和低旁瓣（副瓣下降超过25 dB），并且能够在完整频带内
保持VSWR小于2。
此外，该天线结构还可以实现良好的极化复杂性。
与现有的共口径天线结构相比，该天线具有更好的性能。
它可以覆盖更广泛的频带，
包括L和S频段，同时实现高增益和低旁瓣。
这种天线结构可以应用于广泛的通信系统中，如卫星通信、移动通信和雷达系统等。
总之，该天线结构提供了一种实现多频段共口径宽带天线的新方法。
其具有广泛的应
用前景，可以为现代通信系统带来更好的性能和更高的效率。
星载大型可展开索网天线结构设计与型面调整
(4)质量轻便：为了满足发射需求，天线需要具备轻便的特点，因此需要选择 合适的材料和设计优化结构。 3.设计困难与解决方案在设计中，我们可能会 遇到一些困难和挑战，如机构复杂、稳定性不足、展开动力不足等。针对这些 问题，我们可以采取以下解决方案：
三、应用场景与效果星载大型可 展开索网天线结构设计与型面调 整方法的应用场景非常广泛
四、总结本次演示介绍了星载大 型可展开索网天线结构设计与型 面调整的方法及应用
未来，我们可以进一步研究和改进星载大型可展开索网天线的结构设计与型面 调整方法，提高天线的性能和可靠性，以满足更多领域的需求。可以开展更深 入的合作交流，引进先进的理念和技术，推动我国航天事业的快速发展。
参考内容
随着航天技术的不断发展，星载大型可展开天线在卫星通信、深空探测和空间 科学研究等领域的应用越来越广泛。然而，由于天线尺寸较大，在展开过程中 会受到严重的空气阻力影响，导致展开过程的稳定性下降，甚至可能引发结构 破坏等问题。
为了解决这一问题，需要对星载大型可展开天线展开过程中的热效应进行分析 和研究。
(1)机构复杂：采用模块化设计方法，将பைடு நூலகம்体结构分解为多个小的模块，降低 设计难度和制造成本。
(2)稳定性不足：通过优化支撑结构和锁定机构，提高天线的稳定性。同时， 可以采用先进的控制算法，实现天线的动态调整和控制。
(3)展开动力不足：采用高效的驱动系统和动力装置，确保天线能够快速展开。 同时，合理设计展开顺序和路径，避免动力浪费。
一、热分析的基本理论
热分析是研究物质在加热和冷却过程中温度、热量、热流等参数变化规律的科 学。在星载大型可展开天线展开过程中，由于受到空气阻力、摩擦和结构变形 等因素的影响，天线的温度会发生变化。因此，需要进行热分析，确定天线展 开过程中的温度变化规律和热量分布情况。
天线设计的原理与实现方式
天线设计的原理与实现方式天线是电磁波收发的关键部件，是无线通信中不可或缺的重要元件，不同的天线设计可以实现不同的工作频率、增益、方向性、天线匹配等性能。
本文将介绍天线设计的原理和实现方式，帮助读者更好地理解天线的工作原理和参数设计。
一、天线设计的基本原理天线是将电磁波转换为电信号或反之的电器（电磁设备），它是无线通信系统中的关键部件之一。
天线设计基本原理包括天线性能指标和天线结构设计两部分。
1、天线性能指标天线的性能指标主要包括工作频率、增益、方向性、天线匹配等。
不同的天线类型和应用场景需要不同的性能指标来实现特定的功能。
（1）工作频率工作频率是指天线在工作中所应用的频率范围，通常为频段或中心频率等。
天线的设计要根据应用环境和所需要的信号频率来确定。
（2）增益增益是指天线辐射的功率与理想点源天线辐射的功率的比值，通常以dB为单位。
天线的增益与其结构形式、工作频率、方向性等有关。
（3）方向性方向性是天线传输能量的方向特性，是指天线辐射模式的立体角分布。
天线的方向性与其结构形式、工作频率、增益等有关。
（4）天线匹配天线匹配是指天线系统整体与其驱动器之间阻抗匹配的关系，使得天线系统的传输和接收线路具有最佳阻抗匹配状态，以提高天线的输出功率和信噪比。
2、天线结构设计天线结构设计是指天线的实现方式，包括天线结构形式、阻抗匹配方式、辐射元件、天线材料等方面。
（1）天线结构形式天线结构形式可以分为线性天线、环形天线、阵列天线、反射天线、补偿天线、微带天线、偏振天线等多种形式，每种天线形式都有其特点，应根据具体要求来选择天线结构形式。
（2）阻抗匹配方式阻抗匹配方式主要有天线冷端阻抗、贴片阻抗、隔离光缆、转换器和偶合电路等多种方法。
（3）辐射元件天线的辐射元件包括天线辐射体、驱动器和辅助元件等。
辐射体和驱动器是天线最基本的组成部分，辅助元件包括反射盘、支撑杆、防射线等。
（4）天线材料天线材料主要包括导体、绝缘材料、衬底材料等。
典型的天线的设计方法
典型的天线的设计方法典型的天线设计方法天线是电磁波传输和接收的重要组成部分，广泛应用于通信、雷达、卫星导航等领域。
典型的天线设计方法包括天线参数的确定、天线类型的选择、天线结构的设计以及天线性能的优化等方面。
本文将介绍典型的天线设计方法，帮助读者更好地理解和应用天线设计。
1. 天线参数的确定天线参数是天线设计的基础，包括频率范围、增益、方向性、阻抗匹配等。
首先确定天线工作的频率范围，根据应用需求选择合适的频段。
然后根据通信距离和信号强度要求，确定天线的增益。
接下来根据天线的应用场景和要求，确定天线的方向性，是全向天线还是定向天线。
最后，根据天线的工作频率和阻抗要求，确定天线的阻抗匹配方式。
2. 天线类型的选择根据天线的应用场景和要求，选择合适的天线类型。
常见的天线类型有全向天线、定向天线、扇形天线等。
全向天线适用于无线网络覆盖、广播电视等场景，具有360度覆盖的特点。
定向天线适用于通信距离较远的场景，具有较高的增益和较好的方向性。
扇形天线适用于需要覆盖特定区域的场景，具有较好的覆盖范围和方向性。
3. 天线结构的设计天线结构设计是天线设计的关键环节，包括天线尺寸、天线形状、辐射元件等。
根据天线的工作频率和增益要求，确定天线的尺寸。
根据天线的应用场景和要求，选择合适的天线形状，如圆形、方形、长条形等。
辐射元件的设计也是天线结构设计的关键，可以选择常见的线性振子、贴片天线等。
4. 天线性能的优化天线性能的优化是天线设计的重要环节，包括天线的增益、方向性、阻抗匹配等。
通过调整天线结构和辐射元件的参数，可以提高天线的增益和方向性。
通过合理设计天线的阻抗匹配网络，可以实现天线和传输线的阻抗匹配，提高信号传输的效率和质量。
在天线设计过程中，还需要考虑天线的制作工艺和材料选择。
合理选择制作工艺和材料可以提高天线的性能和可靠性，降低制作成本和复杂度。
总结起来，典型的天线设计方法包括天线参数的确定、天线类型的选择、天线结构的设计以及天线性能的优化。
某毫米波雷达天线系统结构设计与分析
某毫米波雷达天线系统结构设计与分析引言毫米波雷达技术是一种应用广泛的无线通信技术，其在汽车雷达、无人机、安防监控等领域有着重要的应用价值。
而毫米波雷达的天线系统结构设计与分析则是其关键技术之一，对于提高雷达系统性能和应用效果具有重要意义。
一、毫米波雷达天线系统的作用和结构特点毫米波雷达天线系统是毫米波雷达系统的重要组成部分，其主要作用是在空间中接收和发送毫米波信号，并将其转化为电信号进行处理。
毫米波雷达天线系统的结构主要包括天线阵列、馈源网络、相控阵控制器等几个部分。
1. 天线阵列毫米波雷达天线阵列是其重要的发射接收装置，其特点就是由多个天线单元组成，并通过相应的方式进行排列。
天线阵列的设计可以根据具体的应用需求选择不同的结构，如线性阵列、矩形阵列等。
天线阵列的设计需要考虑其工作频率、波束宽度和方向性等指标，以满足毫米波雷达的性能要求。
2. 馈源网络馈源网络是连接天线阵列和发射接收模块的重要部分，其主要作用是将信号从发射接收模块传输到天线阵列，并将接收到的信号传输到发射接收模块。
馈源网络的设计需要考虑其传输损耗、功率分配和相位匹配等问题，以保证天线系统的传输性能和稳定性。
3. 相控阵控制器相控阵控制器是用来控制天线阵列中的每个天线单元的相位和幅度，以实现雷达天线的波束指向和波束形状的调节。
相控阵控制器的主要功能包括波束赋形、波束跟踪和波束对准等，其设计需要考虑其控制精度、响应速度和系统稳定性等指标。
二、毫米波雷达天线系统的结构设计要点毫米波雷达天线系统的结构设计是其关键技术之一，其设计要点主要包括天线阵列设计、馈源网络设计和相控阵控制器设计。
2. 馈源网络设计要点（1）传输损耗控制：设计合适的馈源网络结构和参数，以降低信号的传输损耗。
（2）功率分配和相位匹配：设计合适的功率分配和相位匹配方案，以保证信号的传输稳定性和准确性。
3. 相控阵控制器设计要点（1）控制精度和响应速度：设计高精度的相控阵控制器，以满足毫米波雷达天线系统对波束指向和波束形状的快速调节需求。
某机载天线的结构优化设计
２ ３ ４ ５
２ １ ６
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１ Ａ ／ Ｂ 方案固有频率
阶数
ｌ
— —
Ａ
６ ８ ６． ６ ６ １ ９ ９１ ． ２ ８ ２ ８ ． ８ ３１ ７ ８ ． ４ ５ ９ ９ ４ ． ８
Ｂ
６ ４ ７ ． ６ ３ ２ ０ ９ ５ ． ２ ２ ９ ８ １ ． ５ ４ ２ ９ ０ ． １ ４ ３ ６ ７ ． 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３ Ｎ 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。
天线设计方案
天线设计方案引言天线作为通信系统中不可或缺的组成部分，具有将电信号转化为电磁波或将电磁波转化为电信号的重要功能。
在无线通信领域，天线的设计方案对于信号的传输质量、覆盖范围和性能稳定性有着直接的影响。
本文将介绍一种基于工程实践和理论分析的天线设计方案。
一、需求分析在开始设计天线之前，需要充分了解设计的需求。
需求分析应包括以下几个方面：1. 通信频段：确定天线工作的频段范围，不同频段的天线设计方式会有所差异。
2. 功能需求：确定天线所需实现的功能，例如方向性天线、全向性天线或者扇形覆盖天线等。
3. 性能要求：确定天线在带宽、增益、回波损耗等方面的性能要求。
4. 安装环境：确定天线的安装环境，例如室内、室外、天线高度等。
二、天线设计步骤基于上述需求分析，下面将介绍一种常见的天线设计步骤。
1. 确定天线类型根据需求分析中的功能需求，选择适合的天线类型。
常见的天线类型包括单极子天线、双极子天线、螺旋天线和阵列天线等。
不同天线类型的工作原理和性能特点不同，需要根据具体需求来选择。
2. 天线参数计算根据所选天线类型和频段确定天线参数。
天线参数主要包括长度、宽度、厚度、轴线位置等。
通过天线参数计算可以确定天线的共振频率、阻抗匹配等关键指标。
3. 天线结构设计根据天线类型和参数计算结果，进行天线结构设计。
结构设计包括天线的物理形状、尺寸和布局等方面。
在设计过程中需要注意天线的辐射方向和辐射效率。
4. 仿真和优化使用电磁仿真软件对设计的天线进行模拟分析，优化天线结构。
通过仿真可以评估天线的性能指标，如增益、辐射图案等，并对天线进行调整，以满足设计要求。
5. 制造和测试根据仿真结果进行天线的制造，制造过程需严格控制尺寸和材料。
制造完成后对天线进行测试，测试项目包括增益、回波损耗、辐射效率等。
如果测试结果不符合要求，需要对天线进行调整或优化。
6. 安装和调试完成天线制造和测试后，根据安装环境的具体情况进行安装和调试工作。
5G终端天线结构设计综述
0引言面向2020年及未来,移动通信技术和产业将迈入第五代移动通信(5G)的发展阶段。
5G 能够满足人们超高流量密度、超高移动性的需求,为用户提供高清视频、虚拟现实、增强现实、云桌面、在线游戏等极致业务,还将渗透到物联网等领域,与工业设施、医疗仪器、交通工具等深度融合,全面实现“万物互联”,有效满足工业、医疗、交通等垂直行业的信息化服务需要。
5G 天线则是实现以上这些愿景至关重要的系统部件之一。
面对信息的快速增长,通信能力不足的弊端日益明显,多频带双极化天线成为一种主流选择,近来,具有堆叠贴片的紧凑尺寸双极化天线通过多模操作来提供双传输通道变得非常流行[1],但是由于存储空间的狭小,这些天线往往隔离较差并且增益较低,这也是要着重解决的难题。
与传统天线相比,可重构天线具有简化、小型化等许多优势,可以改变方向图、频率和极化性能,因此,非线性设备也被广泛用于无线通信系统中,在这种情况下,天线如果没有谐波抑制能力,就会出现电磁兼容性问题[2];而且,为了进一步提高能量转换的效率,抑制谐波是必不可少的。
在传统的系统设计中,通常会采用大容量、高成本和插入损耗滤波器来抑制谐波,但这又会影响系统的阻抗匹配,所以天线设计中也要注意这两者的平衡。
另一方面,尽管许多天线设计旨在达到尽可能大的工作带宽,然而由于各种通信系统的共存,在实现抗干扰传输的同时满足超宽带设计也很具有挑战性。
在4G 系统中,MIMO 技术已经获得较为广泛的应用,面对5G 在传输速率和系统容量等方面的性能挑战,天线数目的进一步增加仍将是MIMO 技术继续演进的重要方向。
同时,正如上文所提到,许多其他设计方案也在5G 智能终端的需求上显示出很好的应用前景,其中最有代表性的便是MIMO 天线、频率可重置天线和缝隙天线。
本文就5G 天线的研究现状做了介绍,展示了MIMO 天线、频率可重置天线及其他常见天线的设计,对天线设计中去耦合技术及带宽拓展技术作了阐述。
天线设计指南
引言：天线是现代通信系统中重要的组成部分之一。
它们在移动通信、电视广播、雷达系统、卫星通信等领域中起着关键作用。
天线设计的质量和性能直接影响到无线通信系统的稳定性和传输质量。
因此，天线设计必须基于科学的原理和严格的工程标准。
本文将提供一份天线设计指南，旨在帮助工程师们理解天线设计的基本原则和方法。
概述：天线设计指南包含了从天线理论到实际应用的全面介绍。
它将涵盖天线设计中的关键概念、参数选择和优化技术。
此外，还将介绍天线测试和仿真方法，以及与天线设计相关的最新发展和未来趋势。
正文内容：一、天线设计基础1. 天线基本原理：介绍天线的基本原理，包括辐射原理、阻抗匹配等。
2. 天线参数选择：详细讨论选择适当的天线参数，包括频率范围、增益、阻抗等。
3. 天线设计流程：介绍标准的天线设计流程，包括需求分析、建模、仿真、优化等。
二、天线结构设计1. 天线类型：介绍不同类型的天线，如单极子天线、双极子天线、微带天线等。
2. 天线材料选择：选择适当的材料以满足天线性能要求，包括导体、介质等。
3. 天线尺寸优化：介绍通过优化天线尺寸来达到性能要求的方法，如长度、宽度和高度的调整等。
4. 天线阵列设计：详细阐述天线阵列的设计原理和方法，包括阵列形状和元素间距的选择等。
5. 天线辐射模式控制：介绍如何通过天线结构设计来控制辐射模式，以实现特定的辐射特性。
三、天线测试与仿真1. 天线测试方法：介绍常用的天线测试方法，包括球面扫描测试、近场扫描测试等。
2. 天线仿真工具：介绍常用的天线仿真软件和工具，如CST、HFSS等。
3. 天线性能评估：详细讨论天线性能评估指标，如增益、波束宽度、辐射特性等。
4. 天线阻抗匹配技术：介绍天线阻抗匹配的原理和方法，确保天线与系统的最佳匹配。
5. 天线效应考虑：讨论天线周围环境对天线性能的影响，如天线与地面、其他物体的交互作用等。
四、最新发展和未来趋势1. 天线多频段设计：介绍天线在不同频段下的设计要求和方法。
波尔威基站天线结构及设计方案
目 基 站 天线 的 结构
能 ，且在结构 上能经 受外部恶 劣环境 （ 如暴风
雨 、冰 雪 、沙 尘 以及 太 阳辐 射 等 ）的 侵 袭 。
位差决定 了辐射方 向图和增益 。有基于 同轴 电 缆和基 于微带线 的设计 。振子是基 站天线最 重
要 的 部件 之 一 ，其 设 计 方 案 的好 坏 直 接 决 定 了 天 线 的辐 射 性 能 。 虽 然 辐 射 单 元 的 结 构 形 状 各
天 线外 罩 是 保 护 天 线 系 统 免 受 外 部 环 境 影 响 的 结 构 物 。 它 应 具 有 良好 的 电 磁 辐 射 透 过 性
的设计方案上。 馈 电 网 络 的 作 用 是 将 射 频 电 能 按 照 一 定 关 系 分 配 到 各 个 辐 射 单 元 ，分 配 的 幅 度 比和 相
电信技
华 美玉
波 尔威 技术 有限公 司
Ⅱ
引言
基 站天 线 用 于 将 发射 机 馈 给 的射 频 电 能 转
减 轻 机 械 安 装 件 的 重 量 ，减 小 惯 量 ，提 高 固 有
频率 。
换 为 电磁波 能 ，或者 把电磁波 能转化为 射频 电
能 并输送 到接收机 。天线 的工作带宽 、转图 性 能 是 设 计 方 案 的基 本 考 虑 要 素 。此 外 ，一 款 优 秀 的产 品 还 会 综 合 考 虑 制 造 工 艺 、生 产 成 本 等 因素 。
某毫米波雷达天线系统结构设计与分析
某毫米波雷达天线系统结构设计与分析毫米波雷达天线系统是一种使用毫米波频段进行测量和探测的雷达系统。
毫米波雷达天线系统结构设计与分析是指对该系统的天线结构进行设计和分析，以实现系统的性能要求。
1. 天线类型选择：根据系统要求和应用场景，选择合适的天线类型。
常见的毫米波雷达天线类型包括开槽数字阵列天线、微带天线和槽天线等。
不同的天线类型有不同的辐射特性和工作频段，需根据具体情况进行选择。
2. 天线尺寸设计：根据工作频率和波长，确定天线的尺寸。
毫米波雷达天线的尺寸通常很小，因此需要通过设计来满足天线的辐射效率和辐射频率要求。
3. 天线阵列设计：对于开槽数字阵列天线，需要进行阵列设计。
这包括确定阵元的数量和排列方式，以及确定阵列的辐射特性和辐射方向。
4. 天线结构材料选择：选择合适的天线材料，以实现天线的辐射效率和阻抗匹配要求。
常见的天线材料包括金属、陶瓷和复合材料等。
通过对毫米波雷达天线系统结构的设计和分析，可以得到以下几个方面的结果：1. 辐射特性：通过数值仿真和实验测试，可以得到天线的辐射特性，包括辐射图案、增益和辐射方向等。
这些辐射特性直接影响系统的测量和探测能力。
2. 阻抗匹配：通过设计天线的结构和选择合适的材料，可以实现天线的阻抗匹配。
阻抗匹配是保证天线与发射机和接收机之间信号传输的关键，影响系统的信噪比和灵敏度。
3. 辐射频段：根据天线的设计和分析结果，可以确定天线的工作频段。
毫米波雷达天线通常工作在几十到几百GHz的频段，频段的选择需根据实际应用需求进行。
4. 天线效率：通过设计和分析，可以得到天线的辐射效率。
天线的辐射效率是评价天线性能的重要指标之一，影响系统的发射和接收效果。
毫米波雷达天线系统结构设计与分析是对毫米波雷达天线系统进行设计和分析，以满足系统的性能要求。
通过设计合适的天线类型和尺寸、进行阵列设计、选择合适的材料，可以得到满足系统要求的天线结构。
通过对天线结构进行分析，可以得到天线的辐射特性、阻抗匹配、辐射频段和效率等重要参数，为系统的工作提供支持和指导。
深空大天线结构设计关键技术
ｆｅ ｂ ｃ ｙ ｂ ａ ｗ ｖｇ ｉｅ ｈ ｒｆｒ ｅｄ ａ ｋ ｂ ｅｍ ａ ｅ ｕｄ ．Ｔ ｅｅｏｅ，ｓｍｅ ｓｅ ｉｌｐｏ ｌｍｓｍ ｓ ｅ ｃｎ ｉｅｅ ｎ ｔｅｄ ｓｇ ｅａ ｔｎ ａ ｏ ｐ ｃａ ｒｂｅ ｕ ｔ ｏ ｓｄ ｒｄ ｉ ｅｉｎ ｏ ｔ ｅ ｎ ． ｂ ｈ ｆｈ ｎ
一
远规划 ， 探月工程的启动标志着我国深空探测的开始 ， 以后 还要 逐步 进行 对火 星 以及更 远 目标 的探测 。 深空探测的 目标距离远 、 信号弱 ， 离不开超大 口径 的高精度天线 。美 国的深空网（ Ｓ ） Ｄ Ｎ 主要由分布在地 球 三个 点 的多个 ３ 天线 和 ７ ４ｍ ０ｍ天线 组 成¨ 。 目前 Ｊ 国外最大口径的天线是 １０ｍ轮轨式天线。我国在探 ０ 月工程中建造了４ ０ｍ和 ５ ０ｍ天线 ， 即将建成的是 ３ ５ ｍ和 ６ ４ｍ天线 。随着深空探测的进一步深入 ， 未来可 能还会建造更大 口径的天线。 在天线结构设计 中， 口径 的增大并不仅仅是几何 尺寸的简单增加 ， 它会带来许多意想不到的问题 。本 文把在研制过程 中所遇到的许多关键技术问题进行 了 归纳和分析 ， 以供参考 。
引 言
随着美 国机遇号、 勇气号火星探测器在火星成功
登陆 ， 卡西 尼号 探测 器 飞 抵 土 星并 成 功 释放 惠 更 斯 号 探 测器 在 土卫 六着 陆 ， 空 探 测 越 来 越成 为全 球 瞩 目 深 的焦 点 。我 国继载 人航 天之 后也 制订 了深空探 测 的长
１ 天线座 型式的选择
种是两 侧双叉 臂式 ， 图 １所示 ； 一 种是 中间 大齿 如 另
轮式 ， 如图 ２ 所示。两侧双叉臂式用两个随俯仰转动的 叉臂支撑天线， 天线除 自 重外 ， 不受其他外力 ， 以天线 所 面的变形小而均匀， 较容易采用“ 保型设计” 来保证反射
某毫米波雷达天线系统结构设计与分析
某毫米波雷达天线系统结构设计与分析引言：毫米波雷达是一种利用毫米波进行目标检测和跟踪的技术。
它具有高精度测量、高分辨率、对目标小、目标分辨率高的优势。
而天线作为毫米波雷达的核心组成部分，其设计和性能对整个系统的性能至关重要。
本文将结合毫米波雷达的特点，对毫米波雷达天线系统的结构设计与分析进行探讨。
一、天线系统结构设计1. 天线类型选择根据毫米波雷达的工作频段和应用需求，选择合适的天线类型。
常见的毫米波雷达天线类型包括：抛物面天线、半抛物天线、多孔天线等。
在选择天线类型时需考虑其增益、波束宽度、频率响应等性能指标。
2. 天线阵列设计天线阵列是一种将多个天线按照一定排列方式组成的系统，可以实现波束形成和方向控制。
在毫米波雷达中，采用天线阵列可以提高雷达的目标分辨能力和抗干扰能力。
设计时需考虑天线数量、阵列形状、阵元间距等因素。
3. 天线辐射结构设计天线辐射结构是指将电磁波能量从导引结构（如波导、传输线等）传输到空气中的部分。
对于毫米波雷达天线系统来说，辐射结构设计的目标是实现高效的辐射转换和低损耗。
常见的辐射结构包括角度折射板、波导喇叭等。
二、天线系统分析1. 波束宽度分析波束宽度是指主瓣的角度范围。
对于毫米波雷达天线系统来说，波束宽度的选择影响着系统的探测距离、目标分辨能力等。
通过对天线阵列的设计和优化，可以实现较小的波束宽度。
2. 天线带宽分析天线带宽是指天线在频率上有效工作的范围。
毫米波雷达的工作频段一般较宽，要求天线具有较宽的带宽。
天线宽带化的设计方法包括使用宽带频率选择表面、采用宽带驻波比抑制技术等。
3. 阵元间干扰分析天线阵列中的阵元之间会产生干扰，影响系统的准确性和可靠性。
干扰的来源主要包括互耦干扰、杂散波干扰等。
通过优化阵列结构和增加干扰抑制技术，可以减小阵元间干扰。
4. 天线参数分析天线参数对毫米波雷达系统的性能有直接影响。
主要包括雷达系统增益、波束宽度、辐射功率、阻抗匹配等。
通过对天线参数的优化，可以提高雷达系统的测量精度和目标探测能力。
常用天线的结构形式及要求
常用天线的结构形式及各自的优缺点三极天线技术有限公司结构部：陈正伟2011‐09‐23目录•1、常用天线的结构形式（图片）•2、不同天线结构的设计及各自的优缺点•3、对桑菲天线结构设计的建议一、常用天线的结构形式1、支架+弹片（见下图）2、支架+FPC（见下图）3、单独FPC(天线贴中壳）（见下图）二、不同结构在设计前期的要求及各自优缺点•A、支架+弹片的结构：•1、支架表面到后壳的间隙至少要保证0.5mm(弹片0.15mm+热熔后定位柱子高度0.25‐0.3mm+间隙0.05‐0.1mm)；•2、支架表面不能为弧面（指天线使用到的面），因弧度连续模成型不了，而且生产过程中不容易控制尺寸，特别是不同批次的产品一致性不好。
•改善办法是：把弧度改成斜面。
•3、馈点理想尺寸：2.5X3.5mm；最低要求：2X3mm；并要求馈点完全在支架的下面。
•4、优点：成本低。
•5、缺点：支架到PCB板的高度相对要求要高，性能比FPC相对要差一些；因一般有两个以上的结构件，在研发前期就必须开支架模，这样在以后的样品确认过程中，结构上总有前期没有考虑到的一些因素或其它问题需要改善；从而导致修模次数多、特别是支架反复修模次数最多（开模和修模费用高）。
最终导致研发周期长。
•B、支架+FPC的结构要求及优缺点：•1、支架表面到后壳的间隙比不锈钢的要小，有0.3mm就行(FPC厚度0.15mm)；贴FPC的面上需要加定位柱子（直径0.8mm*0.3mm高度），间隙不够，后壳减胶，避开定位柱子。
目的是方便生产贴FPC时定位。
•2、支架表面尽量不要做成弧面（指天线利用到的面），因FPC是平面的，贴在弧面上会起皱，时间长会起翘，影响外观和天线性能。
•解决办法：尽量把弧面改成斜面。
如果只能做成弧面，也只能是大弧面。
RF在设计天线的时候必须和结构做好沟通，避开起皱和起翘的区域；在折弯的地方打工艺孔，减少应力；当电解铜材料不能解决起翘的问题时，考虑用压延铜材料（材料成本高）。
大型可展构架式星载抛物面天线结构设计
第35卷第3期2001年5月浙 江 大 学 学 报 (工学版)Jour nal of Zhejiang Univer sity (Engineering Science)Vol.35№.3May 2001收稿日期:1999-07-05.基金项目:国家自然科学基金资助项目(69982009).作者简介:岳建如(1975-),男,山东临沂人,浙江大学博士,主要从事空间结构、空间可伸展结构的研究.大型可展构架式星载抛物面天线结构设计岳建如,关富玲,陈向阳(浙江大学土木工程学系,浙江杭州310027)摘 要:提出了一个利用伸缩杆驱动的六棱柱展开单元,和国内外已有的设计相比,该单元可动机构数较少,展开可靠度高,结构刚度好,且具有很广泛的几何适应性,能容易地构造复杂二维可展结构,具有广泛的应用前景.利用伸缩杆六棱柱单元,设计了一大型构架式切割抛物面天线,并简要介绍了天线的可展节点细部设计杆件分类统计.该天线的形面精度较高,质量轻,造价低.最后,对天线模型进行了结构分析,说明天线具有良好的刚度.关键词:可展天线;构架式;抛物面天线;六棱柱单元;对角伸缩杆中图分类号:T H122;TU35;V42 文献标识码:A 文章编号:1008-973X(2001)03-0238-06随着人类对宇宙探索的不断深入,超大型、高清晰度的卫星、空间站等航天器成为不可缺少的工具,由于受有效荷载仓的容积限制,世界各国相继发展了大量的大型可展航天结构,但我国对空间可展结构的研究尚处于起步阶段,有待更进一步的深入研究.本文利用拉伸弹簧构造了一个可展伸缩杆六棱柱单元,和国内外类似的可展结构单元相比,该单元在展开后所有展开机构均不需锁定,因而展开可靠度较高,且具有良好的几何适应性.利用该伸缩杆单元,文中设计了一个大型构架式星载抛物面天线,并详细地介绍了设计的各项技术参数,分析了可展天线的展开过程和结构的静力和动力特性,及结构参数的影响.结构分析表明这类构架式可展天线具有展开可靠性高,刚度好,形面精度高和造价低等显著优点.1 结构伸缩杆六棱柱单元结构分析如图1所示为利用弹簧伸缩杆驱动的一个四边形基本单元,周边的四根杆件是不可折叠,也不可收缩的,对角杆设计了弹簧,可以改变杆件长度.折叠状态时,结构成捆状,单元的构件相互平行.由于处于拉伸状态的弹簧收缩,引起结构的逐步展开,到达预定位置后,对角杆受弹簧外套管限制而不能继续收缩,锁定成为几何不变结构.在完全展开状态,结构杆件的尺寸限制了弦杆和竖杆的夹角.要使结构单元能完全折叠,需要满足以下几何相容条件:l 1+l 2=l 3+l 4.(1)单元对角杆在整个展开过程中长度的变化,即弹簧的伸缩量,可表示为$=l 1+l 2-l 21+l 22.(2)单元间的一维连接:当两个四边形单元并列连接形成一维结构时,可以有如图2所示的两种形式,设计平直的一维支架时,可以由一系列首尾相连的对角杆一起驱动结构展开或收纳,如图2(b)所示,此时,有较小的折叠体积.若对角杆平行布置,收纳时,将成一长条形结构,收纳效果不理想.上述一维单元的连接缺乏侧向稳定性,缺少实用价值,设计馈源支架或机械手等一维可展结构时,必须使用三棱柱或四棱柱单元来构造一维支架.正六棱柱单元:如图3为利用弹簧伸缩杆驱动形成的正六棱柱可展开单元,它由如图1所示的四边形基本单元组成.上下表面的12根杆件和6根竖杆及中心杆均是普通铰接构件,不可改变长度,6根斜腹杆是可伸缩的,且相交于一点.边上的细线表示索单元,需要提高结构的刚度时,可以用中间有扭簧可折叠杆件代替索单元.六棱柱单元可以认为由6个四边形单元和一些附加的索单元构成.完全收纳状态时,结构折叠成捆状,杆件紧密相依,由于处于拉伸状态的弹簧的收缩,驱动六棱柱单元展开.但完全收纳时,各杆件处于自平衡状态,需要外加扰动荷载来保证结构的顺利展开.图1 一维自适应结构图 图2 一维连接Fig .1 Th e structur al figure of one dimensional module Fig .2 T he connected figur e of t he modules图3 正六棱柱单元Fig .3 The hexahedr al module图4 模型布置图F ig .4 T he arr angement of the modules 利用图3所示的六棱柱单元可以方便地形成各种二维可展结构,图4所示为一种典型的模型布置俯视图,每根粗线代表一个伸缩杆四边形单元,虚线表示索单元,中心圆表示6根伸缩杆相交的节点.相邻单元采用同一根索.一个六边形虚框内有6根实线相交于一小圆,代表了图3所示的一个六棱柱可展单元.由于节点设计采用柱饺式,保证杆件绕着接头只能在所限定的一个面内转动,单元如图4布置形成结构后,根据体系分析理论,索单元不是维持结构几何不变的必要构件,但它们可以很好的提高结构的刚度.在支承点附近,利用可折叠杆件代替索单元,能得到较合理的结构.利用六棱柱单元形成的结构,具有适应性广的优点,能方便地设计成各种复杂曲面,其中最吸引人的用途是形成大型构架式可展抛物面天线,此时,上表面构成抛物面天线的反射面.空间可展结构要求有高收纳率,能折叠成较小的体积从而可将大型航天器置于有效载荷仓中;质量轻,可降低发射成本;展开可靠度高,尽可能地降低发射风险;实用性广,可用于构造复杂可展结构,并保证所形成结构的形面精度;刚度较高,能避开姿态控制的频率段.机构数:保证较高的展开可靠度,要减少可展结构机构数,特别是完全展开后需要锁定的机构,因为较少的机构意味着较轻的质量,机构的重量往往占整个展开结构质量的很大一部分.六棱柱单元的节点设计保证杆件只能在一个面内转动,因而相邻的四边形单元的弦杆在整个展开过程中一直保持60°角,这样就有效地减少了可动机构数,便于设计,且有效地提高了展开的可靠度.一个六棱柱单元共含6根伸缩杆,没有其它可动机构,完全展开后,不需锁定,因而具有很高的展开可靠度.但设计锁定装置后,能提高结构的刚度和展开重复精度.而索单元(或折叠杆)虽是柔性构件,由于不是必要构件,不影响展开可靠性.文献[1]提出的另一种六棱柱展开单元Hexapod 利用套筒作为可动结构,具有较少的机构数,但设计适应性较差,设计成抛物面时,节点复杂,且套筒滑动容易卡死,将无法二次展开.文献[4]提出的Packtruss 也是一种较有名的六棱柱展开单元,其它可用于构造二维可展结构的非六棱柱单元主要有VLD 和SHDF truss [3],各模型的具体机构数以及与本文所提出的可展单元的比较如表1所示.239 第3期岳建如,等:大型可展构架式星载抛物面天线结构设计表1 各种展开单元比较T ab.1T he contr ast of the deployable modules单 元需锁定机构数不需锁定机构数收纳率Hexapod A 360.0781Packtr uss 1200.0625VLD 1200.0625SHDF 1500.0625本文单元60.0625图5 四边形单元完全收拢示意图Fig.5 F igure of thequadrilat eral module in fully st owed stat e 收纳率是可展结构的一个基本特点,可以定义为结构完全展开体积和完全收纳体积的比值.为简单起见,研究正六棱柱单元的收纳率,并假设单元的所有刚性杆件的管径为d ,六棱柱的边长为l ,展开后,六棱柱单元的高度为h ,完全折叠的六棱柱单元示意图如图5所示,六棱柱的平面投影面积减少约(4.0d /l )2倍,高度则从原来的h 变为l +h ,因而伸缩杆六棱柱单元的收纳率为l 2h(4.0d )2(l +h )=0.0625l 2h d 2(l +h ).(3)这表明,一个口径为20m 的天线,若厚度为50cm,单元杆长67cm,管径15mm ,发射时,能折叠成一直径约180cm ,高117cm 的体积而置于有效荷载仓中.式(3)右端的值越大,说明单元的收纳率越高.从式(3)还能知道,收纳率和杆件管径密切相关,若能采用更细的构件,收纳体积会显著减小.其它几种展开单元的收纳率也可类似求得,各单元收纳率的系数如表1所示,说明各种展开单元的收纳率大体同.设计适应性:这种伸缩杆六棱柱单元虽然机构数很少,但具有很广的适用性,能方便的形成各种复杂结构.一般而言,可动机构数较少,会有较多的几何约束条件,适应性较差,通常形成平面结构不成问题,但难以设计成复杂的结构.因而设计复杂的二维展开结构时,需要认真分析六棱柱单元的几何约束问题.如图3所示,六棱柱单元的可折叠的充分必要条件为l ii +l i 7′=l i 7+l 77′,i =1,2, (6)(4)其中上下表面各点可能要求位于某确定曲面上.若各单元的下表面是由上表面竖直向下平移一定距离而成,则有l i 7=l i ′7′,l ii ′=l 77′,i =1,2, (6)(5)则单元的可折叠条件自然满足,使复杂结构的几何设计非常简单,杆长不需利用几何约束条件迭代求解,没有因为折叠约束条件而引入的数值误差.可展结构的基本单元相互连接形成二维结构时,单元之间往往需要满足一定几何关系,如常见的剪式单元,但本文设计的伸缩杆六棱柱单元,相邻的展开单元之间没有必要的几何约束,因而可以方便地形成复杂的空间折叠结构.2 可展抛物面天线几何分析和节点设计根据上述分析,设计了一个5.0m ×2.88m 的切割抛物面天线,焦距为4.0m,天线设计需要满足的条件有:¹可折叠几何约束条件;º上表面(反射面)位于给定的抛物面上;»保证结构具有一定的刚度;¼较轻的质量;½造价较低廉,尽量使节点和杆件的类型统一.其中前两个条件必须严格满足,后两个条件是设计的优化指标,不一定严格满足,第三个条件主要和结构的厚度及约束条件相关.天线的平面网格划分如图6所示,并由此确定节点的平面坐标,虚线代表索单元.对平面点作抛物面抬升,使其满足条件º,即z j -12f(x 2j +y 2j )=0,(6)式(6)中,f 为抛物面的焦距.背架的下表面可由上表面竖直向下平移求得,即240浙 江 大 学 学 报(工学版) 2001年 z j -12f (x 2j +y 2j )+h =0,(7)式(7)中,h 为上下表面的竖直距离,由结构的刚度要求确定,h 大,则结构刚度较好,但质量会有所增加.所形成的抛物面天线中间厚,四周略薄,是综合考虑条件式(3)、(4)后较合理的结构.天线的杆件长度相互相差不大,能较好地满足质量条件.由于天线保持了较高的对称性,因而杆件的种类较少,所需制造模具数量也少,从而减少了制造成本;节点的造价在整个结构中占了很大比例,本模型的弦杆在整个展开过程之中始终相互保持60°的夹角,因此设计简单,种类较统一,只需两类节点,使天线制造费用较低.在展开和收纳两种状态及展开过程中,相邻弦杆间角度一直保持60°,任何时候各单元的平面投影为六边形,只是投影尺寸有所变化.折叠时,杆件紧密相依.图7是天线完全展开时的透视图,为表示简洁,已略去索单元.图6 抛物面天线的网格划分Fig.6 Th e arr angemen t of the parabolic an tenna图7 抛物面天线透视图Fig.7 T he perspective figu re of the parab o lic antenna 天线的节点设计:展开结构的节点设计关系到可展结构的展开可靠度和展开重复精度,是可展结构设计的重要一环.同时可展结构的节点又和结构自重及造价相关,为降低自重,要求节点尺寸尽可能小,为降低造价,应使节点种类较统一.六棱柱单元的节点连接了6个方向的杆件,且需要保证杆件绕着节点在一个面内转动.天线只采用两类节点,如图8所示,图8(b)为连接有对角杆的节点,图8(a)则未和对角杆相连,两类节点共有97个.上下表面弦杆和竖杆均采用6.4mm(直径)×0.5mm (壁厚)的CFRP 管,对角杆的构造如图9所示,其中粗杆为8.0mm (直径)×0.8mm (壁厚),细杆为6.4mm (直径)×0.5mm (壁厚).表2对天线模型的杆件材料进行了统计.表中,X 表示弦杆,S 表示竖杆,D 表示对角杆,数字表示杆长的分类,其中对角杆的长度为完全展开时的长度,各杆件长度考虑了节点尺寸的影响.从表2中可以看出,虽然抛物面天线的几何很复杂,但按照本文的方法设计的模型杆件种类仍旧很少.表2 杆件种类统计表Tab .2 The table of the kinds of the r ods杆件编号长度/mm 数量杆件编号长度/mm 数量杆件编号长度/m m 数量X1359.3676X7398.5032D5440.222X2361.3164X8419.248D6628.1838X 3374.7560D 1738.8222D 7480.9616X4389.5444D2526.5730D8796.364X5369.0556D3575.9432S 1491.0097X 6430.924D 4682.6428总计-613图8 节点示意图Fig .8 T he figur e of the joints in t he module 图9 对角杆F ig .9 The diagonal member241 第3期岳建如,等:大型可展构架式星载抛物面天线结构设计3 天线模型的结构分析天线上下表面的弦杆、竖杆和节点间采用销钉连接,可以采用普通的铰接杆单元计算.铰接点分别位于节点的6个伸出臂上,实际计算时,将它们等效为一个铰接点.若对角杆未设计锁定装置,其刚度可以近似为弹簧刚度,且根据能量相等的原则将其等代为普通杆单元,等代杆件面积为A =kl E,(8)式(8)中,k 为两根弹簧的串联刚度系数,E 和l 分别为等代杆单元的弹性模量和长度.对角杆若设计了锁定装置,则可以认为由三段不等截面的梁单元组成,如图9所示,根据能量相等的原则,也可以将其等代为一根杆单元,等代杆件面积为A =A 1A 2l2A 2l 1+A 1l 2,(9)图10 模型展开状态模态实验图Fig.10 T he mode exper iment ofpar t of t he ant enna module式(9)中,A 1,A 2分别为粗杆和细杆的截面积,l 1为细杆在锁定装置间的有效长度,l 为等代杆件长度.当天线含索单元时,为使索单元绷紧,必须施加一定预应力,但因为预拉力的值不大,计算时忽略了预应力对结构模态的影响.最中间的四个下弦节点和星体相连,可以近似为简支约束.计算时,忽略了星体运动对结构的影响.为了检验模态计算时建模的正确性,对一部分结构做了模态实验,模型的口径为1.714m.单独测试Z 方向模态,实验结果如下:模型在实验时的收拢和展开照片见图10,前三阶振型图如图11、图12、图13.图11 一阶振型图(f 1=12.58Hz)F ig .11 T he first mode of the str uctur e图12 二阶振型图(f 2=12.58Hz)Fig .12 T he second mode of the structure图13 三阶振型图(f 3=15.29Hz )F ig.13 The third mode of t he str uctur e 模型自振频率测试结果见表3,表4给出了通过有限元分析计算所得的测试模型的前10阶频率,由表3和表4可知,理论上所建立的模型基本上是符合实际的,但是有限元分析时的频率比较集中,由此对上述整个天线进行有限元分析.天线在完全展开状态处于非锁住状态时,预应力索直径为1.0mm ,所有材料采用铝合金,整个结构总体上按桁架计算.结构的前10阶振型表如表5.分析表明,天线具有良好的动力性能,在星体的振动所引起的强迫振动的条件下一般不会发生共振现象.在具体设计时,需要综合考虑卫星各部件的频率,使得结构的整体频率控制在一定范围内,防止共振现象的发生.表3 部分天线结构自振频率表(实验)Ta b.3 T he frequency of the pa rabolic antennaHz 振 型12345678910242浙 江 大 学 学 报(工学版) 2001年 进行有限元分析时所得到的结果:表4 部分天线结构自振频率表(有限元分析)Ta b .4 T he frequency of the pa rabolic antennaHz振 型12345678910频 率12.5812.5815.2925.3325.9725.9730.3530.3531.5234.24表5 整个天线结构自振频率表(有限元分析)Ta b .5 T he frequency of the pa rabolic antennaHz振 型12345678910频 率3.374.947.077.7511.5311.9212.4814.2914.8416.234 结 论(1)本文提出了一个利用伸缩杆驱动的六棱柱展开单元,该单元展开后不需要锁定的机构,因此展开可靠度高,且结构刚度好,具有很广泛的适应性,能容易地构造复杂二维可展结构.(2)利用伸缩杆六棱柱单元,设计了一大型构架式切割抛物面天线,该天线的形面精度较高,质量轻,造价低,满足了可展结构设计的基本要求.对天线模型进行了结构分析,并对部分模型进行了实验分析,结果与理论计算基本吻合.表明天线具有很好的刚度.参考文献:[1] Junjir o Onoda ,Fu Dan -ying ,Kenji Minesugi .T wo -dimensional deployable hexapod truss [J ].J Spacecr aftand Rockets ,1996,33(3):416-421.[2] Hir oshi F ur uya ,Kenichi Higashiyama.Dynamics of closed linked variable geomet ry tr uss manipula tor s[J].Acta Astronaut ica,1995,36(5):251-259.[3] OnodaJ .Two -dimensionally deploya ble tr uss str uct ur es for space applicat ion [J ].J Spacecraft and R ockets ,1988,25(2):109-116.[5] Hedgepeth J M,Miller R K.Str 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ds :deployable antenna;truss structure;par abolic antenna;hexahedral module;diagonal extensible member243 第3期岳建如,等:大型可展构架式星载抛物面天线结构设计。