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天線(xiàn)結構
用于電子、通信和機械工程的結構
基本信息
| 中文名 | 天線(xiàn)結構 |
| 外文名 | antenna structure |
| 應用學(xué)科 | 電子工程、通信工程、機械工程 |
| 結構分類(lèi) | 塔桅結構和反射體結構 |
| 分類(lèi) | 線(xiàn)天線(xiàn)和面天線(xiàn) |
| 定義 | 天線(xiàn)本身和支持天線(xiàn)的結構物 |
收起
結構型式
塔桅結構
塔桅結構分為拉線(xiàn)式桅桿結構和自立式塔架兩種。
桅桿天線(xiàn)桿身的穩定靠纖繩來(lái)維持。因為有纖繩支撐，桅桿可以較細，重量較輕。移動(dòng)式桅桿天線(xiàn)的桿身常由若干節組裝而成，架設時(shí)可一節節升起，運輸時(shí)則拆成長(cháng)度不大的若干節。桅桿不僅用于支持天線(xiàn)，有時(shí)桿身也作為發(fā)射體。
框架式結構
為了獲得更高的方向性，常將若干相同的天線(xiàn)單元以一定的排列方式組成天線(xiàn)陣。將幾個(gè)天線(xiàn)單元排成一直線(xiàn)，就成為線(xiàn)陣。將許多天線(xiàn)單元排列在一個(gè)平面上，就組成面陣。面陣列式天線(xiàn)的結構型式多為框架式結構。
反射面型式
四種形式簡(jiǎn)介
反射面有四種型式：①實(shí)體反射面；②打孔金屬板；③網(wǎng)狀反射面；④柵條反射面。應根據電性能和機械性能的要求選擇反射面的型式。實(shí)體反射面電性能好，反射效率高，但風(fēng)阻大，重量大。波長(cháng)3厘米以下的多采用實(shí)體反射面。其余三種反射面重量和風(fēng)阻都小，但會(huì )漏過(guò)一些功率，因而對孔的尺寸、網(wǎng)格尺寸和柵條間隔有一定限制。例如，在金屬板打圓孔時(shí)，對孔徑和孔距均有要求，圓孔直徑必須小于圓波導最低模的截止直徑──
，一般取為
(
為波長(cháng))，借以保證漏過(guò)功率足夠小，而柵條的中心距必須小于半波長(cháng)。實(shí)體、打孔金屬板和網(wǎng)狀反射面對各種極化波均可使用，而柵條反射面只適用于線(xiàn)極化，極化方向應與柵條平行。實(shí)體反射面和打孔金屬板常由鋁板經(jīng)壓力加工成形，也可用玻璃鋼或碳纖維增強塑料，表面噴涂金屬或鋪銅絲網(wǎng)。網(wǎng)狀反射面由金屬絲編織而成。柵條反射面可用金屬絲、金屬圓管或金屬板條平行地排列構成。
反射面公差
根據公式可知，隨著(zhù)表面誤差
的增大，增益急劇下降。因此，必須限制表面誤差。表面公差應根據電性能要求和生產(chǎn)的經(jīng)濟性來(lái)折衷決定。公差太大，電性能變壞；公差太小，則制造困難且結構笨重，因此應取一合適的數值。一般取均方根誤差為
。表面公差的數值與天線(xiàn)大小無(wú)關(guān)，而僅與工作波長(cháng)有關(guān)；波長(cháng)越短，精度要求越高。工作在毫米波段的天線(xiàn)要求有很高的表面精度。產(chǎn)生表面誤差的原因有制造誤差、載荷引起的變形誤差、安裝調整誤差等。確定總的表面公差后，即可按一定比例規定各項誤差的指標。為了使反射體天線(xiàn)在載荷作用下的變形不超過(guò)允許值，天線(xiàn)結構必須具有足夠的剛度。剛度要求常是天線(xiàn)結構的主要矛盾，特別是工作波長(cháng)較短、尺寸較大的天線(xiàn)，設計時(shí)首先要滿(mǎn)足剛度要求。
設計要求
設計天線(xiàn)結構，一般應考慮下列問(wèn)題：
①確定反射面型式；
②確定反射體主力骨架的型式和具體結構；
③確定天線(xiàn)結構的材料及制造工藝方案；
④分析天線(xiàn)所受的載荷，計算天線(xiàn)結構的強度和剛度；
⑤對反射體表面精度進(jìn)行論證；
⑥確定天線(xiàn)表面精度檢測方案；
⑦確定天線(xiàn)的架設和運輸方案。
一個(gè)合理的天線(xiàn)結構應該是重量小，又能滿(mǎn)足強度和剛度的要求。為此，必須對天線(xiàn)結構進(jìn)行精確的力學(xué)分析。這可以利用有限單元法，借助計算機算出天線(xiàn)各點(diǎn)的變形和各構件的應力。為了得到最優(yōu)設計，可采用最優(yōu)化方法，由計算機自動(dòng)尋優(yōu)。
保型設計
直徑幾十米的大型毫米波天線(xiàn)，由于表面精度要求很高，制造時(shí)首先遇到的問(wèn)題是結構本身重量所引起的變形會(huì )遠遠超出精度的要求。減小自重變形，不能靠增加桿件截面尺寸來(lái)解決。因為增大了截面，剛度雖然增大，但自重也隨之增大，自重變形仍不能減小。為了解決這個(gè)矛盾，V.赫爾納于1967年提出了保型設計的概念，即適當地設計一天線(xiàn)結構，使變形后的反射面仍為一拋物面，但頂點(diǎn)、軸線(xiàn)和焦距與原拋物面不同，即從一個(gè)拋物面變?yōu)榱硪粋€(gè)拋物面。采用保型設計，可以完全消除自重變型的影響，只要調節輻射器的位置，使其位于新的焦點(diǎn)上即可。在選擇合適的結構布局后，運用結構優(yōu)化設計的方法，以桿件截面積和結點(diǎn)坐標作為設計變量，可以求得保型設計。研制大型精密天線(xiàn)結構所遇到的技術(shù)難題，除了自重變形之外，還有對溫度變形的控制、高精度面板的加工，以及整個(gè)反射面精度的檢測等。
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