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天線結構
用于電子、通信和機械工程的結構
基本信息
| 中文名 | 天線結構 |
| 外文名 | antenna structure |
| 應用學科 | 電子工程、通信工程、機械工程 |
| 結構分類 | 塔桅結構和反射體結構 |
| 分類 | 線天線和面天線 |
| 定義 | 天線本身和支持天線的結構物 |
收起
結構型式
框架式結構
為了獲得更高的方向性，常將若干相同的天線單元以一定的排列方式組成天線陣。將幾個天線單元排成一直線，就成為線陣。將許多天線單元排列在一個平面上，就組成面陣。面陣列式天線的結構型式多為框架式結構。
反射面型式
四種形式簡介
反射面有四種型式：①實體反射面；②打孔金屬板；③網(wǎng)狀反射面；④柵條反射面。應根據(jù)電性能和機械性能的要求選擇反射面的型式。實體反射面電性能好，反射效率高，但風阻大，重量大。波長3厘米以下的多采用實體反射面。其余三種反射面重量和風阻都小，但會漏過一些功率，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，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)，借以保證漏過功率足夠小，而柵條的中心距必須小于半波長。實體、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極化，極化方向應與柵條平行。實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(jù)公式可知，隨著表面誤差
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(jù)電性能要求和生產(chǎn)的經(jīng)濟性來折衷決定。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(shù)值。一般取均方根誤差為
。表面公差的數(shù)值與天線大小無關，而僅與工作波長有關；波長越短，精度要求越高。工作在毫米波段的天線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(guī)定各項誤差的指標。為了使反射體天線在載荷作用下的變形不超過允許值，天線結構必須具有足夠的剛度。剛度要求常是天線結構的主要矛盾，特別是工作波長較短、尺寸較大的天線，設計時首先要滿足剛度要求。
設計要求
設計天線結構，一般應考慮下列問題：
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確定天線結構的材料及制造工藝方案；
④分析天線所受的載荷，計算天線結構的強度和剛度；
⑤對反射體表面精度進行論證；
⑥確定天線表面精度檢測方案；
⑦確定天線的架設和運輸方案。
一個合理的天線結構應該是重量小，又能滿足強度和剛度的要求。為此，必須對天線結構進行精確的力學分析。這可以利用有限單元法，借助計算機算出天線各點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，由計算機自動尋優(yōu)。
保型設計
直徑幾十米的大型毫米波天線，由于表面精度要求很高，制造時首先遇到的問題是結構本身重量所引起的變形會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。為了解決這個矛盾，V.赫爾納于1967年提出了保型設計的概念，即適當?shù)卦O計一天線結構，使變形后的反射面仍為一拋物面，但頂點、軸線和焦距與原拋物面不同，即從一個拋物面變?yōu)榱硪粋€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(jié)輻射器的位置，使其位于新的焦點上即可。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坐標作為設計變量，可以求得保型設計。研制大型精密天線結構所遇到的技術難題，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，以及整個反射面精度的檢測等。
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