王　建

摘要：文章根據某型天線的結構特點和使用要求，從材料優(yōu)選、工藝防護、結構防護、隔離防護、散熱、風載等方面出發(fā)，介紹了該天線的結構設計思路，闡述了設計中采取的主要措施和結構形式以及天線支臂、中心體、放大器等關鍵零部件的結構設計方法。

關鍵詞：天線結構設計；鎖定裝置；散熱；風載

中圖分類號：TN821文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）09-0027-02

天線廣泛應用于各種無線電設備中，形式多樣，種類繁多。根據天線的用途、工作狀態(tài)、使用環(huán)境、結構形式和體積的不同，在進行設計時需要考慮的側重點也不相同。

某型天線為框天線，主要由底座、放大器、中心體、中心桿、支臂以及饋線等組成。天線外形如圖1所示：

根據設計輸入，對于該天線的結構設計主要有以下幾點要求：（1）為了方便天線運輸、架設和撤收，天線支臂要求可以張開、閉合；（2）在對天線進行測試時，天線中心體相對底座可以自由轉動；（3）要求天線具有防水、防霉、防鹽霧能力，即“三防”；（4）要求天線在十二級風（風速不低于32.6m/s）時能夠正常工作。

根據以上要求，在天線設計過程中，主要對以下幾個方面進行了考慮：

一、天線支臂

為了減輕天線重量并保證支臂具有一定的強度，同時提高天線的抗腐蝕能力，天線支臂選用標準鋁型材經過加工而成。

設計輸入要求天線支臂可以張開、閉合，即支臂可以圍繞支座軸轉動。這可以通過在支臂上安裝可以滑動的鎖定裝置來解決。鎖定裝置與支臂形成滑動副連接，與水平支撐桿形成轉動副連接。在鎖定裝置上安裝螺紋壓板，通過螺紋壓板的旋入和旋出來控制鎖定裝置在支臂上的鎖緊狀態(tài)，保證鎖定裝置可以停留在支臂限位板以上的任意位置。

天線支臂及鎖定裝置安裝圖如圖2所示。

在天線初樣中，同樣是裝上了鎖定裝置和水平支撐桿，但是天線裝配完成后支臂沿垂直于水平支撐桿方向有較大的晃動，雖然理論上這仍然是一個靜定系統(tǒng)。經過分析，我們認為，這主要是由于天線支臂過長，支臂轉軸處安裝間隙比較大造成的。

在天線正樣設計中，我們改進了支臂轉軸處的結構形式，將原來的單轉軸安裝方式改為一個轉動軸和一個鎖緊軸，對天線支臂采取了兩點鎖定的方式。通過天線正樣來看，很好地解決了支臂晃動的問題。

二、中心體

通過在天線中心體和底座安裝板之間安裝中心轉軸，中心體四周安裝四塊壓板，可以實現中心體的轉動。但是天線中心體和底座安裝板均為金屬材料，在轉動時產生的相對磨擦會破壞金屬板的涂覆層，進而會產生金屬腐蝕，影響天線使用。

我們通過在天線中心體與底座安裝板之間安裝尼龍墊板，使得天線中心體相對于底座可以在摩擦力很小的情況下自由轉動。

在天線初樣中同樣出現了天線中心體相對于天線底座晃動的問題。這主要是由于安裝了尼龍墊板后，中心體與底座之間有0.5mm的轉動間隙。我們通過在中心體和底座之間增加四個緊固螺栓解決了這個問題。

三、三防

從技術可實現性、經濟性考慮，產品三防主要有以下幾種類型的防護措施：材料優(yōu)選，工藝防護，結構防護，隔離防護等。在該天線的設計中，我們主要針對這幾點進行了考慮：

（一）材料優(yōu)選

在設計中，金屬零件需要選擇耐腐蝕好的材料，兩種材料之間的組合裝配要注意選擇能相互接觸的金屬，防止產生電化學腐蝕。

該天線中心支桿選用無縫鋼管，底座為熱軋鋼板焊接形式，均進行熱浸鋅處理，其余主要結構件全部采用防銹鋁，可以提高三防能力并有效地減輕天線主體重量。

非金屬材料選用耐高、低溫性能好，吸濕性低，透濕性小，抗霉菌性能好，具有所需的機械強度、絕緣強度、阻燃性能的材料。

（二）隔離防護

天線放大器為該天線的核心部件，主體結構為屏蔽盒，屏蔽盒外面安裝插座等。

對于天線放大器來說，密封是防止潮氣及其它腐蝕性介質長期影響的有效辦法。該天線放大器在結構設計中采用全密封形式，電子器件安裝在屏蔽盒內，蓋板通過密封條和螺紋連接將屏蔽盒與外部大氣環(huán)境隔離。

（三）工藝防護

天線上的所有金屬零件，都經過表面處理后涂覆保護性底漆、面漆。轉軸等活動部分以及緊固件采用不銹鋼材料。

天線放大器印制板電裝完成后噴涂三防漆，放大器安裝時屏蔽盒內部整體灌裝有機硅凝膠，所有接插件安裝時抹密封膠。

（四）結構防護

在結構設計上，所有零件應避免積水，并盡量消除或減少縫隙、死角結構，防止水、灰塵和鹽霧的沉積。

除天線放大器外，天線支臂等天線結構盡量采用開放式，避免采用氣密的結構，并開設適當的通風排氣孔，以避免濕氣的積聚。

對于暴露在大氣中的易發(fā)生腐蝕的部位，加大零件厚度；對于易腐蝕損壞的零件，從結構上保證易于維修、更換。

所有這些，將很好地改善天線的抗腐蝕性能。

四、熱設計

由于天線需要在室外惡劣條件下連續(xù)工作，放大器能否順利散熱就非常重要。

為了提高設備可靠性，放大器散熱采用自然冷卻方式，增大印制板與屏蔽盒之間的接地面積，在大功率元件上安裝散熱塊，通過熱傳導和熱輻射方式將設備熱量傳導到屏蔽盒外殼上。

屏蔽盒外殼為鋁合金材料，加工成肋板結構，有效地降低了設備工作溫度,提高了天線單元的可靠性。

五、抗風能力

天線在結構自重、外載荷的作用下，在溫度變化、裝配誤差等其他因素的影響下，要發(fā)生結構變形。結構變形勢必影響到天線的電性能和結構的穩(wěn)定性。因此，天線結構必須具有足夠的強度和剛度。

該天線為中心對稱式框天線。主體結構為底座、中心桿、四根支臂。天線底座通過M10螺栓安裝在天線基座上，中心桿通過M6螺栓安裝在天線底座上。天線的中心桿為主要結構件，承受著主要的風阻力矩。如圖1所示，在天線的中心桿和四個下框之間通過環(huán)氧層壓玻璃拉桿連接，形成由鉸接三角形組成的穩(wěn)定的空間幾何不變系統(tǒng)。

要分析天線的強度和剛度，需要抓住結構受力的主要因素和主要部分，對天線載荷分析進行分析、簡化。

在工作時，天線各部分均處于鎖緊靜止狀態(tài)，沒有加速度，因此慣性載荷可以忽略。因此，考慮到該天線的使用狀態(tài)和使用環(huán)境，所受載荷大致有：風載，自重載荷，溫度應力及變形等。

天線支臂為鋁合金材料，自重很輕，結構自重載荷引起的變形與風載引起的變形相比，非常小，可以認為忽略不計。

本天線形式為框天線，對由于溫度變化產生導致的天線變形不敏感，故溫度應力及變形可以忽略不計。

露天工作的天線，風載是必須要考慮的。風載主要與天線的結構特性、強度有關。對于本天線來說，可以認為風對結構是一種靜力作用，即風載為靜載。

風載荷可以通過公式計算，計算公式為：F=CFqA

其中CF為風力系數，q為動壓，A為物體的特征面積。

q=1/2pv²

將各組數據代入公式，得：總風荷F=125.01kg。

經過分析，我們認為，整個天線結構的最薄弱環(huán)節(jié)為天線上板與天線下板相連接的6×M6螺栓。對于粗牙螺紋的M6（4.8級）螺栓，單個螺栓保證載荷為6230N，遠大于天線所受到的風載。

為了提高天線工作安全系數，在中心桿上方安裝拉繩，固定在天線周圍的三個拉繩基座上，保證了天線穩(wěn)定工作。

六、結論

由于采取了以上措施，滿足了設計要求，有效地保證了該天線的研制工作順利進行。

該天線在設計過程中完全采用了三維軟件設計，設計過程中產品的實際形狀真實可見，可以及時與用戶協調修改，給設計工作以強有力的支持，降低了產品開發(fā)成本，縮短了開發(fā)周期。

參考文獻

[1]王健石，吳克全，吳傳志．電子設備結構設計手冊[M]．北京：電子工業(yè)出版社，1993．

[2]朱鐘淦，葉尚輝．天線結構設計[M]．北京：國防工業(yè)出版社，1980．

[3]機械設計手冊[M]．北京：化學工業(yè)出版社，1987．

作者簡介：王健（1974－），男，河北石家莊人，中國電子科技集團公司第五十四研究所工程師，研究方向：電子設備結構設計。