一种舰载微带天线罩设计.docx

??

?

??

一种舰载微带天线罩设计

?

??

?

?

?

?

?

?

?

???

?

?

?

?

?

摘要：本文介绍了一种舰载微带天线罩的设计，对天线罩的结构组成及装配方法等进行了介绍，其设计的舰载天线罩结构稳定、透波性能指标高，满足产品技术要求。

关键词：舰载天线罩，结构强度，透波性能

0引言

天线罩是保护天线在恶劣环境条件下能够正常工作的一种设施。不同无线电设备使用的天线不同，所处工作环境的不同，对天线罩的要求也就不一样。本天线罩安装于舰船桅杆处，要求有足够的结构可靠性，同时还要满足电性能、密封性能、重量等方面要求。天线罩常用的成型方法有手糊成型、树脂传递模塑成型（RTM）、缠绕成型和热压罐成型[2]，根据天该线罩使用特点，我们选用缠绕成型制作，天线罩的外形如图1所示。

图1天线罩的三维图

1天线罩结构设计

1.1外形尺寸

根据天线罩安装位置及产品重量要求，确定天线罩外形尺寸为：外直径218mm，整罩高度1635mm，重量9.6Kg(含铝合金底座)。

1.2天线罩结构组成

本天线罩由盖子、桶壁、底座、桶内泡沫四部分组成如图2所示。

1桶壁、2桶内泡沫、3盖子、4底座

图2天线罩结构组成图

1）盖子

盖子选用G10复合材料，重量0.2Kg，如图3所示。

图3盖子示意图

2）桶壁与法兰

天线罩桶壁为天线的透波区域，天线罩的罩壁横断面结构可分为单层、A夹层、C夹层等结构形式[3]，此罩壁选用G10复合材料单层结构，桶壁与法兰盘一次缠绕成型，很好保证了天线罩结构强度，重量6.1Kg，如图4所示。

图4桶壁与法兰示意图

图3-3天线罩桶壁结构图

3）底座

底座选用LF6铝合金材料，通过数控车床加工成型，表面经过阳极氧化处理，重量为1.2Kg，如图5所示。

图5底座示意图

4）桶内泡沫

桶内泡沫选用聚氨酯材料，由4块泡沫组装而成，为减轻重量，泡沫内部切割出两个矩形空腔，泡沫重量为2.1Kg，如图6所示。

图6桶内泡沫示意图

1.3微带天线与天线罩装配

为方便微带天线的装配，在泡沫卡槽内涂抹密封胶，将天线放在泡沫卡槽上，用工装将泡沫与天线固定，待胶全固化后拆除工装，然后将组装好天线的泡沫塞入天线罩桶壁内，天线与泡沫装配如图7所示。

图7天线与泡沫装配示意图

1.4密封性设计

为防止盐雾、潮气等环境因素对天线的影响，该天线罩要求内部压力大于外界50000Pa时天线罩不漏气。盖子与桶壁接触处通过涂抹硅胶进行密封。桶壁法兰下端开设有凹槽，凹槽内塞上密封圈，螺栓紧固后进行密封，经测试气密性满足指标要求。

2结构强度仿真分析

为了对该天线罩结构的强度、刚度和稳定性做出评价，我们用ANSYS软件建立了该天线罩结构的有限元力学分析计算模型，对其在60m/s风载荷工况下的变形、应力、一阶屈曲载荷系数进行计算。

经计算，结构最大综合变形为2.676㎜，综合应力最大为0.704㎏/mm2。天线罩在载荷工况下变形较小，安全裕度很大，能够满足使用要求。

图8：自重加60m/s风载，沿水平方向变形图

图9自重加60m/s风载，一阶屈曲变形图

5电性能设计方案

本天线罩采用外壳玻璃钢/芯层PUR泡沫结构，根据夹层结构，建立仿真模型如图12所示。

图10天线罩的仿真模型(含泡沫)

经仿真计算该天线罩在560MHz-680MHz的插入损耗值为0.1214dB，满足设计指标小于0.2dB要求，如图13所示。

图11传输损耗仿真结果

5选材

考虑本罩安装的湿热、盐雾等自然条件，盖子、桶壁选用EpoxyglassG10环氧玻璃纤维复合材料，该材料具有较高的机械强度和介电性能，较好的耐热性和耐潮性，并有良好的机械加工性。底座采用LF6铝合金，该材料表面经过阳极氧化处理，此种材料既有高强度又有好的防腐蚀性能和焊接性能，由于有突出的防腐蚀特性，故不必在铝板上涂覆化学保护层。罩体中选用螺栓均采用316L不锈钢材料，可长期耐海洋和侵蚀性工业大气的侵蚀。

天线罩选材如表1所示：

表1天线罩各部件选材表

序号

名称

材质

1

盖子

EpoxyglassG10

2

桶壁

EpoxyglassG10

3

底座

LF6铝合金

4

螺栓

不锈钢316L

5

密封胶

硅酮结构胶

6

泡沫

聚氨酯泡沫

6环境试验

天线罩生产完成后按照GJB367A-2001《军用通信设备通用规范》和GJB150A-2009《军用装备实验室环境试验方法》中的要求进行了高低温试验、温度冲击试验、淋雨试验、湿热试验、霉菌试验、盐雾试验、振动试验等环境试验，经验证天线罩满足环境使用要求。

7结束语

本文介绍了一种舰载微带天线罩的设计，经结构优化设计及材料合理选型，所制备的天线罩具有结构强度及稳定性高、电性能指标高、重量轻、气密性高、方便拆装、外形简洁美观等特点，该天线罩交