论文部分内容阅读
摘 要：针对水上三分量天线的特点，通过对天线自适应调节装置进行结构设计、强度校核以及工艺设计给出的三分量天线，可实现船在摇摆、横倾、纵倾时Z分量天线始终保持垂直；同时利用Ansys软件对关键零件进行了有限元分析，分析和实验的结果表明，水上三分量天线稳定可靠，可以很好满足测试系统的需要，并且对同类设计具有重要的参考价值。
关键词：三分量；天线；调节装置；结构设计
引言
水上三分量天线由于自身特殊的布局及方向要求，其结构设计尤为重要，但关于该类天线的结构设计相关研究较少，是一种新颖的结构探测系统，根据作业要求，使用时必须保证Z分量天线在船体横倾、纵倾及摇摆过程中始终垂直，实现Z分量天线始终保持垂直的调节装置，是天线结构设计中最为关键的因素[1]。
本文设计给出的三分量天线结构简单、紧凑，在保证船体摇摆、横倾、纵倾过程中性能指标的同时，通过可靠的内部走线设计，不仅保证了恶劣环境下的电连接稳定可靠性，而且延长了天线的使用寿命。
1.性能特性
根据水上三分量磁天线工作环境的特点，为保证系统的测量精度及可靠性，水上三分量磁天线要求互相垂直，在船体摇摆过程中，纵倾为±10°（30min），横倾为±15°（30min），纵摇：±10°（4～10s，30min），横摇：±45°（3～14s，30min），相对湿度95%。Z向天线始终保持垂直。
2.系统组成、功能
水上三分量天线结构主要有三个相互垂直的三分量天线、电气盒及自适应调节装置等组成；工作状态时，天线通过天线支架置于船舷外面，船以一定的速度行驶，天线进行目标物探测。
3.三分量天线结构设计
3.1结构设计
如图1所示三分量磁天线主要有调节装置、电气盒、X向天线、Y向天线、Z向天线及相应的固定座组成。天线固定座及各天线筒体材料为玻璃钢，螺钉连接处需装自攻螺纹护套。Z向天线与固定座1采用螺钉连接，X向和Y向天线分别通过相接触的两安装座螺钉连接加固，其轴向位置有相应的安装座限位台阶来实现[2]。电气盒通过安装相应的密封条，实现电路板的密封。
X向天线、Y向天线、Z向天线装配过程中，首先将其中一带螺纹端盖配合环氧树脂与天线筒体进行粘接，待粘接好后，装入缠绕好后的天线骨架，同时完成天线骨架组件的固定，并在各天线上做好标示。
为满足接收天线在船体摇摆过程中，Z向天线始终保持垂直，保持系统作业稳定性，天线调节装置采用十字轴结构形式，两端分别连接天线支架和天线，其中通过轴两端的双螺母及尼龙垫片可以调节天线摆动频率[3]。
如图2所示，调节装置主要有连接头、十字轴、绝缘套、双螺母、连接板等组成[4]，上接头采用可调的连接方式，用以保证X，Y向位置的准确性，待X，Y向调整好后，用螺钉紧固，防止转动。
3.2强度校核
工作状态时，单根天线重量为5kg，对关键结构件运用Ansys进行强度校核[5]。
（1）十字轴强度校核
十字轴材料为316不锈钢，通过机加工切削成型。应力与变形分别如图3所示。
经过核算，应力及变形均很小，可以满足设计要求。
（2）固定座1强度校核
固定座1材料为玻璃钢，通过机加工成型，Z向天线与固定座螺钉连接，固定座1四个凸台与固定座2相连接。天线工作时，主要承受Y向和Z向天线的重力作用，应力与变形分别如图4所示。
经过核算，应力及变形均很小，满足设计要求。
3.3结构优化
（2）走线优化设计
如图5所示，通过在相应的固定座内设计走线槽，实现了天线的内部走线，使整个系统的走线稳定、可靠且美观，进一步满足了海上恶劣的作业环境使用要求。
（2）转接头优化设计
工作时，调节装置通过上转接头与天线支架相连接，通过对上转接头进行优化设计，采用限位卡槽形式，方便了天线的安装。
此外，为防止形成回路，对调节装置进行优化，使十字轴通过绝缘套与上下转接板相连接固定。
4结构工艺性
设计中充分考虑结构的合理性及工艺性，在保证功能和精度的要求下，采用成熟、易于加工的结构形式。
为了保证十字轴两端轴的加工精度，零件的设计通过尺寸公差及形位公差保证；对同一方向上的两轴进行一体加工，装配时，通过转接板的上下连接板与十字轴装配。
5三防设计
提高设备的三防性能，以提高其可靠性，采用材料防护、工艺防护、结构防护（防尘）等措施，具体措施如下：
a）合理选材，如十字轴选用不锈钢；
b）电气盒设计有密封措施；
c）所有焊缝部位进行焊渣和氧化皮的清除；
d）对焊点、电路板等采用喷涂三防漆措施；
e）线缆接口采用航空接头。
结束语
针对某水上三分量天线工作状态，文章主要对天线结构的设计思路、强度校核等做了详细的阐述与分析。分析和实验的结果表明，该三分量天线结构设计新颖、简单、紧凑，环境适应性强，通过自适应调节装置的设计，可以完全满足测试探测系統的需要。
参考文献
[1] 四零二室.天线结构设计[M]，西安：西北电讯工程学院 1975：43-63.
[2] 秦静 多工况下天线结构的可靠性优化设计[J]，现代制造技术与装备，2017（6）
[3] 曹俊，姚晔.一体化技术在天线结构设计中的应用[J]，电子机械工程，2011，27（2）
[4] 鲍成艳.Top-down方法在功放组件结构设计中的应用[J]. 电子机械工程，2012，28（3）：44-47.
[5] 黄志新，刘成柱 Ansys workbench14.0超级学习手册[M]，B北京：人民邮电出版社，2013-4
关键词：三分量；天线；调节装置；结构设计
引言
水上三分量天线由于自身特殊的布局及方向要求，其结构设计尤为重要，但关于该类天线的结构设计相关研究较少，是一种新颖的结构探测系统，根据作业要求，使用时必须保证Z分量天线在船体横倾、纵倾及摇摆过程中始终垂直，实现Z分量天线始终保持垂直的调节装置，是天线结构设计中最为关键的因素[1]。
本文设计给出的三分量天线结构简单、紧凑，在保证船体摇摆、横倾、纵倾过程中性能指标的同时，通过可靠的内部走线设计，不仅保证了恶劣环境下的电连接稳定可靠性，而且延长了天线的使用寿命。
1.性能特性
根据水上三分量磁天线工作环境的特点，为保证系统的测量精度及可靠性，水上三分量磁天线要求互相垂直，在船体摇摆过程中，纵倾为±10°（30min），横倾为±15°（30min），纵摇：±10°（4～10s，30min），横摇：±45°（3～14s，30min），相对湿度95%。Z向天线始终保持垂直。
2.系统组成、功能
水上三分量天线结构主要有三个相互垂直的三分量天线、电气盒及自适应调节装置等组成；工作状态时，天线通过天线支架置于船舷外面，船以一定的速度行驶，天线进行目标物探测。
3.三分量天线结构设计
3.1结构设计
如图1所示三分量磁天线主要有调节装置、电气盒、X向天线、Y向天线、Z向天线及相应的固定座组成。天线固定座及各天线筒体材料为玻璃钢，螺钉连接处需装自攻螺纹护套。Z向天线与固定座1采用螺钉连接，X向和Y向天线分别通过相接触的两安装座螺钉连接加固，其轴向位置有相应的安装座限位台阶来实现[2]。电气盒通过安装相应的密封条，实现电路板的密封。
X向天线、Y向天线、Z向天线装配过程中，首先将其中一带螺纹端盖配合环氧树脂与天线筒体进行粘接，待粘接好后，装入缠绕好后的天线骨架，同时完成天线骨架组件的固定，并在各天线上做好标示。
为满足接收天线在船体摇摆过程中，Z向天线始终保持垂直，保持系统作业稳定性，天线调节装置采用十字轴结构形式，两端分别连接天线支架和天线，其中通过轴两端的双螺母及尼龙垫片可以调节天线摆动频率[3]。
如图2所示，调节装置主要有连接头、十字轴、绝缘套、双螺母、连接板等组成[4]，上接头采用可调的连接方式，用以保证X，Y向位置的准确性，待X，Y向调整好后，用螺钉紧固，防止转动。
3.2强度校核
工作状态时，单根天线重量为5kg，对关键结构件运用Ansys进行强度校核[5]。
（1）十字轴强度校核
十字轴材料为316不锈钢，通过机加工切削成型。应力与变形分别如图3所示。
经过核算，应力及变形均很小，可以满足设计要求。
（2）固定座1强度校核
固定座1材料为玻璃钢，通过机加工成型，Z向天线与固定座螺钉连接，固定座1四个凸台与固定座2相连接。天线工作时，主要承受Y向和Z向天线的重力作用，应力与变形分别如图4所示。
经过核算，应力及变形均很小，满足设计要求。
3.3结构优化
（2）走线优化设计
如图5所示，通过在相应的固定座内设计走线槽，实现了天线的内部走线，使整个系统的走线稳定、可靠且美观，进一步满足了海上恶劣的作业环境使用要求。
（2）转接头优化设计
工作时，调节装置通过上转接头与天线支架相连接，通过对上转接头进行优化设计，采用限位卡槽形式，方便了天线的安装。
此外，为防止形成回路，对调节装置进行优化，使十字轴通过绝缘套与上下转接板相连接固定。
4结构工艺性
设计中充分考虑结构的合理性及工艺性，在保证功能和精度的要求下，采用成熟、易于加工的结构形式。
为了保证十字轴两端轴的加工精度，零件的设计通过尺寸公差及形位公差保证；对同一方向上的两轴进行一体加工，装配时，通过转接板的上下连接板与十字轴装配。
5三防设计
提高设备的三防性能，以提高其可靠性，采用材料防护、工艺防护、结构防护（防尘）等措施，具体措施如下：
a）合理选材，如十字轴选用不锈钢；
b）电气盒设计有密封措施；
c）所有焊缝部位进行焊渣和氧化皮的清除；
d）对焊点、电路板等采用喷涂三防漆措施；
e）线缆接口采用航空接头。
结束语
针对某水上三分量天线工作状态，文章主要对天线结构的设计思路、强度校核等做了详细的阐述与分析。分析和实验的结果表明，该三分量天线结构设计新颖、简单、紧凑，环境适应性强，通过自适应调节装置的设计，可以完全满足测试探测系統的需要。
参考文献
[1] 四零二室.天线结构设计[M]，西安：西北电讯工程学院 1975：43-63.
[2] 秦静 多工况下天线结构的可靠性优化设计[J]，现代制造技术与装备，2017（6）
[3] 曹俊，姚晔.一体化技术在天线结构设计中的应用[J]，电子机械工程，2011，27（2）
[4] 鲍成艳.Top-down方法在功放组件结构设计中的应用[J]. 电子机械工程，2012，28（3）：44-47.
[5] 黄志新，刘成柱 Ansys workbench14.0超级学习手册[M]，B北京：人民邮电出版社，2013-4