一种水上三分量天线结构设计

2019-09-10宋冰林召梅李小总陈学友

科学导报·学术 2019年13期

宋冰林召梅李小总陈学友

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