看一看低对流层风廓线雷达天线结构设计

摘要：低对流层风廓线雷达是我国研制的新型气象雷达，介绍了低对流层风廓线雷达天线的结构设计和力学分析计算，并侧重介绍了独特的Co-Co天线结构。关键词：风廓线雷达；Co-Co天线；结构设计；力学分析1 概述某型低对流层风廓线雷达是P波段多普勒相控阵雷达，探测大气流后向散射信号，利用3轴丈量方法得到各层大气3维风场信息。工作方式为全自动、无人值守、不中断连续工作，并可遥控、遥测。因此，要求雷达具有高可靠性、高自动化程度、适应野外卑鄙环境的性能。天线系统是低对流层风廓线雷达的重要组成部分。该天线是平面相控阵天线，由Co-Co天线阵、反射面、屏蔽网组成。Co-Co天线阵位于反射面上，上、下两层天线阵均由106行Co-Co天线排列而成。两层Co-Co天线相互正交，通过支持件固定于反射面骨架上(见图1)。

天线阵面水平放置。由于反射面下安装有馈线网络，必须保证人能进入维修，而且反射面高度又要尽可能低(为了降落屏蔽网高度)，因此肯定反射面距地面0.85 m,通过102个支架与地面固定拆迁房纠纷怎么起诉。为了消除地面物体的影响，在天线4周加屏蔽网拆迁房装修为增加估价合法吗，呈10m×10m的正方形，高3 m，构成18°的阻挡角。屏蔽网垂直固定于地面，每个面的外侧有4个斜撑。天线结构主要技术指标见表1。

2 天线结构设计2.1 Co-Co天线结构设计Co-Co天线子阵由同轴线单元共线排列而成。相邻单元的内、外导体交叉联接，外套直径25 mm、壁厚1.5 mm的环氧玻璃布管，在管内发泡固定同轴线单元(见图2)。这样，同轴线单元成为1体，使全部Co-Co天线具有1定刚度。环氧玻璃布管具有很好耐腐蚀能力，能够适应野外卑鄙环境。Co-Co天线的中央馈电头固定于反射面上，两端也通过支持件与反射面联接。

对Co-Co天线做强度校核。由于Co-Co天线是3点支持，因此可将其简化为图3所示双跨连续梁。Co-Co天线主要受风力作用，与风力相比自重很小，忽视不计。

单位长度载荷为：

环氧玻璃布管〔σ〕=60 MPa,因此Co-Co天线是安全的。2.2 反射面结构设计天线反射面是6.9 m×6.9 m的平面。为便于运输，将其分成6块，每块2.3 m×3.45 m。由于反射面平面度要求不高，而且水平放置，受力较小，因此反射面采取片状结构，厚度50 mm(反射面厚度小，有益于屏蔽网高度的降落)。为了减轻重量，采取角钢和槽钢焊成框架，上铺铁丝网构成反射面。为了满足反射面的设计精度，对反射面进行力学分析计算非法强拆向哪个部门反映。这里，利用有限元法进行计算。将反射面框架简化成有限元模型，共有312个梁单元。束缚12个支持点对应节点的3个移动自由度。由于反射面是水平放置的片状结构，因此其风载荷忽视不计，主要外载荷是安装在其上的Co-Co天线的支反力和其下的馈线网络重量和冰载荷。将Co-Co天线支反力和馈线网络重力载荷施加到相应的安点缀上，冰载荷150 Pa平均施加到各个节点上。利用有限元计算程序SAP91进行计算，从计算结果可知，反射面最大变形为3.8 mm(见图4),满足其平面度要求。

2.3 屏蔽网结构设计屏蔽网为10 m×10 m的正方形，高3 m。为了便于制造和运输，将其设计成2 m×3 m的单块，每面由5块拼装而成，共20块。单块屏蔽网用角钢焊成目字形框架，再铺上铁丝网，以减小风阻力和重量。对屏蔽网进行强度较核。1样将其框架及斜撑简化成有限元模型(见图5)，共有156个梁单元。屏蔽网垂直立于地面上，将其与地面固定点所对应节点的自由度全部束缚。屏蔽网的外载荷主要是风阻力。对方形结构，当风沿对角线方向吹时，风阻力最大。

对两种工况进行分析：工况1：风力方向与屏蔽网面成45°，风速为60 m/s。

式中，C为风阻系数；A为风阻面积，m2；V为风速， m/s；Φ为实体比；K为实体比的函数。屏蔽网的网孔为10 mm×10 mm的正方形，线径1.2 mm，因此：

1面的风载荷F=9.8×0.095×(30×cos45°)×602/16=4443 N。将此载荷分别加到4个面上( 因前后面距离相对铁丝网线径来说很大，不考虑遮蔽效应)。工况2：风力方向与屏蔽网面成45°，风速22m/s2,冰载荷150 Pa。对网状面，在积冰时所受风力，必须按实体来计算，前两个面风阻系数C=1.2。后两个面由于遮蔽效应影响，风载荷散布比较复杂，为简化计算取风阻系数C=0.4。前两面的风载荷F=9.8×1.2×(60×cos45°)×222/16=15092 N。后两面的风载荷F=9.8×0.4×(60×cos45°)×222/16=3773 N。将风载荷分别加到前后面上。冰载荷加到4个面上(方向与重力方向相同)。对上述两种工况利用SAP91程序计算可以得出：工况1的最大应力为62 MPa；工况2的最大应力为128 MPa，均小于钢Q345的许用应力160 MPa(安全系数2)。因此，屏蔽网是安全的。3 天线结构特点该型天线是相控阵列天线，两层各16行，368个单元。天线单元为同轴线，每行相邻两单元交叉串馈，这是该型雷达的特点之1。由于同轴线内导体很细易变形(Φ1.4 mm)，外导体又是1细长管(Φ9 mm×220 mm)，这就难以保证内外导体的同轴度，而且内外导体之间均匀充填聚4氟乙烯介质也很困难(充填介质是为了减小单元尺寸)，单元间的交叉串馈也是1个难点。另外，若每个单元单独支持固定，则增加了结构复杂程度，提高了对反射面的要求。因此，天线阵的结构设计就成了全部天线系统设计的关键。首先，为了减少单元支持，采取子阵结构，设计了10单元和8单元两种共线排列的子阵(Co-Co天线)，全部子阵固化成1体，通过中央馈电头和两端支持件固定于反射面骨架上。Co-Co天线长度在2 m左右，制造、安装和运输都比较方便。其次，采取同轴电缆作单元，为了使单元具有刚性，去除电缆护套和铜线编织的外导体，保存介质和内导体，套上壁厚1 mm的铜管作外导体。单元内导体延伸出来打弯后直接与相邻单元的外导体焊接(见图2)，这样就实现了交叉串馈。单元外套环氧玻璃布管，在其内进行聚氨脂发泡固定单元，构成子阵结构的整体性，并具有1定的刚度，同时实现了单元的密封防潮。采取上述设计方法，结构简单，加工方便，降落了制造本钱。整体性结构、简单可靠的联接方式，满足了雷达高可靠性的要求。4 结束语风廓线雷达技术发展于上世纪60年代后期，80年代中期开始使用。国内风廓线雷达技术最早开发于80年代末，低对流层风廓线雷达是我国研制的新型气象雷达，具有90年代国际水平。该雷达天线系统在结构性能指标方面完全到达整体技术要求。另外，在天线的拆装方面还有待完善，以推动该型雷达的发展。参考文献：1 刘鸿文.材料力学［M］. 北京：高等教育出版社，1992.2 叶尚辉,李在贵. 天线结构设计［M］. 西安：电子科技大学出版社，1988.3 朱以文. 有限元专用CAD系统ViziCad及其使用［M］. 水电部天津勘测设计院. 北京4通团体武汉4通公司，1991.(end)资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章