某型信標(biāo)天線結(jié)構(gòu)設(shè)計

創(chuàng)新者：廉 佳

某型信標(biāo)天線結(jié)構(gòu)設(shè)計

創(chuàng)新者：廉 佳

本文介紹了某型信標(biāo)天線的設(shè)計方案，詳細(xì)闡述了該信標(biāo)天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并針對設(shè)計中的難點給出了詳細(xì)的解決方法，最終設(shè)計出了滿足技術(shù)要求的信標(biāo)天線。

信標(biāo)天線是無線電導(dǎo)航系統(tǒng)中不可或缺的設(shè)備，主要接收地面信標(biāo)發(fā)射機(jī)發(fā)出的高頻水平極化波信號，為飛機(jī)提供著陸引導(dǎo)信息，從而保障飛機(jī)的安全著陸。在某型信標(biāo)天線新研過程中，通過多次仿真試驗和修改天線關(guān)鍵部位的尺寸，確定了一組能夠滿足指標(biāo)的天線參數(shù)。本次研制過程將這些關(guān)鍵部分尺寸參數(shù)和結(jié)構(gòu)特性作為約束來設(shè)計天線內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時考慮裝配、環(huán)境振動、沖擊等對天線接收的穩(wěn)定性的影響，最終確定出了一套理想的天線結(jié)構(gòu)方案。

組成及工作原理

當(dāng)前，基本是采用的電小天線來作為機(jī)載信標(biāo)接收機(jī)，也就是相對于天線的波長，天線的尺寸是非常小的。此時，天線就可以被看做是一個輻射非常小的電感器、電容器或者是這兩者通過某種方式組合在一起的組合體，然后運用加載的方式來實現(xiàn)天線的小型化。在信標(biāo)天線中通常都是使用的比較突出的水平振子所組成的，這種水平振子運用加載性負(fù)載來實現(xiàn)長度的縮短。天線安裝在飛機(jī)機(jī)身的下部，具有最大輻射方向垂直向下的方向圖。其原理結(jié)構(gòu)如圖1所示，天線主要由耦合環(huán)、輻射桿和容性負(fù)載組成。調(diào)整耦合環(huán)的高度和寬度可以達(dá)到阻抗耦合匹配的目的。輻射桿的全長小于四分之一中心頻率波長，它的前端連接容性負(fù)載，容性負(fù)載是一個可調(diào)電容結(jié)構(gòu)，這也是本天線設(shè)計的重點和難點。

信標(biāo)天線輻射主要集中在一個較為狹窄的、和地面垂直的圓錐范圍之內(nèi)。所以，在設(shè)計的時候都是采用的一種非對稱振子天線，并將其臂彎成一個直角，形成了一個倒L形天線，讓信標(biāo)天線能夠具備有垂直向下的心臟形方向圖，其心臟形方向圖的構(gòu)成主要由非對稱振子天線上電流分布所產(chǎn)生的場強的幅值和相位的不同來實現(xiàn)的。

設(shè)計難點及加工方法

在天線結(jié)構(gòu)設(shè)計中，天線頂部的輻射桿用于接收無線電信號，零件不但長度長而且重量要求輕，在設(shè)計中如何在保證桿類零件強度的前提下減輕重量和如何加工桿類零件是主要的技術(shù)難點。天線右端的容性負(fù)載是一個50Pf的可調(diào)電容，指標(biāo)要求可變電容必須在振動條件下穩(wěn)定工作，不影響天線的接收性能。在設(shè)計初期市場上無法找到合適的同軸電容，因為一般的電容尺寸太大，而且無法滿足產(chǎn)品的抗振動要求。對輻射桿的高可靠性和重量要求、同軸電容的高精確度和高穩(wěn)定性，是設(shè)計中很難解決的問題。本次研制工作，通過相關(guān)設(shè)計制作出了符合要求的輻射桿和同軸電容。

圖1　天線原理示意圖

同軸電容設(shè)計

同軸電容由一根金屬圓柱和一個與它同軸的金屬圓柱殼組合而成，當(dāng)兩柱間距比其長度小得多時，兩柱間的電場呈均勻輻射形狀。在方案設(shè)計中，采用雙層同軸電容及內(nèi)外嵌套式設(shè)計提高同軸電容的電容值，減小同軸柱間間隙，使電場均勻分布，同時通過移動內(nèi)部同軸柱上下位置來微調(diào)電容值。

根據(jù)電容計算公式C=ε×S/4πkd ，計算出同軸電容各項尺寸參數(shù)，最終設(shè)計將d取值為0.5mm，這就對結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了很高的要求。

通過設(shè)計電容底座和電容蓋板，將電容外套和同軸柱安裝在電容底座上，用電容端蓋固定，中間墊絕緣墊片保證電容外套和同軸柱的絕緣性。通過提高電容底座上安裝電容外套和同軸柱的將精度和同軸度來保證電容間隙為0.5mm。絕緣墊片和電容蓋板采用非金屬材料來保證電容內(nèi)外柱很好的保證了電容的絕緣性。通過在電容柱上設(shè)計螺紋，依靠螺距旋轉(zhuǎn)移動來調(diào)整同軸電容的電容值，實現(xiàn)微調(diào)設(shè)置。

輻射桿設(shè)計

輻射桿為天線設(shè)計的主要部分，輻射桿的形狀、重量、材料關(guān)系到天線的整體性能，經(jīng)過多次計算和測試最后確定了輻射桿的材料、壁厚、長度，并確定輻射桿形狀為拋物線旋轉(zhuǎn)形，這樣的設(shè)計保證了輻射桿的高強度、低重量。

輻射桿形狀復(fù)雜、壁薄，普通的加工方法無法加工。因此在設(shè)計后期，采用拉伸模具加工零件。拉伸模具的設(shè)計采用帶壓料板的一次拉伸成型方式，通過計算銅材拉伸變形程度較大，拉伸后邊緣容易起皺，在拉伸板料上端設(shè)計壓料板，壓料板通過四根螺栓與上模固定，中間夾設(shè)橡膠板，在沖壓時壓料板先將板料四周壓住，然后凸模下移將板料拉伸成型。

總結(jié)

本文基于仿真試驗結(jié)果得到的天線關(guān)鍵部位尺寸，對信標(biāo)天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計，并解決了碰到的兩個技術(shù)難點，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計很好了保證了信標(biāo)天線各項性能指標(biāo)，最終完成了信標(biāo)天線的研制工作。

廉 佳

海裝西安局

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.07.020