车载轻型抛物面天线结构设计

杨文宁

(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081)

车载轻型抛物面天线结构设计

杨文宁

(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081)

针对一种应用于山区路况要求的高机动性车载轻型抛物面天线的结构设计进行了详细论述，着重介绍了由碳纤维复合材料制成的高精度轻型反射体和基于四连杆俯仰机构的新型座架的具体结构设计，并通过实际的电气测试，对这种新颖的天线设计进行了验证。

高机动性；轻型；碳纤维复合材料；连杆

引言

随着世界“立体化、信息化”战场模式的建立与发展，无线通信技术在未来战争中的作用日益突出，不同市场领域对高机动性天线系统的需求也越来越广泛。车载天线是以专用工程载车底盘为安装基础的天线系统，具有转移灵活、战场生存率高、无需基地建设等多种特点。

然而，传统的大型车载天线系统存在车体重量重、转弯半径大、爬坡能力不强等缺点，在公路条件不好的高原、山区地带使用十分有限。本文中介绍的轻型车载天线系统，是专门针对高原地区开发研制的新型机动站型通信系统，实现了中型口径天线在小型工程车上的排布运输，大大扩宽了车载通信系统的应用地域范围。

1 天线结构性能指标

反射面形状：标准抛物面天线；天线口径:4.5m；天线总重量：≤700Kg；反射面精度:均方根值≤0.3mm(R.M.S)；座架型式：A-E(方位-俯仰)型；机动性：天馈系统与电子设备共同装载在一辆依维柯车上运输,公路、铁路、空运、海运不超限制；架设、撤收要求时间：不大于4人/30min。

2 天线结构组成

整个天线核心结构部件有天线反射体和天线座架两部分组成，其具体结构组成如图1所示。

图1 天线整体结构组成示意图

3 关键技术分析

为实现整个天线轻量化、小型化的设计要求，需要解决以下几项关键技术：

a) 简化天线的拆装件结构，包括数量的缩减；

b) 实现天线撤收后，所有结构件在小型车载平台(依维柯)上的布置、安装；

c) 满足车辆的各种运输限制要求；

d) 新型材料及优化的结构型式。

4 轻型化的天线结构设计

4.1 复合材料天线反射面的设计

为了有效降低天线反射体的重量，同时使天线结构紧凑，本天线摒弃了传统天线固有的面板背架支撑结构，通过以下措施实现天线反射体在无背架状态下仍然具有较好的刚度：

a) 新型材料的选择。天线主反射面采用碳纤维复合材料夹层蜂窝板的“三明治”结构。碳纤维复合材料是一种轻型的新型材料，其具有高的比强度和比模量、重量轻、耐疲劳、导热、导电等一系列优良性质。复合材料在工程中的应用能充分发挥设计的自由度，使天线结构设计更为灵活。工程中通过对整个反射面异形分块设计，精减了天线的反射面拆卸单元，从而大大优化了天线架设/拆收环节。图2所示为碳纤维蜂窝夹层结构示意图。

图2 碳纤维蜂窝夹层结构示意图

另外，碳纤维复合材料的反射面板天线采用高温、高压模具成型，具有很高的曲面精度，与常用的铝板天线比，具有精度高、重量轻、寿命长等特点。经工程实测验证，单块反射面板精度可以达到RMS≤0.15mm。

b) 优化面板自身的结构型式。为了保证天线面板自身的刚性，在面板成型时，对面板周边采用了大尺寸翻边结构，这种结构相当于在天线面板的背部设置了加强筋，使得每块天线反射面自身从单板结构改变为箱体结构，弥补了天线反射面无背架支撑的结构缺陷，提高了天线面板抵抗载荷变形的能力。

图3 定位锁紧件连接示意图

c) 反射面间采用一体化的定位锁紧件。这种定位锁紧件是在传统锥形定位销的末端增加了螺纹锁紧结构，通过以锥形销导引入定位，同时完成螺栓锁紧动作实现。反射板之间通过这种新型定位锁紧结构件彼此连接，可实现天线的快速收藏和展开。图3为面板间定位锁紧件的连接形式示意图。

4.2 新型天线座架结构设计

天线座由方位部分、俯仰部分组成。方位部分由方位转盘、转盘轴承、方位驱动组成。俯仰部分为四连杆机构，由托架、俯仰驱动、两个俯仰背架组成。其中，方位转盘、俯仰托架、俯仰背架均采用钢板与型钢的焊接结构，保证结构刚性的同时，降低重量。

工程设计过程中，由于车体尺寸较小，传统天线的丝杠式俯仰机构尺寸、重量较大，无法实现装车。本天线从生活中常用的升降平台中获得灵感，通过运用四连杆机构，合理规划了天线的俯仰运动轨迹，调整优化了四连杆机构中丝杠的驱动节点，实现了最紧凑的天线伸展结构。通过实际验证，这种新颖的结构设计不但大幅压缩了俯仰丝杠的本身运动行程，降低了天线整体的收藏高度，而且同时将整个座架的重量缩减了50%。如图4是新型天线座架在天线低工作仰角下的外观结构示意图。

4.3 集成化的产品装车、运输形式

要实现天线高集成化的装车及运输，需要合理的布置拆卸件的安装型式。通过新型的天线结构设计，首先将天线的主要拆装件缩减成仅有面板，然后利用面板厚度尺寸小的特点，在车体边缘设置轻型围框及特制橡胶支架等立式的固定结构将其固定锁紧。通过在各面板间布置上文中介绍的免专用工具组装的锁紧结构件，实现面板的快速拼装，达到了天线快速架设的要求，经用户使用验证，4人在28min内可实现天线的架设/拆收工作，满足性能指标。另外，通过1000Km跑车运输后，天线重复精度良好，验证了装车设计的正确性。

图5 轻型车载天线装车示意图

5 电气测试验证

经过实际电气方向图测试，表明本天线在电气增益和旁瓣各方面满足指标要求，验证了结构设计的正确性。图6给出了电气性能指标的实测数据图。

图6 实测天线中心频率方位、俯仰方向图

6 结束语

本文从实际的工程出发，阐述了一种新的基于轻型车载平台的大口径抛物面天线的结构设计方案，按照此种型式设计的轻型抛物面天线比传统车载天线的重量减轻了60%，且通过实际的电测结果表明，能够满足天线的电气使用要求，可作为同种结构要求天线的设计参考。

[1] 周雷，任翠峰.高机动雷达天线结构设计[J].机械与电子,2011,(4):78-80.

[2] 朱迅，许越宁.某雷达轻质碳纤维天线结构设计[J].纤维复合材料，2010,(3):20-22.

[3] 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.

Structure design of light paraboloidal antenna on vehicle

YANG Wen-ning

(The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081,China)

The structure designs of light paraboloidal antenna with high mobility which is applied to the requirements of the mountain roads are discussed in this paper. And mainly introduced the structure design of the reflector which made by the Carbon Fiber Reinforced Polymer(CFRP) material with high accuracy and low mass, and the pedestal which have a new elevation frame based on hinge rod mechanism. By comparing with the experimental data of the antenna radiation pattern ,it is verified that this kind of new structure design is correct.

High mobility； Low mass； Carbon Fiber Reinforced Polymer(CFRP) material； Hinge rod

2016-10-10

杨文宁(1984-)，男，工程师,主要研究方向：车载天线结构设计.

1001-9383(2016)04-0013-05

TN820.8

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