近年來(lái),天線的輕量化設(shè)計(jì)受到普遍關(guān)注。隨著優(yōu)化理論和仿真技術(shù)的快速發(fā)展,基于拓?fù)鋬?yōu)化的天線輕量化設(shè)計(jì)已成為重要的研究方向。文中以某全金屬Vivaldi天線為研究對(duì)象,運(yùn)用拓?fù)鋬?yōu)化基本理論,結(jié)合有限元仿真手段,對(duì)其天線單元進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明:通過(guò)輕量化設(shè)計(jì),該天線在滿足動(dòng)態(tài)特性和輻射特性的前提下,其陣列的總質(zhì)量下降了近15%,達(dá)到了預(yù)定要求,說(shuō)明這是一種行之有效的輕量化設(shè)計(jì)方法。

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【部分圖文】：

圖1 全金屬Vivaldi天線的原始模型

本文研究的全金屬Vivaldi天線的原始模型如圖1所示，陣列的外形尺寸為640mm（長(zhǎng)）×180mm（寬）×300mm（高）。作為機(jī)載平臺(tái)產(chǎn)品，該陣列主要由天線單元、天線底座和功分網(wǎng)絡(luò)組成，總質(zhì)量（不含電纜）為8.714kg，超出許用質(zhì)量（8kg）多達(dá)0.714kg，....

圖2 天線單元的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果

本文使用ANSYSWorkbench仿真平臺(tái)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，設(shè)計(jì)目標(biāo)是天線單元的質(zhì)量最小化，設(shè)計(jì)變量為單元密度，約束條件為單元前3階模態(tài)的固有頻率不下降。優(yōu)化區(qū)域的選擇充分考慮對(duì)天線輻射特性的影響。整個(gè)拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程經(jīng)過(guò)25步迭代，最后優(yōu)化收斂。天線單元的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果如圖2所示。其....

圖3 全金屬Vivaldi天線的優(yōu)化模型

天線單元的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果提供了輕量化設(shè)計(jì)的方向，結(jié)合加工工藝，并使造型美觀，構(gòu)建了全金屬Vivaldi天線的優(yōu)化模型，如圖3所示。表1列出了拓?fù)鋬?yōu)化前后天線的質(zhì)量變化。經(jīng)過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化，天線單元的質(zhì)量下降了28.10%，天線陣列的質(zhì)量下降了14.93%，拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)果滿足天線輕量化設(shè)計(jì)....

圖4 天線的第1階模態(tài)云圖

模態(tài)分析是動(dòng)態(tài)特性分析的基礎(chǔ)，表3列出了拓?fù)鋬?yōu)化前后天線的前3階模態(tài)固有頻率變化。經(jīng)過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化，天線的前3階模態(tài)固有頻率均有不同程度的提高，天線的剛度得到了提升。圖4為拓?fù)鋬?yōu)化前后天線的第1階模態(tài)云圖。隨機(jī)振動(dòng)分析是一種基于概率統(tǒng)計(jì)學(xué)的譜分析技術(shù)，是研究結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的重要手段。本....

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