天线结构（用于电子、通信和机械工程的结构）
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更新时间：2023-05-16
天线结构
用于电子、通信和机械工程的结构
基本信息
| 中文名 | 天线结构 |
| 外文名 | antenna structure |
| 应用学科 | 电子工程、通信工程、机械工程 |
| 结构分类 | 塔桅结构和反射体结构 |
| 分类 | 线天线和面天线 |
| 定义 | 天线本身和支持天线的结构物 |
收起
结构型式
框架式结构
为了获得更高的方向性，常将若干相同的天线单元以一定的排列方式组成天线阵。将几个天线单元排成一直线，就成为线阵。将许多天线单元排列在一个平面上，就组成面阵。面阵列式天线的结构型式多为框架式结构。
反射面型式
四种形式简介
反射面有四种型式：①实体反射面；②打孔金属板；③网状反射面；④栅条反射面。应根据电性能和机械性能的要求选择反射面的型式。实体反射面电性能好，反射效率高，但风阻大，重量大。波长3厘米以下的多采用实体反射面。其余三种反射面重量和风阻都小，但会漏过一些功率，因而对孔的尺寸、网格尺寸和栅条间隔有一定限制。例如，在金属板打圆孔时，对孔径和孔距均有要求，圆孔直径必须小于圆波导最低模的截止直径──
，一般取为
(
为波长)，借以保证漏过功率足够小，而栅条的中心距必须小于半波长。实体、打孔金属板和网状反射面对各种极化波均可使用，而栅条反射面只适用于线极化，极化方向应与栅条平行。实体反射面和打孔金属板常由铝板经压力加工成形，也可用玻璃钢或碳纤维增强塑料，表面喷涂金属或铺铜丝网。网状反射面由金属丝编织而成。栅条反射面可用金属丝、金属圆管或金属板条平行地排列构成。
反射面公差
根据公式可知，随着表面误差
的增大，增益急剧下降。因此，必须限制表面误差。表面公差应根据电性能要求和生产的经济性来折衷决定。公差太大，电性能变坏；公差太小，则制造困难且结构笨重，因此应取一合适的数值。一般取均方根误差为
。表面公差的数值与天线大小无关，而仅与工作波长有关；波长越短，精度要求越高。工作在毫米波段的天线要求有很高的表面精度。产生表面误差的原因有制造误差、载荷引起的变形误差、安装调整误差等。确定总的表面公差后，即可按一定比例规定各项误差的指标。为了使反射体天线在载荷作用下的变形不超过允许值，天线结构必须具有足够的刚度。刚度要求常是天线结构的主要矛盾，特别是工作波长较短、尺寸较大的天线，设计时首先要满足刚度要求。
设计要求
设计天线结构，一般应考虑下列问题：
①确定反射面型式；
②确定反射体主力骨架的型式和具体结构；
③确定天线结构的材料及制造工艺方案；
④分析天线所受的载荷，计算天线结构的强度和刚度；
⑤对反射体表面精度进行论证；
⑥确定天线表面精度检测方案；
⑦确定天线的架设和运输方案。
一个合理的天线结构应该是重量小，又能满足强度和刚度的要求。为此，必须对天线结构进行精确的力学分析。这可以利用有限单元法，借助计算机算出天线各点的变形和各构件的应力。为了得到最优设计，可采用最优化方法，由计算机自动寻优。
保型设计
直径几十米的大型毫米波天线，由于表面精度要求很高，制造时首先遇到的问题是结构本身重量所引起的变形会远远超出精度的要求。减小自重变形，不能靠增加杆件截面尺寸来解决。因为增大了截面，刚度虽然增大，但自重也随之增大，自重变形仍不能减小。为了解决这个矛盾，V.赫尔纳于1967年提出了保型设计的概念，即适当地设计一天线结构，使变形后的反射面仍为一抛物面，但顶点、轴线和焦距与原抛物面不同，即从一个抛物面变为另一个抛物面。采用保型设计，可以完全消除自重变型的影响，只要调节辐射器的位置，使其位于新的焦点上即可。在选择合适的结构布局后，运用结构优化设计的方法，以杆件截面积和结点坐标作为设计变量，可以求得保型设计。研制大型精密天线结构所遇到的技术难题，除了自重变形之外，还有对温度变形的控制、高精度面板的加工，以及整个反射面精度的检测等。
