基于拓扑优化的某全金属Vivaldi天线轻量化设计

发布时间：2024-12-22 05:50

　　 近年来,天线的轻量化设计受到普遍关注。随着优化理论和仿真技术的快速发展,基于拓扑优化的天线轻量化设计已成为重要的研究方向。文中以某全金属Vivaldi天线为研究对象,运用拓扑优化基本理论,结合有限元仿真手段,对其天线单元进行了轻量化设计。仿真结果表明:通过轻量化设计,该天线在满足动态特性和辐射特性的前提下,其阵列的总质量下降了近15%,达到了预定要求,说明这是一种行之有效的轻量化设计方法。

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【部分图文】：

图1 全金属Vivaldi天线的原始模型

本文研究的全金属Vivaldi天线的原始模型如图1所示，阵列的外形尺寸为640mm（长）×180mm（宽）×300mm（高）。作为机载平台产品，该阵列主要由天线单元、天线底座和功分网络组成，总质量（不含电缆）为8.714kg，超出许用质量（8kg）多达0.714kg，....

图2 天线单元的拓扑优化结果

本文使用ANSYSWorkbench仿真平台进行拓扑优化，设计目标是天线单元的质量最小化，设计变量为单元密度，约束条件为单元前3阶模态的固有频率不下降。优化区域的选择充分考虑对天线辐射特性的影响。整个拓扑优化过程经过25步迭代，最后优化收敛。天线单元的拓扑优化结果如图2所示。其....

图3 全金属Vivaldi天线的优化模型

天线单元的拓扑优化结果提供了轻量化设计的方向，结合加工工艺，并使造型美观，构建了全金属Vivaldi天线的优化模型，如图3所示。表1列出了拓扑优化前后天线的质量变化。经过拓扑优化，天线单元的质量下降了28.10%，天线阵列的质量下降了14.93%，拓扑优化的结果满足天线轻量化设计....

图4 天线的第1阶模态云图

模态分析是动态特性分析的基础，表3列出了拓扑优化前后天线的前3阶模态固有频率变化。经过拓扑优化，天线的前3阶模态固有频率均有不同程度的提高，天线的刚度得到了提升。图4为拓扑优化前后天线的第1阶模态云图。随机振动分析是一种基于概率统计学的谱分析技术，是研究结构动态特性的重要手段。本....

本文编号：4019538