航天器天线结构设计-航天器天线工程设计技术

1.传力路径优化设计

星载天线在卫星发射过程中需要经历复杂的力学环境，因此必须具有足够的强度和刚度。对于天线产品而言，其结构形式往往由电性能决定，在结构设计中，需要优化其传力路径，在保证电性能实现的前提下确保结构的安全裕度。例如，某圆锥等角螺旋带天线，根据电设计结果，由外导体、内导体、螺旋带、安装法兰等组成，如图9-2所示。在结构设计时，为保证螺旋带的刚度，需要设计介质支撑筒；为保证内外导体的刚度，需要在内外导体之间填充介质材料，同时为有效改善传力路径，需要设计介质支撑片将内外导体与介质支撑筒连接，结构设计模型如图9-3所示。经过这一系列设计举措，该天线的整体刚度会大幅提高，同时其强度也获得提升。

图9-2　圆锥等角螺旋带天线原理模型

图9-3　圆锥等角螺旋带天线结构设计模型

2.结构连接环节的合理设计

星载天线产品常用的连接环节有螺接、胶接、焊接等。其中，螺接为最常用的连接方式，方便拆装。当然，所有的螺接环节必须有相应的防松措施——点防松胶或者锡焊防松。天线产品常用的胶黏剂有结构胶、导电胶、防松胶等。顾名思义，在选用胶黏剂的时候可以根据不同的用途选用相应的胶黏剂。天线产品常用的焊接方式有锡焊、银钎焊、电子束焊、激光焊等，根据不同的材料以及应用场合选用。以某双线螺旋数传天线为例（图9-4），螺旋线、外导体材料选用铍青铜，螺旋线与外导体之间采用银钎焊接。

3.考虑热变形及热应力的影响(www.xing528.com)

星载天线产品需要经历复杂的空间环境，在结构设计中需要考虑热变形和热应力的影响。天线主体结构尽量选用同种材料，或者热胀系数相近的材料，如图9-4所示的双线螺旋数传天线，其外导体、内导体、螺旋线等材料均为铍青铜。此外，对位置精度要求较高的零部件，如反射面天线的馈源，可以选用热胀系数相对较小的弹性合金材料。

图9-4　双线螺旋数传天线

对于典型的由内外导体构成辐射主体的天线产品，其内导体往往为细长杆，因此，在结构设计时要避免将内导体两端固支，以免在冷热交变情况下内导体的热变形无处释放，进而发生弯曲变形，最终对天线的电性能造成影响。在这种情况下，内导体一般一端固支，另一端采用抗变形结构设计。

4.放气孔设计

星载天线产品需要经历从地面到空间真空环境工作，在结构中需要考虑放气设计。对于封闭腔体结构，可以在侧壁设计放气孔，也可以在插座部位设计放气槽。

一般情况下，放气孔的个数应该满足下列公式的要求：

其中，N为需要设计的放气孔个数；D为部件内部体积（m3）；SA为排气孔面积（m2）。