基于随机振动仿真分析的阵列天线结构改进

杨 虎，陈俊桃，苏关云，廖 锐

（成都西科微波通讯有限公司，四川 成都 610000）

引言

随机振动试验作为考核机载电子装备环境适应性的一个主要项目，是评估产品抗振性能、耐振强度以及可靠性的最基本试验手段，在电子装备筛选、验收和交付试验中得到广泛应用[1]。

某型阵列天线属于机载设备，应满足“标准振动环境”条件要求，需按图1所示的随机振动功率谱密度（简称“PSD”）曲线[2-3]做随机振动试验。受试设备不加电，振动持续时间为每轴向（X、Y、Z）1 h。

图1 PSD曲线

该天线设备主要由天线反射框、4个天线单元和功分器组成，其三维模型见图2。

图2 阵列天线三维模型

首批次初样设备在完成前两个方向（X、Y）振动后，设备完好，在完成最后一个方向（Z）后，发现第二个天线单元一个辐射板被振裂，见图3，振裂位置位于辐射板根部圆角处，圆角半径为2 mm。

图3 天线单元辐射板振裂示意图

为了提高效率、节约试验费用，快速找到断裂原因，改进天线结构。文章通过有限元软件ANSYS Workbench对天线结构改进前后进行随机振动仿真，并对比分析仿真结果，验证结构改进的合理性。

1 原结构仿真分析

随机振动仿真分析的结果输出是一个标准偏差1σ，该结果服从高斯正态分布，即68.3%的时间下，响应值小于标准偏差1σ；2σ值表示95.4%的时间下响应值小于2σ；3σ值表示99.7%的时间下响应值小于3σ。故3σ结果可以评估等效应力的上限[4]，可用来校核结构的疲劳极限应力。

1.1 网格模型

天线单元辐射板主要采用六面体网格，以便减少单元数量，其余结构较复杂，主要采用四面体网格。……