车载卫星通信系统振动设计与分析研究 通信工程专业VIP专享VIP免费

车载卫星通信系统振动设计与分析摘要：介绍了车载卫星通信系统振动产生的原因，并结合振动理论，着重分析了进行车载卫星通信系统振动设计的途径与方法，有助于提高系统的抗振能力。关键词：固有频率；结构谐振；加固设计；振动隔离；振动试验1前言车载卫星通信系统主要由三部分组成：一是前端天线系统设备，包括天线、馈线、以及天线座与传动系统；二是电子设备部分，包括接收、发射和信道等；三是运输载体和系统保障设备，包括车辆、方舱、电源和空调等。这些设备在运输和使用过程中，由于内外因素的影响，会产生振动。产生振动的原因主要有：·运输状态下，路面的不平整性引起各设备的上下、前后、左右多方向的振动；·工作状态下，天线系统的结构谐振；·工作状态下，风载造成的天线激振；·包括电源、空调、风机在内的各有源设备工作时的自主振动。其中前两个因素对系统的电讯性能以及系统的稳定性影响最大，容易引起设备的破坏。其现象大致分两类：·结构与工艺性破坏，如结构件的疲劳、断裂、磨损、连接件的松动、分离等；·功能与性能性破坏，包括工作失灵、性能降低以及超出容差范围等。为此，对车载卫通系统的振动进行控制和分析十分必要。由于保障设备一般由专业厂家提供，所以着重探讨天线系统与电子设备的抗振设计，并从振源的控制、结构的加固设计、设备的减振隔振、试验的验证等四方面进行分析。2设计与分析2.1改善运输环境，控制振源在运输状态下，公路运输环境最为恶劣，因此，以公路运输环境来作为系统的运输环境。公路运输环境是一种宽带振动，它是由于车体的支承、结构与路面平度的综合作用产生的。车体在上下、前后、左右方向上同时存在不同的振动，而上下方向的振动量又最为严重〔1〕〔2〕。所以，运输环境下着重分析设备上下方向的振动。在公路运输状态下，振源的形成主要来自于路面，它是路面状况与行驶速度的函数〔3〕〔4〕。在该状态下，系统的振动模型如图1所示。试验与分析表明，路面越不平整，车速越快，车辆及其设备的振动越激烈，振动的振幅以及加速度均很大。所以，合理选择行车道路和行驶速度，有助于减小振动振幅。在等级较差的路面上行驶时，降低车速可以减缓车辆及其设备的振动，有助于保护设备。但由于行车道路和行驶速度不是设计人员所能控制的，因而，设计者在进行系统设计时，要以最为恶劣的环境来考虑。2.2加固设计无论是天线系统，还是电子设备，均应遵循刚度设计为主、强度校核为辅的设计指导思想。加固设计就是针对结构的最薄弱环节进行的。通过加固设计，能够提高设备的刚度、强度，提高结构固有频率，进而提高设备抗振抗冲击性能。2.2.1天线系统的加固设计工作状态下，天线系统一旦发生结构谐振，就会直接影响到天线电讯性能以及系统的稳定性，甚至造成系统毁坏。避免结构谐振的最直接的方法，是提高天线结构的固有频率。而天线座的传动系统是天线反射体与基础构件连接的桥梁，又是运动受力载体，故传动系统刚度对天线系统固有频率的影响非常重大。结构设计时，增大传动系统刚度，降低天线负载的转动惯量，可以有效地提高系统的固有频率。在天线传动系统刚度满足要求的前提下，天线反射体和天线座架的刚度决定着系统的固有结构谐振频率。运用有限元分析，运用大型结构分析软件NASTRAN、SAP或ANSYS，对天线反射体和天线座架进行动静力分析和优化设计，在重量符合要求的条件下，将自重和风载作为载荷，以固有频率为目标函数，寻求最大结构刚度，获取最佳设计方案。通过优化设计、分析，改善结构的整体刚度，使薄弱环节得到加强，使结构的固有频率得到提高，使结构的应力分布趋于均匀合理。汽车运输状态下，天线系统或者直接刚性安装在车辆或方舱上，或者通过包装架刚性安装在车辆上。因而在对天线、天线座加固设计的同时，要对安装基座、车顶、车架或包装架进行加固，从而提高刚性，确保其共振频率比汽车正常遇到的强迫频率高得多。2.2.2电子设备的加固设计电子设备在结构上一般包含机柜、机箱和组件（或印制板、电源板）三个层次结构。层次设备的刚度设计必须遵守倍频程规则。机架的固有频率应大于扫频激励频率。装于机架内的模块、...