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微波幅度均衡器有限元振動(dòng)模態(tài)分析：

    微波幅度均衡器是置于行波管等微波管激勵(lì)端的無(wú)源器件，它的傳輸特性與行波管的幅頻特性相補(bǔ)償，使得行波管每個(gè)頻點(diǎn)工作在飽和狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)工作帶寬內(nèi)輸出功率波動(dòng)zui小條件下的zui大輸出功率。行波管等微波管是現(xiàn)代雷達(dá)等電子技術(shù)的核心器件，*以，微波幅度均衡器對(duì)提*雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)性能具有重要意義。但在微波幅度均衡器設(shè)計(jì)中，人們更多關(guān)注的是它的諸如電磁諧振頻率，品質(zhì)因數(shù)、功率容量等電參數(shù)特性。其實(shí)，微波幅度均衡器的動(dòng)力學(xué)參數(shù)也很重要，尤其是在機(jī)載雷達(dá)中，器件承受隨機(jī)的動(dòng)載荷，若作用的頻率與結(jié)構(gòu)的某些固有頻率接近將引起共振，產(chǎn)生疲勞微裂紋，造成失效縮短使用壽命，同時(shí)振動(dòng)引入相位噪聲，直接影響均衡器的電性能參數(shù)。因此，研究結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型以及結(jié)構(gòu)對(duì)不同類型動(dòng)力載荷的響應(yīng)等問(wèn)題具有重要的意義。

    模態(tài)是振動(dòng)系統(tǒng)特性的*種表征，模態(tài)分析是*有動(dòng)力學(xué)分析類型的zui基礎(chǔ)內(nèi)容，主要是確定自然頻率、振型和振型參與系數(shù)。大型通用有限元ANSYS軟件的結(jié)構(gòu)分析功能模塊能夠進(jìn)行模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析和瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析等，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量相吻合。

1有限元模態(tài)分析的理論基礎(chǔ)對(duì)于*個(gè)N自由度線性定常系統(tǒng)，基本振動(dòng)方程為信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)式中[M]、[C]、[K]分別為系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣、阻尼加速度向量、速度向量和位移向量F為動(dòng)激勵(lì)載荷向量。在模態(tài)分析時(shí)，因結(jié)構(gòu)阻尼較小通常忽略不計(jì)，固有頻率和振型的分析與動(dòng)激勵(lì)載荷無(wú)關(guān)，*以，振動(dòng)方程（1）可表示為任何彈性體的自由振動(dòng)可分解成若干簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊加，假設(shè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程為代入方程（2）得自由振動(dòng)時(shí)結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)的振幅X不全為零，則振動(dòng)方程是關(guān)于的n次方程求解此方程可得結(jié)構(gòu)的n個(gè)固有頻率，對(duì)應(yīng)的為廣義特征值，X為廣義特征向量。

無(wú)阻尼的模態(tài)基本方程的求解是*個(gè)廣義特征值問(wèn)題。ANSYS提供了多種求解的方法，如等[6].模態(tài)分析主要有4步驟：建模，加載求解，擴(kuò)展模態(tài)，結(jié)果后處理等。

2微波幅度均衡器三維有限元結(jié)構(gòu)模型建立型圖，它是由若干個(gè)同軸諧振腔對(duì)稱分布于主傳輸線兩側(cè)，通過(guò)探針和主傳輸線耦合，同軸諧振腔是/4諧振腔，可以實(shí)現(xiàn)在特定頻率的特定功率衰減，微調(diào)螺釘對(duì)頻率和功率衰減進(jìn)行微調(diào)整。在進(jìn)行有限元分析時(shí)，采用S0LID45單元建立模型并劃分網(wǎng)格，在孔處適當(dāng)細(xì)化網(wǎng)格，共劃分了120402個(gè)單元，采用Subspace求解方法，該方法占用內(nèi)存較少，雖計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，但*度較*。

3模態(tài)分析由于結(jié)構(gòu)振動(dòng)可以表示為各階固有振型的線性組合，經(jīng)過(guò)ANSYS模態(tài)分析，表1為微波幅度均衡器前8階的振動(dòng)頻率和振型，圖2是用節(jié)點(diǎn)位移云圖分別表示前8階的頻率對(duì)應(yīng)的振型（虛線為原始模型輪廓線，實(shí)線為變形后的形狀示意圖），由圖中可以看到，第1、2、3階振動(dòng)都是平動(dòng)，且振型正交，位移值相同，說(shuō)明是同*階的振動(dòng)頻率，第4階振動(dòng)是YZ平面垂直繞同軸主傳輸線的中心X軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第5階振動(dòng)是XY平面垂直繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第6階振動(dòng)是XZ平面垂直繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)。第7階振動(dòng)是*種翹曲振動(dòng)，對(duì)角位移方向相同，相鄰角位移方向相反。圖3（a）顯示在主傳輸線的內(nèi)壁兩側(cè)產(chǎn)生應(yīng)力集中，微小疲勞裂紋在此產(chǎn)生，容易造成構(gòu)件的失效損壞。第8階振動(dòng)是主傳輸線兩側(cè)產(chǎn)生彎曲，圖3（b）顯示應(yīng)力集中出現(xiàn)在腔體的兩排微調(diào)螺釘孔，在這些地方易產(chǎn)生微裂紋，造成腔體的失效損壞。微波幅度均衡器的振動(dòng)是由這些振型線性疊加構(gòu)成。

    振動(dòng)階數(shù)振動(dòng)頻率（Hz）振型平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)翹曲彎曲楊明珊等：微波幅度均衡器有限元振動(dòng)模態(tài)分析4隨機(jī)振動(dòng)引入相位噪聲和微波幅度均衡器的振動(dòng)試驗(yàn)微波幅度均衡器要達(dá)到機(jī)載實(shí)用性能，需要經(jīng)過(guò)多項(xiàng)嚴(yán)格例行試驗(yàn)測(cè)試，*、低溫試驗(yàn)、溫度沖擊試驗(yàn)、加速度試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)等。

    根據(jù)TDJ1型微波增益均衡器詳細(xì)規(guī)范中有關(guān)振動(dòng)試驗(yàn)的要求，振動(dòng)試驗(yàn)包含以下3種試驗(yàn)。按個(gè)軸向試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為1小時(shí)按圖4中B振動(dòng)譜分別在3個(gè)軸向進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)軸向持續(xù)時(shí)間為2.5小時(shí)按圖4中A振動(dòng)譜分別在平行于均衡器組件安裝平面的兩個(gè)坐標(biāo)軸向進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)軸向試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為10分鐘分別對(duì)插入損耗電壓駐波比進(jìn)行測(cè)量。在設(shè)計(jì)中充分考慮了微波均衡器腔體的共振頻率，合理設(shè)計(jì)尺寸，使得均衡器的共振頻率分布測(cè)試頻率以外，經(jīng)檢測(cè)TDJ1型均衡器各頻點(diǎn)的插入損耗波動(dòng)小于05dB，符合均衡器的設(shè)計(jì)要求。振動(dòng)測(cè)試是微波幅度均衡器的*個(gè)重要指標(biāo)。

    當(dāng)均衡器處于振動(dòng)狀態(tài)，將導(dǎo)致諧振腔探針和同軸主傳輸線產(chǎn)生變形，使得諧振腔內(nèi)導(dǎo)體末端和主傳輸線間隙發(fā)生變化，從而引起耦合電容的變化，對(duì)諧振頻率產(chǎn)生影響[7].這種影響可以等效為振動(dòng)引起的剩余電納，這種隨機(jī)電納將會(huì)導(dǎo)致載波產(chǎn)生*個(gè)隨機(jī)的相位調(diào)制，引入相位噪聲同軸主傳輸線內(nèi)導(dǎo)體在振動(dòng)中發(fā)生變形會(huì)導(dǎo)致內(nèi)導(dǎo)體產(chǎn)生*定的偏心，設(shè)同軸線的外導(dǎo)體內(nèi)徑為D，內(nèi)導(dǎo)體外徑為d，可得偏心同軸線的阻*為其中Z為同軸線特性阻*，e=2b/D為偏心率，x=D/d為同軸線內(nèi)外徑比，其中偏心率在振動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生改變，*以偏心同軸線的特性阻*值發(fā)生變化，也會(huì)引入相位噪聲在微波幅度均衡器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，對(duì)振動(dòng)模態(tài)的分析是*重要環(huán)節(jié)，既能避免均衡器工作在固有頻率附近造成機(jī)械損壞，又能減小電參數(shù)的波動(dòng)達(dá)到設(shè)計(jì)性能要求。在均衡器系統(tǒng)中引入多種加固設(shè)計(jì)，主內(nèi)導(dǎo)體填充介質(zhì)可以減小傳輸線內(nèi)導(dǎo)體的振動(dòng)，在裝配、調(diào)試的整個(gè)過(guò)程中，逐級(jí)封固均衡器，通過(guò)不同焊接方法、膠粘劑的組合使用，選擇合信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)4結(jié)束語(yǔ)從上述討論，可看出UWB通信信號(hào)的超寬頻帶特性對(duì)于GPS接收機(jī)具有*定的影響。對(duì)UWB信號(hào)的不同脈沖重復(fù)頻率PRF、不同脈沖占空比、不同脈沖持續(xù)時(shí)間以及不同脈沖調(diào)制類型等都可能對(duì)GPS接收機(jī)的正確接收產(chǎn)生不同程度干擾。

5結(jié)論論文分析了微波幅度均衡器的固有振動(dòng)頻率、振型，給出了前8階振動(dòng)的振動(dòng)位移和應(yīng)力分布，分析了腔體產(chǎn)生失效損壞的可能位置。同時(shí)，解釋了振動(dòng)引入相位噪聲的原因。在微波幅度均衡器的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免工作頻率在固有振動(dòng)頻率附近，對(duì)改進(jìn)加固設(shè)計(jì)和均衡器調(diào)試具有*定理論和實(shí)用價(jià)值。

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