微波幅度均衡器有限元振動模態(tài)分析：
微波幅度均衡器是置于行波管等微波管激勵端的無源器件，它的傳輸特性與行波管的幅頻特性相補償，使得行波管每個頻點工作在飽和狀態(tài)，以實現(xiàn)工作帶寬內(nèi)輸出功率波動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，微波幅度均衡器的動力學(xué)參數(shù)也很重要，尤其是在機載雷達(dá)中，器件承受隨機的動載荷，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，同時振動引入相位噪聲，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)對不同類型動力載荷的響應(yīng)等問題具有重要的意義。
模態(tài)是振動系統(tǒng)特性的*種表征，模態(tài)分析是*有動力學(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行模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析和瞬態(tài)動力學(xué)分析等，計算結(jié)果與實驗測量相吻合。
1有限元模態(tài)分析的理論基礎(chǔ)對于*個N自由度線性定常系統(tǒng)，基本振動方程為信息工程大學(xué)學(xué)報式中[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為動激勵載荷向量。在模態(tài)分析時，因結(jié)構(gòu)阻尼較小通常忽略不計，固有頻率和振型的分析與動激勵載荷無關(guān)，*以，振動方程（1）可表示為任何彈性體的自由振動可分解成若干簡諧振動的疊加，假設(shè)簡諧振動方程為代入方程（2）得自由振動時結(jié)構(gòu)各節(jié)點的振幅X不全為零，則振動方程是關(guān)于的n次方程求解此方程可得結(jié)構(gòu)的n個固有頻率，對應(yīng)的為廣義特征值，X為廣義特征向量。
無阻尼的模態(tài)基本方程的求解是*個廣義特征值問題。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，它是由若干個同軸諧振腔對稱分布于主傳輸線兩側(cè)，通過探針和主傳輸線耦合，同軸諧振腔是/4諧振腔，可以實現(xiàn)在特定頻率的特定功率衰減，微調(diào)螺釘對頻率和功率衰減進行微調(diào)整。在進行有限元分析時，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個單元，采用Subspace求解方法，該方法占用內(nèi)存較少，雖計算時間較長，但*度較*。
3模態(tài)分析由于結(jié)構(gòu)振動可以表示為各階固有振型的線性組合，經(jīng)過ANSYS模態(tài)分析，表1為微波幅度均衡器前8階的振動頻率和振型，圖2是用節(jié)點位移云圖分別表示前8階的頻率對應(yīng)的振型（虛線為原始模型輪廓線，實線為變形后的形狀示意圖），由圖中可以看到，第1、2、3階振動都是平動，且振型正交，位移值相同，說明是同*階的振動頻率，第4階振動是YZ平面垂直繞同軸主傳輸線的中心X軸轉(zhuǎn)動，第5階振動是XY平面垂直繞Z軸轉(zhuǎn)動，第6階振動是XZ平面垂直繞Y軸轉(zhuǎn)動。第7階振動是*種翹曲振動，對角位移方向相同，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是由這些振型線性疊加構(gòu)成。
振動階數(shù)振動頻率（Hz）振型平動轉(zhuǎn)動翹曲彎曲楊明珊等：微波幅度均衡器有限元振動模態(tài)分析4隨機振動引入相位噪聲和微波幅度均衡器的振動試驗微波幅度均衡器要達(dá)到機載實用性能，需要經(jīng)過多項嚴(yán)格例行試驗測試，*、低溫試驗、溫度沖擊試驗、加速度試驗、振動試驗、沖擊試驗等。
根據(jù)TDJ1型微波增益均衡器詳細(xì)規(guī)范中有關(guān)振動試驗的要求，振動試驗包含以下3種試驗。按個軸向試驗持續(xù)時間為1小時按圖4中B振動譜分別在3個軸向進行試驗，每個軸向持續(xù)時間為2.5小時按圖4中A振動譜分別在平行于均衡器組件安裝平面的兩個坐標(biāo)軸向進行試驗，每個軸向試驗持續(xù)時間為10分鐘分別對插入損耗電壓駐波比進行測量。在設(shè)計中充分考慮了微波均衡器腔體的共振頻率，合理設(shè)計尺寸，使得均衡器的共振頻率分布測試頻率以外，經(jīng)檢測TDJ1型均衡器各頻點的插入損耗波動小于05dB，符合均衡器的設(shè)計要求。振動測試是微波幅度均衡器的*個重要指標(biāo)。
當(dāng)均衡器處于振動狀態(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，對諧振頻率產(chǎn)生影響[7].這種影響可以等效為振動引起的剩余電納，這種隨機電納將會導(dǎo)致載波產(chǎn)生*個隨機的相位調(diào)制，引入相位噪聲同軸主傳輸線內(nèi)導(dǎo)體在振動中發(fā)生變形會導(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，其中偏心率在振動過程中產(chǎn)生改變，*以偏心同軸線的特性阻*值發(fā)生變化，也會引入相位噪聲在微波幅度均衡器結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，對振動模態(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械損壞，又能減小電參數(shù)的波動達(dá)到設(shè)計性能要求。在均衡器系統(tǒng)中引入多種加固設(shè)計，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，在裝配、調(diào)試的整個過程中，逐級封固均衡器，通過不同焊接方法、膠粘劑的組合使用，選擇合信息工程大學(xué)學(xué)報4結(jié)束語從上述討論，可看出UWB通信信號的超寬頻帶特性對于GPS接收機具有*定的影響。對UWB信號的不同脈沖重復(fù)頻率PRF、不同脈沖占空比、不同脈沖持續(xù)時間以及不同脈沖調(diào)制類型等都可能對GPS接收機的正確接收產(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頻率、振型，給出了前8階振動的振動位移和應(yīng)力分布，分析了腔體產(chǎn)生失效損壞的可能位置。同時，解釋了振動引入相位噪聲的原因。在微波幅度均衡器的設(shè)計時，應(yīng)避免工作頻率在固有振動頻率附近，對改進加固設(shè)計和均衡器調(diào)試具有*定理論和實用價值。
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