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背景
成果
技術特點
延伸應用

背景

作者：瑞其科技李俊寬

隨著5G通訊技術的快速普及，天線尺寸與結構複雜度持續提升。相較於4G時代，5G天線不僅體積更大、重量更高。

台灣每年7至8月有強烈颱風；11至12月也有東北季風影響，瞬間陣風風速可達設計極限，對高架天線設備形成「長時間疲勞」與「持續風載作用」。

傳統設計多以「經驗公式」或「保守風壓係數」進行結構驗證，然而此類方法往往無法精準反映實際流場特性、渦流效應與天線變形後對風力的回饋影響，容易造成設計過於保守或潛藏風險。

因此，本案例導入高階數值模擬技術，透過流固耦合（FSI, Fluid-Structure Interaction）分析，建立更貼近真實風場與結構行為的評估方法。

成果

本案例以 Simlab 作為前處理平台，整合「結構求解器 OptiStruct 」與「CFD 求解器 AcuSolve」，進行完整的【流固耦合 FSI 分析】，模擬5G基地台天線於強風環境下的受力與變形行為。透過此方法，不僅可以計算風場對天線結構的「瞬間與平均風力負載」，也可以將天線「結構變形結果」回饋給流場，重新疊代風壓分佈，使計算結果更符合實際物理行為。

分析結果顯示

在設計風況條件下，天線結構的最大等效應力約為15 MPa，明顯低於材料容許應力，整體安全係數大於2，符合工程設計規範與營運可靠度需求，證實現行結構設計在強風條件下具備充分的安全性。

進一步觀察「應力雲圖」與「熱點分佈」，可以發現最大應力集中在「支架T字型」結合處，顯示該區域為【結構關鍵節點】。

基於模擬結果，瑞其科技提出在該位置『增加斜撐』或『三角補強板』的設計建議，可有效分散應力、降低局部應力集中，進一步提升結構整體安全預度，作為後續產品優化的重要設計依據。

結構變形分析

分析顯示天線於強風條件下之最大角度偏移為0.82度，未超過設計容許值，顯示天線指向精度仍然可以維持在可接受範圍內。

此結果除了驗證結構安全外，也提供關鍵幾何變化資訊，作為後續資訊給工程人員評估「波束偏移」與「訊號衰減程度」的重要輸入參數。

結論：此案例不僅驗證現行設計的安全性，更透過數值模擬「精準」找出潛在的結構弱點，並提出具體可行的補強方向，使設計決策由「經驗導向」轉為以【高可信度的模擬數據】為依據。

技術特點

以高階流固耦合 FSI 分析流程，突破傳統單向風載假設的限制。
透過雙向耦合機制，將天線變形回饋給流場重新計算風力，使風力與結構變形形成疊代收斂過程。此方法可有效考慮變形後投影面積與局部流場改變對風載的影響，使分析結果更貼近實際狀況。

延伸應用

本案例所建立的分析流程與方法，除可應用於5G基地台天線外，也具備高度延展性，可以應用到多項通訊與戶外設備設計領域。

例如：大型微波天線、毫米波天線、雷達天線以及衛星通訊地面站設備的抗風與結構驗證，以確保在極端氣候條件下仍具備足夠的結構安全與指向穩定性。

此外，也能應用在風力發電設備的附屬結構、智慧路燈、監控攝影機支架、交通號誌與戶外廣告看板等，在設計階段就能預先評估風致變形與結構風險。