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背景
成果
技術特點
延伸應用

背景

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。

台灣地處西北太平洋颱風帶，每年7至8月經常受到強烈颱風侵襲，瞬間陣風風速可達設計極限；同時，11至12月亦有長時間強勁東北季風影響，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，進行完整之流固耦合 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，不僅可計算風場對天線結構之瞬時與平均風力負載，亦可將天線結構變形結果回饋至流場，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，天線結構之最大等效應力約為15 MPa，顯著低於材料容許應力，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。此結果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，可發現最大應力集中於支架T字型結合處，顯示該區域為結構關鍵節點。基於模擬結果，我司提出於該位置增加斜撐或三角補強板之設計建議，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裕度，作為後續產品優化的重要設計依據。

在結構變形方面，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可維持於可接受範圍內。此結果除驗證結構安全外，亦提供關鍵幾何變化資訊，作為後續訊號工程人員評估波束偏移與訊號衰減程度之重要輸入參數。整體而言，本案例不僅驗證現行設計之安全性，更透過數值模擬精準找出潛在結構弱點，並提出具體可行之補強方向，使設計決策由經驗導向，轉為以高可信度模擬數據為依據。

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，將天線變形回饋至流場重新計算風力，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之影響，使分析結果更貼近實際狀況。

延伸應用

本案例所建立之分析流程與方法，除可應用於5G基地台天線外，亦具備高度延展性，可推廣至多項通訊與戶外設備設計領域。例如，可應用於大型微波天線、毫米波天線、雷達天線與衛星通訊地面站設備之抗風與結構驗證，以確保在極端氣候條件下仍具備足夠之結構安全與指向穩定性。

此外，亦能應用於風力發電設備之附屬結構、智慧路燈、監控攝影機支架、交通號誌與戶外廣告看板等，可在設計階段即預先評估風致變形與結構風險。