有源相控陣天線機電熱耦合分析、設計與補償

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 有源相控陣天線的研究背景與發(fā)展歷程 1
1.1.1 有源相控陣天線的發(fā)展歷程 1
1.1.2 有源相控陣天線機電熱耦合內涵 6
1.2 有源相控陣天線的機電熱耦合研究現狀 8
1.2.1 結構變形誤差影響分析 8
1.2.2 饋電誤差影響分析 11
1.2.3 溫度分布影響分析 13
1.2.4 天線罩誤差影響分析 15
1.3 陸?？仗觳煌脚_載荷影響分析 17
1.3.1 陸基平臺 17
1.3.2 艦載平臺 18
1.3.3 機載平臺 18
1.3.4 彈載平臺 20
1.3.5 星載平臺 20
第2章 有源相控陣天線機電熱耦合模型與實驗驗證 23
2.1 有源相控陣天線電磁理論 23
2.2 陣元位置偏移對口面場空間相位差的影響 24
2.3 有源相控陣天線機電熱耦合模型 26
2.3.1 矩形柵格平面陣 27
2.3.2 三角柵格平面陣 28
2.4 考慮隨機誤差統(tǒng)計影響的耦合模型 30
2.4.1 天線功率方向圖 30
2.4.2 天線平均功率方向圖 31
2.5 有源相控陣天線陣元間互耦效應 32
2.6 陣元間互耦效應分析方法 34
2.6.1 互阻抗法 34
2.6.2 散射矩陣法 35
2.7 考慮陣元互耦的有源相控陣天線耦合模型 36
2.7.1 考慮陣元互耦的耦合模型建立 36
2.7.2 耦合模型應用分析 38
2.8 機電熱耦合模型的實驗驗證 42
2.8.1 準八木天線設計 44
2.8.2 陣列天線結構設計 46
2.8.3 一分八功分器設計 46
2.8.4 液冷冷板設計 48
2.8.5 T/R組件模擬發(fā)熱盒設計 48
2.9 實驗測試工況和測試環(huán)境 49
2.9.1 測試工況 49
2.9.2 電性能測試環(huán)境 52
2.9.3 溫度測試環(huán)境 53
2.10 實驗結果與討論 55
2.10.1 陣列天線方向圖測試結果 55
2.10.2 HFSS仿真計算結果 56
2.10.3 機電熱耦合模型計算結果 57
2.10.4 結果對比分析 60
2.11 T/R組件性能溫漂影響分析 62
2.11.1 溫度測試結果 62
2.11.2 溫度對激勵電流的影響分析 64
2.11.3 溫度對天線電性能的影響分析 66
2.11.4 溫度和結構變形對電性能的綜合影響分析 66
2.11.5 均溫時T/R組件性能溫漂的影響分析 68
2.11.6 不同溫度梯度時T/R組件性能溫漂的影響分析 69
第3章 有源相控陣天線結構誤差分析與耦合設計 73
3.1 矩形柵格天線陣元位置安裝隨機誤差影響分析 73
3.1.1 陣元位置安裝精度與平面度相同 74
3.1.2 陣元位置平面度嚴格于安裝精度 76
3.2 基于耦合模型的載荷變形與安裝誤差綜合影響分析 78
3.2.1 環(huán)境載荷導致天線結構變形時的電性能分析 78
3.2.2 結構變形與安裝隨機誤差單獨存在時的電性能對比 80
3.2.3 陣面尺寸固定且不考慮隨機誤差統(tǒng)計影響 80
3.2.4 陣面尺寸變化且考慮隨機誤差統(tǒng)計影響 84
3.3 隨機誤差和載荷變形誤差的臨界值確定 90
3.3.1 隨機誤差與系統(tǒng)變形誤差單獨存在時的臨界值 91
3.3.2 隨機誤差與系統(tǒng)變形誤差同時存在時的臨界值 92
3.4 有源相控陣天線陣元位置公差與靈敏度 94
3.4.1 天線陣元位置靈敏度計算方法 94
3.4.2 案例分析與討論 96
3.5 天線陣元位置公差設計 101
3.5.1 基于蒙特卡洛法的位置公差設計 101
3.5.2 基于靈敏度的位置公差設計 102
3.5.3 公差設計案例分析與討論 104
3.6 有源相控陣天線機電熱耦合優(yōu)化設計 109
3.6.1 機電熱耦合優(yōu)化建模 110
3.6.2 機電熱耦合優(yōu)化流程與求解 112
3.7 機載天線工程案例應用與討論 113
3.7.1 耦合優(yōu)化設計 113
3.7.2 優(yōu)化過程及結果討論 121
3.8 星載天線工程案例應用與討論 123
3.8.1 輕量化優(yōu)化設計 124
3.8.2 優(yōu)化結果分析 124
第4章 基于耦合模型的有源相控陣天線散熱分析與設計 127
4.1 有源相控陣天線結構與T/R組件熱特性 127
4.2 有源相控陣天線液冷冷板特性 128
4.3 基于S型流道的四通道T/R組件散熱設計 130
4.3.1 組件與冷板參數 131
4.3.2 S型流道冷板參數計算 132
4.3.3 S型流道參數對散熱性能的影響 134
4.3.4 冷卻液參數對散熱性能的影響 139
4.3.5 波紋狀S型流道對散熱性能的影響 143
4.4 基于Z型流道的四通道T/R組件散熱設計 148
4.4.1 階梯型入口Z型流道 149
4.4.2 階梯型出入口Z型流道 151
4.4.3 加微通道階梯型出入口Z型流道 153
4.4.4 四種Z型流道性能指標比較 155
4.5 基于芯片位置隨機分布的冷板Z型流道設計 159
4.5.1 Z型流道設計方法 159
4.5.2 冷板散熱仿真分析與討論 162
4.6 微通道冷板結構特征 167
4.7 微通道幾何參數對散熱性能的影響 168
4.7.1 微通道高寬比 169
4.7.2 微通道寬度 170
4.7.3 微通道占空比 172
4.8 邊界條件對微通道冷板散熱性能的影響 173
4.8.1 流體入口速度 173
4.8.2 流體入口溫度 174
4.9 有源相控陣天線不同形式微通道冷板應用分析 175
4.9.1 直入直出型微通道冷板 176
4.9.2 直角S型微通道冷板 177
4.9.3 圓角S型微通道冷板 178
4.9.4 結果對比分析 179
4.9.5 多工況圓角S型微通道冷板 180
第5章 基于耦合模型的有源相控陣天線性能計算軟件 183
5.1 軟件開發(fā)關鍵共性技術 183
5.1.1 CAX軟件接口技術 183
5.1.2 數據調用技術 186
5.1.3 MATLAB自啟技術 186
5.1.4 圖形界面嵌入技術 187
5.2 不同排布形式有源相控陣天線變形電性能計算軟件 188
5.2.1 組成模塊與界面設計 188
5.2.2 案例應用 189
5.3 基于測試數據的平面陣列天線電性能快速計算軟件 191
5.4 星載微帶陣列天線振動變形電性能計算軟件 193
5.5 考慮互耦時有源相控陣天線變形電性能計算軟件 195
5.6 車載有源相控陣雷達機電熱多學科分析軟件平臺 197
5.6.1 平臺組成架構 197
5.6.2 平臺開發(fā)應用軟件 199
5.6.3 平臺公共數據 200
5.6.4 機電熱耦合分析插件 200
5.6.5 多學科數據文件管理 202
5.6.6 異構模型轉換與匹配 204
5.6.7 多學科模型預處理 206
5.6.8 多學科參數化建模 209
5.6.9 平臺總體界面設計 215
5.6.10 工程案例應用 216
第6章 基于機電熱耦合的有源相控陣天線性能補償方法 219
6.1 電性能補償研究現狀 219
6.1.1 結構變形方面 222
6.1.2 饋電誤差方面 222
6.1.3 天線罩結構和物性參數誤差方面 223
6.2 基于耦合模型的有源相控陣天線相位補償方法 223
6.3 基于耦合模型與最小平方誤差的天線幅相補償方法 224
6.4 基于耦合模型與快速傅里葉變換的天線幅相補償方法 226
6.5 天線相位補償方法與幅相補償方法對比分析 228
6.5.1 基于機電耦合的相位補償方法 228
6.5.2 基于機電耦合的幅相補償方法 229
6.6 考慮器件量化誤差的有源相控陣天線補償量計算軟件 231
6.6.1 考慮量化誤差的幅相補償量計算方法 232
6.6.2 開發(fā)方案 233
6.6.3 組成模塊 234
6.6.4 功能設計 234
6.6.5 案例應用 235
6.7 補償方法實驗驗證 236
6.7.1 有源相控陣天線實驗平臺說明 236
6.7.2 天線結構載荷變形模擬與測量 239
6.7.3 天線性能測試與補償效果分析 241
6.8 有源相控陣天線結構應變與電性能的耦合模型 245
6.9 基于應變電磁耦合的有源相控陣天線性能補償 248
6.9.1 基于應變電磁耦合的相位補償法 248
6.9.2 基于應變電磁耦合的幅相補償法 248
6.9.3 相位補償法與幅相補償法對比分析 249
6.10 基于應變-電磁耦合的有源相控陣天線補償量計算軟件 250
6.10.1 組成模塊 251
6.10.2 界面與流程 251
6.10.3 案例應用 253
6.11 應變電磁耦合補償方法實驗驗證 254
6.11.1 有源相控陣天線應變信息測量系統(tǒng) 254
6.11.2 基于應變的天線性能測試與補償效果分析 255
第7章 天線陣面電源紋波耦合建模分析與補償方法 260
7.1 有源相控陣天線陣面電源系統(tǒng) 260
7.2 陣面電源紋波組成因素與分類 264
7.3 全橋式陣面電源開關紋波計算與驗證 267
7.3.1 開關紋波系數計算方法 267
7.3.2 電路軟件仿真驗證 272
7.4 陣面電源紋波與天線電性能耦合模型 274
7.5 電源紋波與溫度影響下天線電性能分析與討論 276
7.5.1 不同口面加權下陣面電源紋波的影響 276
7.5.2 固定天線電尺寸與不同電源紋波的影響 277
7.5.3 不同天線電尺寸與不同電源紋波的影響 278
7.5.4 高熱功耗下陣面電源紋波的影響 279
7.5.5 均溫時電源紋波與T/R組件誤差的綜合影響 282
7.5.6 不同溫度梯度時電源紋波與T/R組件誤差的綜合影響 283
7.6 電源紋波影響下天線幅相補償方法 284
7.6.1 電源紋波影響下天線幅相補償量計算方法 284
7.6.2 電源紋波與T/R組件溫漂影響下天線補償分析 284
7.7 電源紋波的有源相控陣天線補償量計算軟件 286
7.7.1 組成模塊 286
7.7.2 界面與流程 286
7.7.3 案例應用 288
第8章 天線輻射和散射性能綜合設計與結構調控 290
8.1 有源相控陣天線RCS概述 290
8.1.1 天線RCS研究特點 290
8.1.2 天線RCS分析與控制方法 292
8.2 相控陣天線輻射和散射性能綜合設計研究進展 295
8.3 位置隨機誤差的天線散射性能耦合模型 297
8.3.1 耦合模型建立 297
8.3.2 耦合模型仿真驗證 299
8.4 結構變形誤差對