《有源相控陣天線機電熱耦合分析、設計與補償》是2021年科學出版社出版的圖書。
基本介紹
- 中文名：有源相控陣天線機電熱耦合分析、設計與補償
- 作者：王從思
- 出版時間：2021年
- 出版社：科學出版社
- ISBN：9787030671677
內容簡介,目錄,
內容簡介
本書是關於有源相控陣天線結構變形分析、散熱設計、電磁性能補償及多學科設計軟體方面的專著，從機械結構位移場、溫度場與電磁場耦合的角度，詳細介紹陸海空天領域有源相控陣天線機電熱耦合理論與技術體系中的多場耦合建模、位置公差設計、高效散熱設計、評估軟體構建、耦合補償方法、電源紋波耦合機理、散射輻射綜合設計、高溫燒蝕影響與補償、移相器誤差與補償、雷達探測性能耦合建模等，通過多個實驗天線的測試與驗證，說明機電熱耦合理論的套用過程及天線性能的調控效果。
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展歷程 1
1.1.1 有源相控陣天線的發展歷程 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 陸海空天不同平台載荷影響分析 17
1.3.1 陸基平台 17
1.3.2 艦載平台 18
1.3.3 機載平台 18
1.3.4 彈載平台 20
1.3.5 星載平台 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 耦合模型套用分析 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組件模擬發熱盒設計 48
2.9 實驗測試工況和測試環境 49
2.9.1 測試工況 49
2.9.2 電性能測試環境 52
2.9.3 溫度測試環境 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於安裝精度 76
3.2 基於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計影響 80
3.2.4 陣面尺寸變化且考慮隨機誤差統計影響 84
3.3 隨機誤差和載荷變形誤差的臨界值確定 90
3.3.1 隨機誤差與系統變形誤差單獨存在時的臨界值 91
3.3.2 隨機誤差與系統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 基於蒙特卡洛法的位置公差設計 101
3.5.2 基於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最佳化設計 109
3.6.1 機電熱耦合最佳化建模 110
3.6.2 機電熱耦合最佳化流程與求解 112
3.7 機載天線工程案例套用與討論 113
3.7.1 耦合最佳化設計 113
3.7.2 最佳化過程及結果討論 121
3.8 星載天線工程案例套用與討論 123
3.8.1 輕量化最佳化設計 124
3.8.2 最佳化結果分析 124
第4章 基於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 基於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 基於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 基於晶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 微通道冷板結構特徵 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套用分析 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 基於耦合模型的有源相控陣天線性能計算軟體 183
5.1 軟體開發關鍵共性技術 183
5.1.1 CAX軟體接口技術 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體 188
5.2.1 組成模組與界面設計 188
5.2.2 案例套用 189
5.3 基於測試數據的平面陣列天線電性能快速計算軟體 191
5.4 星載微帶陣列天線振動變形電性能計算軟體 193
5.5 考慮互耦時有源相控陣天線變形電性能計算軟體 195
5.6 車載有源相控陣雷達機電熱多學科分析軟體平台 197
5.6.1 平台組成架構 197
5.6.2 平台開發套用軟體 199
5.6.3 平台公共數據 200
5.6.4 機電熱耦合分析外掛程式 200
5.6.5 多學科數據檔案管理 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 平台總體界面設計 215
5.6.10 工程案例套用 216
第6章 基於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 基於耦合模型的有源相控陣天線相位補償方法 223
6.3 基於耦合模型與最小平方誤差的天線幅相補償方法 224
6.4 基於耦合模型與快速傅立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 基於機電耦合的相位補償方法 228
6.5.2 基於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體 231
6.6.1 考慮量化誤差的幅相補償量計算方法 232
6.6.2 開發方案 233
6.6.3 組成模組 234
6.6.4 功能設計 234
6.6.5 案例套用 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台說明 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 基於應變電磁耦合的有源相控陣天線性能補償 248
6.9.1 基於應變電磁耦合的相位補償法 248
6.9.2 基於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 基於應變-電磁耦合的有源相控陣天線補償量計算軟體 250
6.10.1 組成模組 251
6.10.2 界面與流程 251
6.10.3 案例套用 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 254
6.11.2 基於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 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 開關紋波係數計算方法 267
7.3.2 電路軟體仿真驗證 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體 286
7.7.1 組成模組 286
7.7.2 界面與流程 286
7.7.3 案例套用 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 結構變形誤差對天線輻射和散射性能的綜合影響 300
8.4.1 天線輻射和散射性能參數統計模型 300
8.4.2 隨機誤差對天線輻射和散射性能的影響分析 302
8.5 基於輻射和散射耦合模型的陣元安裝高度最佳化設計 304
8.5.1 粒子群最佳化算法 305
8.5.2 輻射和散射性能綜合最佳化模型 306
8.5.3 仿真結果及分析 307
8.6 基於輻射和散射耦合模型的天線子陣結構調控 314
8.6.1 有源相控陣天線子陣劃分 314
8.6.2 子陣結構調控補償方法 314
8.6.3 輻射和散射綜合仿真驗證 316
第9章 面向輻射和散射的稀疏陣列天線機電耦合設計 319
9.1 稀疏陣列天線輻射和散射機電耦合模型 319
9.1.1 天線輻射性能的機電耦合建模 319
9.1.2 天線散射性能的機電耦合建模 320
9.2 稀疏陣列天線陣元排布設計方法 322
9.2.1 稀疏陣元排布 322
9.2.2 案例分析與討論 324
9.3 基於耦合模型的稀疏陣列天線陣元位置誤差影響分析 326
9.3.1 位置誤差對天線輻射性能的影響 326
9.3.2 位置誤差對天線散射性能的影響 330
9.4 面向輻射的稀疏陣列天線低副瓣實現方法 331
9.4.1 基於遺傳算法的激勵電流幅度加權 332
9.4.2 案例分析與討論 333
9.5 輻射和散射的稀疏陣列天線公差設計 335
9.5.1 稀疏陣列天線陣元位置靈敏度計算 335
9.5.2 靈敏度案例分析與討論 336
9.5.3 基於靈敏度分布的稀疏陣元位置公差設計 339
第10章 彈載高溫燒蝕下天線機電熱耦合建模與補償 343
10.1 彈載天線罩體瞬態高溫燒蝕分析 344
10.2 高溫燒蝕下有源相控陣天線機電熱耦合建模 345
10.2.1 高溫燒蝕對天線罩傳輸性能的影響 347
10.2.2 高溫燒蝕對天線罩內天線饋電誤差的影響 349
10.3 基於單個陣元的高溫燒蝕帶罩天線幅相補償 349
10.4 基於整體電性能最小平方差的天線幅相補償 350
10.5 仿真分析與討論 352
10.5.1 高超聲速飛行下彈載天線罩高溫燒蝕分析 353
10.5.2 高溫燒蝕下彈載天線電性能評估與補償 360
10.6 高溫燒蝕下有源相控陣天線補償量計算軟體 373
第11章 MEMS移相器機電耦合建模與補償 376
11.1 MEMS移相器概述 377
11.1.1 移相器簡介 377
11.1.2 MEMS移相器特點 379
11.2 MEMS移相器機電耦合研究現狀 383
11.3 分散式MEMS移相器機電耦合建模 384
11.3.1 分散式MEMS移相器物理模型 384
11.3.2 分散式MEMS移相器工作原理 386
11.3.3 MEMS橋變形與等效電容 388
11.3.4 MEMS橋變形與相移的耦合模型 391
11.4 基於耦合模型的MEMS移相器性能預測與公差設計 392
11.4.1 移相器性能快速預測 392
11.4.2 移相器結構公差設計 395
11.5 基於耦合模型的MEMS移相器補償量計算方法 396
11.5.1 下拉電壓計算原理 396
11.5.2 下拉電壓調整量計算 398
11.5.3 仿真結果與討論 399
11.6 分散式MEMS移相器相移補償量計算軟體 400
第12章 雷達探測性能與結構變形的機電熱耦合建模 402
12.1 雷達目標探測理論 402
12.1.1 雷達探測範圍 403
12.1.2 雷達分辨特性 405
12.1.3 雷達探測精度 407
12.1.4 數據率 408
12.1.5 抗干擾能力和生存能力 408
12.2 影響雷達探測性能的主要因素 409
12.2.1 雷達最遠探測距離影響因素 409
12.2.2 雷達分辨特性影響因素 412
12.2.3 雷達探測精度影響因素 412
12.3 雷達探測性能與結構變形的機電熱耦合模型 413
12.3.1 雷達最遠探測距離耦合模型 413
12.3.2 雷達分辨特性耦合模型 415
12.3.3 雷達探測精度耦合模型 416
12.4 基於探測性能耦合模型的雷達輕量化設計 418
12.4.1 結構最佳化設計要素 418
12.4.2 輕量化設計模型 419
12.4.3 最佳化結果及分析 421
參考文獻 424
