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电子机械工程 2023年第1期39卷 12-20页

作者：王从思于蓉王艳严粤飞胡长明钱吉裕唐宝富邹元杰王猛杜彪王登峰西安电子科技大学广州研究院西安电子科技大学电子装备结构设计教育部重点实验室西安建筑科技大学信息与控制工程学院南京电子技术研究所北京空间飞行器总体设计部陕西黄河集团有限公司中国电子科技集团公司第54研究所西安空间无线电技术研究所

有源相控阵天线广泛应用于地面防空、机载火控、弹载制导、空间通信、电子侦察、气象导航等领域，是未来雷达技术发展的主流。天线在服役过程中不可避免地会受到复杂环境载荷作用，使阵面产生难以预知的结构变形与馈电误差，导致阵元位... 详细信息

有源相控阵天线广泛应用于地面防空、机载火控、弹载制导、空间通信、电子侦察、气象导航等领域，是未来雷达技术发展的主流。天线在服役过程中不可避免地会受到复杂环境载荷作用，使阵面产生难以预知的结构变形与馈电误差，导致阵元位置偏移、指向偏转、阵元间互耦改变等，最终严重恶化天线的电性能。为此，文中归纳了陆、海、空、天不同服役场景下的环境载荷因素，厘清了稳态载荷、瞬态载荷对天线性能的影响机理，总结了天线阵面形变与馈电系统误差监测方法，进一步从结构补偿、电子补偿两方面给出了天线性能调控关键技术，并探讨了有源相控阵天线服役性能调控未来的研究方向与挑战。

关键词：有源相控阵天线机电耦合结构变形馈电误差性能调控

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有源相控阵天线机电热耦合建模、误差分析与优化设计

有源相控阵天线机电热耦合建模、误差分析与优化设计

引用

作者：康明魁西安电子科技大学

学位级别：博士

有源相控阵天线具有可靠性高、功能多、隐身性能好等无可比拟的优势,已广泛应用于战略导弹预警、机载火控、卫星成像等众多领域。随着世界军事技术的发展,有源相控阵天线向着高密度、高增益、低副瓣等方向发展,机电热耦合问题已成为高... 详细信息

有源相控阵天线具有可靠性高、功能多、隐身性能好等无可比拟的优势,已广泛应用于战略导弹预警、机载火控、卫星成像等众多领域。随着世界军事技术的发展,有源相控阵天线向着高密度、高增益、低副瓣等方向发展,机电热耦合问题已成为高性能有源相控阵天线实现的瓶颈。为此,本文对有源相控阵天线的机电热耦合建模、结构误差影响机理和机电热集成优化设计方法进行了研究,主要工作如下:(1)有源相控阵天线机电热耦合问题研究的关键是建立机电热耦合模型,现有研究中只建立了包括阵面载荷变形和热变形的初步机电热耦合模型。为此,本文深入研究了阵元位置误差引起的口面空间相位差和阵元互耦的变化,同时考虑阵元指向偏转研究了阵元阵中方向图的变化,并分析了温度对器件性能的影响,由此建立了包括阵元位置偏移和偏转、阵元互耦和阵中方向图畸变以及器件性能温漂的有源相控阵天线机电热耦合模型。另外,给出了矩形栅格平面阵的结构-电磁耦合统计模型。机电热耦合模型的建立为误差影响机理和机电热集成设计的研究奠定了理论基础。(2)完成了有源相控天线实验模型方案设计与试制,验证了机电热耦合模型的正确性。首先设计并加工了准八木天线单元、功分器、冷板、T/R模拟热源等样件,组成1×8线阵,通过人为调节阵元位置形成不同的位置误差,实测天线的电性能变化。同时,利用机电热耦合模型和商业软件计算相同系统误差下线阵的电性能变化,通过与实测结果对比来验证了机电热耦合模型的正确性。另外,采用液冷散热方式实测T/R组件的壳温,进而利用机电热耦合模型研究了T/R组件性能温漂对天线电性能的影响机理。结果表明,T/R组件壳温应低于70℃,最大温差应小于10℃。(3)阵元位置随机误差会导致天线电性能恶化,特别是副瓣电平,已有研究中将阵元位置误差的影响等效为激励电流幅相误差的影响,进而利用概率统计方法进行分析。但阵元位置随机误差作为一种结构公差,其对天线电性能的影响并不能简单的用激励电流幅相误差影响来衡量。为此,本文从机电热耦合的角度研究了阵元位置安装随机误差的影响机理,先将阵元位置随机误差细分为阵元安装精度和安装平面度,再利用机电热耦合模型分析了矩形栅格阵和不同阵面大小的三角栅格阵中阵元位置安装随机误差的影响,得出了相关数据和曲线,可为天线的结构设计提供相应的指导。(4)阵元安装公差确定是有源相控阵天线结构设计的关键问题之一,对所有阵元制定一个安装公差是常用方法,但会增加制造难度和成本。为此,本文提出了一种考虑阵元位置影响的阵元安装公差确定方法。先指定阵元安装公差的初始临界值,确定安装公差的初始区间,再求阵因子关于阵元位置的偏导数,获得天线电性能对阵元位置误差的敏度信息,由此确定每个阵元安装公差区间的变化速率。然后在阵元安装公差区间内生成上千的阵元位置随机误差样本,并利用耦合模型计算天线电性能。当95%的误差样本得到的电性能满足要求,则此时的临界值即为阵元位置安装公差。案例分析结果表明所提方法可行、有效。(5)有源相控阵天线的工作环境非常复杂,振动、热功耗等引起的阵面结构变形和阵元位置随机误差同时存在,两类误差性质和量级均不同,而现有研究单独分析两类误差的影响。为此,本文基于耦合模型研究了服役环境下阵面结构变形与阵元位置随机误差的综合影响机理。不考虑随机误差统计影响时,分析了矩形栅格阵中,阵面结构变形、阵元位置随机误差和阵面大小与天线电性能之间的影响关系,并与矩形栅格阵结构-电磁耦合统计模型的分析结果进行对比分析,讨论了是否需要考虑随机误差统计影响的条件。最后,开发了有源相控阵天线的机电耦合性能计算软件。(6)传统的有源相控阵天线设计方法为机电热分离设计,存在着产品重复率高、研制周期长、单学科指标过于苛刻等问题。为此,本文基于机电热耦合模型,研究了机载有源相控阵天线的机电热集成设计方法。建立了以天线增益和重量为目标的机电热集成优化数学模型,冷却液入口流速、冷板流道截面尺寸为优化变量。优化过程涵盖了结构参数化建模、热分析、热-结构网格匹配、结构变形分析以及机电热耦合模型计算电性能等步骤。数值实验结果表明,机电热集成优化设计方法既能保证天线电性能,又能得到最佳的散热设计和结构设计方案,有效降低天线重量。

关键词：有源相控阵天线机电热耦合器件性能温漂馈电误差安装误差载荷变形统计影响阵元互耦位置误差敏度多学科优化

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馈电误差对相控阵天线性能的影响研究

馈电误差对相控阵天线性能的影响研究

引用

作者：王平华北电力大学（河北）

学位级别：硕士

由于馈电误差的影响,相控阵天线的指向精度降低,旁瓣电平恶化,抗干扰能力下降。馈电误差包括由数字移相器的使用引入的相位量化误差、阵列公差和失效单元引起的误差。本论文重点研究了相位量化误差对天线性能的影响,依据相控阵天线移相... 详细信息

由于馈电误差的影响,相控阵天线的指向精度降低,旁瓣电平恶化,抗干扰能力下降。馈电误差包括由数字移相器的使用引入的相位量化误差、阵列公差和失效单元引起的误差。本论文重点研究了相位量化误差对天线性能的影响,依据相控阵天线移相器的相位量化误差随机分布这一特点,利用概率统计的方法分析相位量化误差的数字特征,进一步讨论了不同的相位误差分布特征对相控阵天线指向精度和旁瓣电平的影响,并利用计算机仿真验证了理论分析的正确性,最后介绍了阵列公差和失效单元对相控阵天线性能的影响。

关键词：馈电误差相控阵指向精度旁瓣电平相位量化误差

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馈电误差对相控阵旁瓣电平的影响研究

引用

无线电工程 2007年第1期37卷 38-40页

作者：王平中国电子科技集团公司第54研究所河北石家庄050081

相控阵天线由于馈电误差的影响,旁瓣电平恶化,抗干扰能力降低。由于馈电误差随机分布,提出了采用数字统计特征分析旁瓣电平恶化情况的方法。论述了均值旁瓣电平和峰值旁瓣电平的基本原理。通过理论分析和数值模拟,计算了峰值旁瓣电平的... 详细信息

相控阵天线由于馈电误差的影响,旁瓣电平恶化,抗干扰能力降低。由于馈电误差随机分布,提出了采用数字统计特征分析旁瓣电平恶化情况的方法。论述了均值旁瓣电平和峰值旁瓣电平的基本原理。通过理论分析和数值模拟,计算了峰值旁瓣电平的概率密度分布,并给出了抑制旁瓣电平恶化的一些措施。

关键词：相控阵馈电误差统计特征均值旁瓣电平峰值旁瓣电平

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