书籍详情
有源相控阵天线机电热耦合分析、设计与补偿
作者：王从思 著
出版社：科学出版社
出版时间：2021-03-01
ISBN：9787030671677
定价：¥228.00
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内容简介
《有源相控阵天线机电热耦合分析、设计与补偿》是关于有源相控阵天线结构变形分析、散热设计、电磁性能补偿及多学科设计软件方面的专著，从机械结构位移场、温度场与电磁场耦合的角度，详细介绍陆海空天领域有源相控阵天线机电热耦合理论与技术体系中的多场耦合建模、位置公差设计、高效散热设计、评估软件构建、耦合补偿方法、电源纹波耦合机理、散射辐射综合设计、高温烧蚀影响与补偿、移相器误差与补偿、雷达探测性能耦合建模等，通过多个实验天线的测试与验证，说明机电热耦合理论的应用过程及天线性能的调控效果。
作者简介
暂缺《有源相控阵天线机电热耦合分析、设计与补偿》作者简介
目录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 有源相控阵天线的研究背景与发展历程 1
1.1.1 有源相控阵天线的发展历程 1
1.1.2 有源相控阵天线机电热耦合内涵 6
1.2 有源相控阵天线的机电热耦合研究现状 8
1.2.1 结构变形误差影响分析 8
1.2.2 馈电误差影响分析 11
1.2.3 温度分布影响分析 13
1.2.4 天线罩误差影响分析 15
1.3 陆海空天不同平台载荷影响分析 17
1.3.1 陆基平台 17
1.3.2 舰载平台 18
1.3.3 机载平台 18
1.3.4 弹载平台 20
1.3.5 星载平台 20
第2章 有源相控阵天线机电热耦合模型与实验验证 23
2.1 有源相控阵天线电磁理论 23
2.2 阵元位置偏移对口面场空间相位差的影响 24
2.3 有源相控阵天线机电热耦合模型 26
2.3.1 矩形栅格平面阵 27
2.3.2 三角栅格平面阵 28
2.4 考虑随机误差统计影响的耦合模型 30
2.4.1 天线功率方向图 30
2.4.2 天线平均功率方向图 31
2.5 有源相控阵天线阵元间互耦效应 32
2.6 阵元间互耦效应分析方法 34
2.6.1 互阻抗法 34
2.6.2 散射矩阵法 35
2.7 考虑阵元互耦的有源相控阵天线耦合模型 36
2.7.1 考虑阵元互耦的耦合模型建立 36
2.7.2 耦合模型应用分析 38
2.8 机电热耦合模型的实验验证 42
2.8.1 准八木天线设计 44
2.8.2 阵列天线结构设计 46
2.8.3 一分八功分器设计 46
2.8.4 液冷冷板设计 48
2.8.5 T/R组件模拟发热盒设计 48
2.9 实验测试工况和测试环境 49
2.9.1 测试工况 49
2.9.2 电性能测试环境 52
2.9.3 温度测试环境 53
2.10 实验结果与讨论 55
2.10.1 阵列天线方向图测试结果 55
2.10.2 HFSS仿真计算结果 56
2.10.3 机电热耦合模型计算结果 57
2.10.4 结果对比分析 60
2.11 T/R组件性能温漂影响分析 62
2.11.1 温度测试结果 62
2.11.2 温度对激励电流的影响分析 64
2.11.3 温度对天线电性能的影响分析 66
2.11.4 温度和结构变形对电性能的综合影响分析 66
2.11.5 均温时T/R组件性能温漂的影响分析 68
2.11.6 不同温度梯度时T/R组件性能温漂的影响分析 69
第3章 有源相控阵天线结构误差分析与耦合设计 73
3.1 矩形栅格天线阵元位置安装随机误差影响分析 73
3.1.1 阵元位置安装精度与平面度相同 74
3.1.2 阵元位置平面度严格于安装精度 76
3.2 基于耦合模型的载荷变形与安装误差综合影响分析 78
3.2.1 环境载荷导致天线结构变形时的电性能分析 78
3.2.2 结构变形与安装随机误差单独存在时的电性能对比 80
3.2.3 阵面尺寸固定且不考虑随机误差统计影响 80
3.2.4 阵面尺寸变化且考虑随机误差统计影响 84
3.3 随机误差和载荷变形误差的临界值确定 90
3.3.1 随机误差与系统变形误差单独存在时的临界值 91
3.3.2 随机误差与系统变形误差同时存在时的临界值 92
3.4 有源相控阵天线阵元位置公差与灵敏度 94
3.4.1 天线阵元位置灵敏度计算方法 94
3.4.2 案例分析与讨论 96
3.5 天线阵元位置公差设计 101
3.5.1 基于蒙特卡洛法的位置公差设计 101
3.5.2 基于灵敏度的位置公差设计 102
3.5.3 公差设计案例分析与讨论 104
3.6 有源相控阵天线机电热耦合优化设计 109
3.6.1 机电热耦合优化建模 110
3.6.2 机电热耦合优化流程与求解 112
3.7 机载天线工程案例应用与讨论 113
3.7.1 耦合优化设计 113
3.7.2 优化过程及结果讨论 121
3.8 星载天线工程案例应用与讨论 123
3.8.1 轻量化优化设计 124
3.8.2 优化结果分析 124
第4章 基于耦合模型的有源相控阵天线散热分析与设计 127
4.1 有源相控阵天线结构与T/R组件热特性 127
4.2 有源相控阵天线液冷冷板特性 128
4.3 基于S型流道的四通道T/R组件散热设计 130
4.3.1 组件与冷板参数 131
4.3.2 S型流道冷板参数计算 132
4.3.3 S型流道参数对散热性能的影响 134
4.3.4 冷却液参数对散热性能的影响 139
4.3.5 波纹状S型流道对散热性能的影响 143
4.4 基于Z型流道的四通道T/R组件散热设计 148
4.4.1 阶梯型入口Z型流道 149
4.4.2 阶梯型出入口Z型流道 151
4.4.3 加微通道阶梯型出入口Z型流道 153
4.4.4 四种Z型流道性能指标比较 155
4.5 基于芯片位置随机分布的冷板Z型流道设计 159
4.5.1 Z型流道设计方法 159
4.5.2 冷板散热仿真分析与讨论 162
4.6 微通道冷板结构特征 167
4.7 微通道几何参数对散热性能的影响 168
4.7.1 微通道高宽比 169
4.7.2 微通道宽度 170
4.7.3 微通道占空比 172
4.8 边界条件对微通道冷板散热性能的影响 173
4.8.1 流体入口速度 173
4.8.2 流体入口温度 174
4.9 有源相控阵天线不同形式微通道冷板应用分析 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 圆角S型微通道冷板 178
4.9.4 结果对比分析 179
4.9.5 多工况圆角S型微通道冷板 180
第5章 基于耦合模型的有源相控阵天线性能计算软件 183
5.1 软件开发关键共性技术 183
5.1.1 CAX软件接口技术 183
5.1.2 数据调用技术 186
5.1.3 MATLAB自启技术 186
5.1.4 图形界面嵌入技术 187
5.2 不同排布形式有源相控阵天线变形电性能计算软件 188
5.2.1 组成模块与界面设计 188
5.2.2 案例应用 189
5.3 基于测试数据的平面阵列天线电性能快速计算软件 191
5.4 星载微带阵列天线振动变形电性能计算软件 193
5.5 考虑互耦时有源相控阵天线变形电性能计算软件 195
5.6 车载有源相控阵雷达机电热多学科分析软件平台 197
5.6.1 平台组成架构 197
5.6.2 平台开发应用软件 199
5.6.3 平台公共数据 200
5.6.4 机电热耦合分析插件 200
5.6.5 多学科数据文件管理 202
5.6.6 异构模型转换与匹配 204
5.6.7 多学科模型预处理 206
5.6.8 多学科参数化建模 209
5.6.9 平台总体界面设计 215
5.6.10 工程案例应用 216
第6章 基于机电热耦合的有源相控阵天线性能补偿方法 219
6.1 电性能补偿研究现状 219
6.1.1 结构变形方面 222
6.1.2 馈电误差方面 222
6.1.3 天线罩结构和物性参数误差方面 223
6.2 基于耦合模型的有源相控阵天线相位补偿方法 223
6.3 基于耦合模型与最小平方误差的天线幅相补偿方法 224
6.4 基于耦合模型与快速傅里叶变换的天线幅相补偿方法 226
6.5 天线相位补偿方法与幅相补偿方法对比分析 228
6.5.1 基于机电耦合的相位补偿方法 228
6.5.2 基于机电耦合的幅相补偿方法 229
6.6 考虑器件量化误差的有源相控阵天线补偿量计算软件 231
6.6.1 考虑量化误差的幅相补偿量计算方法 232
6.6.2 开发方案 233
6.6.3 组成模块 234
6.6.4 功能设计 234
6.6.5 案例应用 235
6.7 补偿方法实验验证 236
6.7.1 有源相控阵天线实验平台说明 236
6.7.2 天线结构载荷变形模拟与测量 239
6.7.3 天线性能测试与补偿效果分析 241
6.8 有源相控阵天线结构应变与电性能的耦合模型 245
6.9 基于应变电磁耦合的有源相控阵天线性能补偿 248
6.9.1 基于应变电磁耦合的相位补偿法 248
6.9.2 基于应变电磁耦合的幅相补偿法 248
6.9.3 相位补偿法与幅相补偿法对比分析 249
6.10 基于应变-电磁耦合的有源相控阵天线补偿量计算软件 250
6.10.1 组成模块 251
6.10.2 界面与流程 251
6.10.3 案例应用 253
6.11 应变电磁耦合补偿方法实验验证 254
6.11.1 有源相控阵天线应变信息测量系统 254
6.11.2 基于应变的天线性能测试与补偿效果分析 255
第7章 天线阵面电源纹波耦合建模分析与补偿方法 260
7.1 有源相控阵天线阵面电源系统 260
7.2 阵面电源纹波组成因素与分类 264
7.3 全桥式阵面电源开关纹波计算与验证 267
7.3.1 开关纹波系数计算方法 267
7.3.2 电路软件仿真验证 272
7.4 阵面电源纹波与天线电性能耦合模型 274
7.5 电源纹波与温度影响下天线电性能分析与讨论 276
7.5.1 不同口面加权下阵面电源纹波的影响 276
7.5.2 固定天线电尺寸与不同电源纹波的影响 277
7.5.3 不同天线电尺寸与不同电源纹波的影响 278
7.5.4 高热功耗下阵面电源纹波的影响 279
7.5.5 均温时电源纹波与T/R组件误差的综合影响 282
7.5.6 不同温度梯度时电源纹波与T/R组件误差的综合影响 283
7.6 电源纹波影响下天线幅相补偿方法 284
7.6.1 电源纹波影响下天线幅相补偿量计算方法 284
7.6.2 电源纹波与T/R组件温漂影响下天线补偿分析 284
7.7 电源纹波的有源相控阵天线补偿量计算软件 286
7.7.1 组成模块 286
7.7.2 界面与流程 286
7.7.3 案例应用 288
第8章 天线辐射和散射性能综合设计与结构调控 290
8.1 有源相控阵天线RCS概述 290
8.1.1 天线RCS研究特点 290
8.1.2 天线RCS分析与控制方法 292
8.2 相控阵天线辐射和散射性能综合设计研究进展 295
8.3 位置随机误差的天线散射性能耦合模型 297
8.3.1 耦合模型建立 297
8.3.2 耦合模型仿真验证 299
8.4 结构变形误差对
前言
第1章 绪论 1
1.1 有源相控阵天线的研究背景与发展历程 1
1.1.1 有源相控阵天线的发展历程 1
1.1.2 有源相控阵天线机电热耦合内涵 6
1.2 有源相控阵天线的机电热耦合研究现状 8
1.2.1 结构变形误差影响分析 8
1.2.2 馈电误差影响分析 11
1.2.3 温度分布影响分析 13
1.2.4 天线罩误差影响分析 15
1.3 陆海空天不同平台载荷影响分析 17
1.3.1 陆基平台 17
1.3.2 舰载平台 18
1.3.3 机载平台 18
1.3.4 弹载平台 20
1.3.5 星载平台 20
第2章 有源相控阵天线机电热耦合模型与实验验证 23
2.1 有源相控阵天线电磁理论 23
2.2 阵元位置偏移对口面场空间相位差的影响 24
2.3 有源相控阵天线机电热耦合模型 26
2.3.1 矩形栅格平面阵 27
2.3.2 三角栅格平面阵 28
2.4 考虑随机误差统计影响的耦合模型 30
2.4.1 天线功率方向图 30
2.4.2 天线平均功率方向图 31
2.5 有源相控阵天线阵元间互耦效应 32
2.6 阵元间互耦效应分析方法 34
2.6.1 互阻抗法 34
2.6.2 散射矩阵法 35
2.7 考虑阵元互耦的有源相控阵天线耦合模型 36
2.7.1 考虑阵元互耦的耦合模型建立 36
2.7.2 耦合模型应用分析 38
2.8 机电热耦合模型的实验验证 42
2.8.1 准八木天线设计 44
2.8.2 阵列天线结构设计 46
2.8.3 一分八功分器设计 46
2.8.4 液冷冷板设计 48
2.8.5 T/R组件模拟发热盒设计 48
2.9 实验测试工况和测试环境 49
2.9.1 测试工况 49
2.9.2 电性能测试环境 52
2.9.3 温度测试环境 53
2.10 实验结果与讨论 55
2.10.1 阵列天线方向图测试结果 55
2.10.2 HFSS仿真计算结果 56
2.10.3 机电热耦合模型计算结果 57
2.10.4 结果对比分析 60
2.11 T/R组件性能温漂影响分析 62
2.11.1 温度测试结果 62
2.11.2 温度对激励电流的影响分析 64
2.11.3 温度对天线电性能的影响分析 66
2.11.4 温度和结构变形对电性能的综合影响分析 66
2.11.5 均温时T/R组件性能温漂的影响分析 68
2.11.6 不同温度梯度时T/R组件性能温漂的影响分析 69
第3章 有源相控阵天线结构误差分析与耦合设计 73
3.1 矩形栅格天线阵元位置安装随机误差影响分析 73
3.1.1 阵元位置安装精度与平面度相同 74
3.1.2 阵元位置平面度严格于安装精度 76
3.2 基于耦合模型的载荷变形与安装误差综合影响分析 78
3.2.1 环境载荷导致天线结构变形时的电性能分析 78
3.2.2 结构变形与安装随机误差单独存在时的电性能对比 80
3.2.3 阵面尺寸固定且不考虑随机误差统计影响 80
3.2.4 阵面尺寸变化且考虑随机误差统计影响 84
3.3 随机误差和载荷变形误差的临界值确定 90
3.3.1 随机误差与系统变形误差单独存在时的临界值 91
3.3.2 随机误差与系统变形误差同时存在时的临界值 92
3.4 有源相控阵天线阵元位置公差与灵敏度 94
3.4.1 天线阵元位置灵敏度计算方法 94
3.4.2 案例分析与讨论 96
3.5 天线阵元位置公差设计 101
3.5.1 基于蒙特卡洛法的位置公差设计 101
3.5.2 基于灵敏度的位置公差设计 102
3.5.3 公差设计案例分析与讨论 104
3.6 有源相控阵天线机电热耦合优化设计 109
3.6.1 机电热耦合优化建模 110
3.6.2 机电热耦合优化流程与求解 112
3.7 机载天线工程案例应用与讨论 113
3.7.1 耦合优化设计 113
3.7.2 优化过程及结果讨论 121
3.8 星载天线工程案例应用与讨论 123
3.8.1 轻量化优化设计 124
3.8.2 优化结果分析 124
第4章 基于耦合模型的有源相控阵天线散热分析与设计 127
4.1 有源相控阵天线结构与T/R组件热特性 127
4.2 有源相控阵天线液冷冷板特性 128
4.3 基于S型流道的四通道T/R组件散热设计 130
4.3.1 组件与冷板参数 131
4.3.2 S型流道冷板参数计算 132
4.3.3 S型流道参数对散热性能的影响 134
4.3.4 冷却液参数对散热性能的影响 139
4.3.5 波纹状S型流道对散热性能的影响 143
4.4 基于Z型流道的四通道T/R组件散热设计 148
4.4.1 阶梯型入口Z型流道 149
4.4.2 阶梯型出入口Z型流道 151
4.4.3 加微通道阶梯型出入口Z型流道 153
4.4.4 四种Z型流道性能指标比较 155
4.5 基于芯片位置随机分布的冷板Z型流道设计 159
4.5.1 Z型流道设计方法 159
4.5.2 冷板散热仿真分析与讨论 162
4.6 微通道冷板结构特征 167
4.7 微通道几何参数对散热性能的影响 168
4.7.1 微通道高宽比 169
4.7.2 微通道宽度 170
4.7.3 微通道占空比 172
4.8 边界条件对微通道冷板散热性能的影响 173
4.8.1 流体入口速度 173
4.8.2 流体入口温度 174
4.9 有源相控阵天线不同形式微通道冷板应用分析 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 圆角S型微通道冷板 178
4.9.4 结果对比分析 179
4.9.5 多工况圆角S型微通道冷板 180
第5章 基于耦合模型的有源相控阵天线性能计算软件 183
5.1 软件开发关键共性技术 183
5.1.1 CAX软件接口技术 183
5.1.2 数据调用技术 186
5.1.3 MATLAB自启技术 186
5.1.4 图形界面嵌入技术 187
5.2 不同排布形式有源相控阵天线变形电性能计算软件 188
5.2.1 组成模块与界面设计 188
5.2.2 案例应用 189
5.3 基于测试数据的平面阵列天线电性能快速计算软件 191
5.4 星载微带阵列天线振动变形电性能计算软件 193
5.5 考虑互耦时有源相控阵天线变形电性能计算软件 195
5.6 车载有源相控阵雷达机电热多学科分析软件平台 197
5.6.1 平台组成架构 197
5.6.2 平台开发应用软件 199
5.6.3 平台公共数据 200
5.6.4 机电热耦合分析插件 200
5.6.5 多学科数据文件管理 202
5.6.6 异构模型转换与匹配 204
5.6.7 多学科模型预处理 206
5.6.8 多学科参数化建模 209
5.6.9 平台总体界面设计 215
5.6.10 工程案例应用 216
第6章 基于机电热耦合的有源相控阵天线性能补偿方法 219
6.1 电性能补偿研究现状 219
6.1.1 结构变形方面 222
6.1.2 馈电误差方面 222
6.1.3 天线罩结构和物性参数误差方面 223
6.2 基于耦合模型的有源相控阵天线相位补偿方法 223
6.3 基于耦合模型与最小平方误差的天线幅相补偿方法 224
6.4 基于耦合模型与快速傅里叶变换的天线幅相补偿方法 226
6.5 天线相位补偿方法与幅相补偿方法对比分析 228
6.5.1 基于机电耦合的相位补偿方法 228
6.5.2 基于机电耦合的幅相补偿方法 229
6.6 考虑器件量化误差的有源相控阵天线补偿量计算软件 231
6.6.1 考虑量化误差的幅相补偿量计算方法 232
6.6.2 开发方案 233
6.6.3 组成模块 234
6.6.4 功能设计 234
6.6.5 案例应用 235
6.7 补偿方法实验验证 236
6.7.1 有源相控阵天线实验平台说明 236
6.7.2 天线结构载荷变形模拟与测量 239
6.7.3 天线性能测试与补偿效果分析 241
6.8 有源相控阵天线结构应变与电性能的耦合模型 245
6.9 基于应变电磁耦合的有源相控阵天线性能补偿 248
6.9.1 基于应变电磁耦合的相位补偿法 248
6.9.2 基于应变电磁耦合的幅相补偿法 248
6.9.3 相位补偿法与幅相补偿法对比分析 249
6.10 基于应变-电磁耦合的有源相控阵天线补偿量计算软件 250
6.10.1 组成模块 251
6.10.2 界面与流程 251
6.10.3 案例应用 253
6.11 应变电磁耦合补偿方法实验验证 254
6.11.1 有源相控阵天线应变信息测量系统 254
6.11.2 基于应变的天线性能测试与补偿效果分析 255
第7章 天线阵面电源纹波耦合建模分析与补偿方法 260
7.1 有源相控阵天线阵面电源系统 260
7.2 阵面电源纹波组成因素与分类 264
7.3 全桥式阵面电源开关纹波计算与验证 267
7.3.1 开关纹波系数计算方法 267
7.3.2 电路软件仿真验证 272
7.4 阵面电源纹波与天线电性能耦合模型 274
7.5 电源纹波与温度影响下天线电性能分析与讨论 276
7.5.1 不同口面加权下阵面电源纹波的影响 276
7.5.2 固定天线电尺寸与不同电源纹波的影响 277
7.5.3 不同天线电尺寸与不同电源纹波的影响 278
7.5.4 高热功耗下阵面电源纹波的影响 279
7.5.5 均温时电源纹波与T/R组件误差的综合影响 282
7.5.6 不同温度梯度时电源纹波与T/R组件误差的综合影响 283
7.6 电源纹波影响下天线幅相补偿方法 284
7.6.1 电源纹波影响下天线幅相补偿量计算方法 284
7.6.2 电源纹波与T/R组件温漂影响下天线补偿分析 284
7.7 电源纹波的有源相控阵天线补偿量计算软件 286
7.7.1 组成模块 286
7.7.2 界面与流程 286
7.7.3 案例应用 288
第8章 天线辐射和散射性能综合设计与结构调控 290
8.1 有源相控阵天线RCS概述 290
8.1.1 天线RCS研究特点 290
8.1.2 天线RCS分析与控制方法 292
8.2 相控阵天线辐射和散射性能综合设计研究进展 295
8.3 位置随机误差的天线散射性能耦合模型 297
8.3.1 耦合模型建立 297
8.3.2 耦合模型仿真验证 299
8.4 结构变形误差对
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