[发明专利]基于器件位置的有源相控阵天线冷板机电热耦合设计方法

摘要

本发明公开了一种基于器件位置的有源相控阵天线冷板机电热耦合设计方法，包括确定有源相控阵天线T/R组件中发热器件的参数，根据发热器件的位置，设计冷板流道的拓扑形状和天线冷板的几何模型，建立天线的有限元模型，计算天线的阵面温度场分布，计算天线结构变形引起的相位误差以及温度变化引起的激励电流幅度误差、相位误差，计算有源相控阵天线的电性能，根据增益的指标要求确定有源相控阵天线冷板的设计方案。采用本发明方法可以设计出基于器件位置的有源相控阵天线冷板方案，能够有效带走发热器件所产生热量且定量分析温度变化对结构变形和激励电流幅度、相位的影响，在满足天线电性能、结构力学性能前提下达到改善温度分布、保障有效工作的目的。

主权项

基于器件位置的有源相控阵天线冷板机电热耦合设计方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：(1)根据有源相控阵天线T/R组件电路图，确定其中发热器件的参数；(2)根据T/R组件中各发热器件的位置，设计冷板流道的拓扑形状；所述步骤(2)中设计冷板流道的拓扑形状，按照以下步骤进行：(2a)根据T/R组件中各发热器件的位置与几何尺寸，确定各发热器件几何中心点的坐标；(2b)用三次B样条曲线对冷板上所有发热器件的中心点进行曲线拟合；(2c)计算每相邻两发热器件中心点之间构成曲线的曲率，若计算出来的曲率大于这两点之间距离倒数的一半，则需在此两点间添加辅助点；若这两相邻发热器件中心点构成曲线并未经过该两点中的任意一点，则仍需在此两点间添加辅助点；将此两点的坐标记为(x1，y1)和(x2，y2)，辅助点的坐标记为(x，y)，则此三点的坐标关系满足下式2x=x1+x2(x-x1+x22)2+(y-y1+y22)2=12[(x2-x1)2+(y2-y1)2];]]>(2d)用三次B样条曲线对发热器件的中心点和添加的辅助点重新进行曲线拟合；(2e)将拟合出的曲线初始端用与该点处切线斜率相同的直线与冷板边缘相交确定流道入口的几何中心位置；同样，将拟合出的曲线末端用与该点处切线斜率相同的直线与冷板边缘相交确定流道出口的几何中心位置，确定出完整的冷板流道的中心线，从而设计冷板流道的拓扑形状；(3)根据冷板流道的拓扑形状，确定流道截面的几何参数，建立有源相控阵天线冷板的几何模型；(4)根据有源相控阵天线冷板的几何模型，建立有源相控阵天线的有限元模型；(5)将有源相控阵天线的有限元模型结合制冷系统的特性参数，确定流体冷却参数，计算有源相控阵天线的阵面温度场分布；(6)根据有源相控阵天线的阵面温度场分布，计算有源相控阵天线结构变形引起的相位误差，以及温度变化引起的激励电流幅度误差、相位误差；(7)根据有源相控阵天线结构变形引起的相位误差以及温度变化引起的激励电流幅度误差、相位误差，计算有源相控阵天线的电性能，判断天线增益是否满足要求，若满足要求，即可得到最佳的有源相控阵天线冷板设计方案；否则，修改流道截面的几何参数，重复步骤(3)到(7)，直至满足要求。