相控陣天線建模
關(guān)注創(chuàng)建者：電磁CAEer 創(chuàng)建時間：2020-08-16
相控陣天線建模的實例教程
其中主程序完成天線結(jié)構(gòu)參數(shù)化，并通過幅相分布函數(shù)和接口函數(shù)庫的調(diào)用實現(xiàn)相控陣天線的建模；幅相分布函數(shù)為依據(jù)不同的波束掃描角，完成陣元饋電幅相分布的計算，其中幅度計算依據(jù)taylor分布，第（m，n）單元的相位計算依據(jù)平面陣列的綜合公式如下（ps:theta為俯仰角，phi為方位角）；接口函數(shù)庫實現(xiàn)了matlab與FEKO之間的對接。
操作流程
step1:天線結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入，并運行程序，生成建模腳本.lua。
step2:在CADfeko中的腳本編輯器script editor中打開建模腳本，并運行腳本，完成貼片/饋線/多求解項等的建模。
step3:依據(jù)天線口徑以及基板材料等參數(shù)，完成介質(zhì)基板建模，最終完成微帶相控陣天線自動建模。
總結(jié)
本文介紹了一種微帶相控陣天線自適應(yīng)建模方法，其依據(jù)天線口徑/貼片與饋線的結(jié)構(gòu)參數(shù)/波束掃描角范圍，可實現(xiàn)微帶相控陣天線的自適應(yīng)建模，相較于原模塊，建模效率更高，操作更加便捷。
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展開 一方面，其與艦載、機載等平臺不同，星載有源相控陣天線在運載、入軌、運行以至返回地面等期間要經(jīng)受各種特殊、嚴(yán)格的空間環(huán)境考驗，例如真空、微重力、太陽輻射
等
；另一方面，在有源相控陣天線向著高功率、高集成、強環(huán)境適應(yīng)性等方向發(fā)展的同時，相控陣天線的高度集成使天線內(nèi)部的熱流密度不斷增
加
．
據(jù)美國海軍預(yù)計，作為有源相控陣雷達天線關(guān)鍵部件的T/R組件，其熱流密度將突破1 kW/c
m2
，而目前我國在該領(lǐng)域的冷卻技術(shù)卻遠未達到這一要
求
．以上問題對可靠、合理、高效的星載有源相控陣熱管理系統(tǒng)(thermal management system，TMS)的設(shè)計及相關(guān)熱控技術(shù)的發(fā)展提出了新的要求和更高的挑戰(zhàn)．
從美國國家航空和航天局于1978年6月成功發(fā)射世界上第一顆裝載有源相控陣天線的海洋衛(wèi)星SEASAT-1至
今
，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，國內(nèi)外有源相控陣天線熱控技術(shù)總體上可以分為四個層次：第一代結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱技術(shù)，第二代熱管和相變儲能技術(shù)，第三代流體回路技術(shù)，第四代微流道、射流冷卻技術(shù)．
在新一代熱控技術(shù)不斷發(fā)展的同時，由于一些具有獨特物性的材料的研發(fā)以及裝備制造技術(shù)的提升，第一代的結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱技術(shù)和第二代的熱管與相變儲能技術(shù)也隨之呈現(xiàn)出新的面貌．
展開 工程師使用仿真工具來設(shè)計、驗證和優(yōu)化天線陣列、天線單元和波束成形組件。他們還可以對天線與整個系統(tǒng)的交互方式進行仿真。
全面、易用且準(zhǔn)確的高頻電磁學(xué)有限元工具，如Ansys HFSS高頻電磁仿真軟件，適用于相控陣列天線的幾乎所有電磁相關(guān)環(huán)節(jié)。憑借強大的網(wǎng)格劃分、并行求解器和專為陣列創(chuàng)建的工作流程，該軟件堪稱組件和系統(tǒng)級建模的黃金標(biāo)準(zhǔn)。HFSS軟件可對從單個波導(dǎo)到整個裝配體的信號傳播等所有方面進行仿真，并在硬件可用之前就對天線進行建模。
Ansys Perceive EM射頻信道和雷達特征仿真軟件等應(yīng)用中采用的彈跳射線法，使用戶能夠?qū)ζ?em>天線在遠距離和障礙物周圍（如倉庫中的貨架或城市中的建筑物等）的性能進行建模，從而將仿真提升到一個新的水平。在設(shè)計天線系統(tǒng)時，負(fù)責(zé)評估其本地安裝影響的團隊，會使用HFSS軟件中的彈跳射線法（SBR）功能來分析天線與發(fā)射塔、建筑物或車輛的自耦合效應(yīng)。工程師還可以利用系統(tǒng)級工具，如Ansys RF信道建模器高保真度無線信道建模軟件，借助仿真來對其天線設(shè)計在網(wǎng)絡(luò)中的工作方式進行建模。
設(shè)計團隊在理解并優(yōu)化電磁特性后，需要了解相控陣列系統(tǒng)的熱和結(jié)構(gòu)響應(yīng)。他們可以使用諸如Ansys Mechanical結(jié)構(gòu)有限元分析（FEA）軟件或Ansys Icepak電子冷卻仿真軟件等工具，這些工具可與高頻電磁求解器連接。如果天線安裝在車輛或飛機上，他們可能需要使用CFD工具，如Ansys Fluent流體仿真軟件，來了解和設(shè)計高速空氣動力載荷。
展開 前言
在上世紀(jì)三十年代，相控陣技術(shù)就已經(jīng)出現(xiàn)在軍事領(lǐng)域的雷達應(yīng)用中。近年來隨著模擬微波/毫米波集成電路（MMIC）技術(shù)、數(shù)字波束形成技術(shù)、計算機及信號處理技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，相控陣理論也得到了長足的發(fā)展，結(jié)合相控陣理論的天線技術(shù)也成為天線領(lǐng)域里的一個熱門話題。相控陣雷達成為近幾年快速發(fā)展的一種新型雷達，主要的優(yōu)點在于其搜索跟蹤目標(biāo)時，陣列天線是固定的，只要改變天線陣元間的相位差，即可達到使天線方向圖進行無慣性掃描的目的，避免了使陣列天線做機械轉(zhuǎn)動時的一系列問題。并且通過改變天線陣元饋電幅度的 大小，也可以使天線陣方向圖的形狀進行一定的改變，以便應(yīng)對不同的需求。目前，相控陣雷達已經(jīng)成為一個具有多目標(biāo)搜索跟蹤、高自適應(yīng)能力的先進檢測系統(tǒng)。
當(dāng)前計算機技術(shù)和各種三維電磁軟件的發(fā)展，為天線設(shè)計提供了強大的輔助，目前使用較多的有FEKO，HFSS，CST等軟件，本文采用CST設(shè)計一款相控陣天線，實現(xiàn)波束掃描，相對于傳統(tǒng)方法，大大節(jié)省計算資源和時間。
1． 單元設(shè)計
這里方便起見，采用背饋的微帶天線，模型如下
本文設(shè)計在73.5GHZ左右，經(jīng)過不斷優(yōu)化仿真，得到回?fù)軗p耗如下圖
上圖可知，-10db帶寬為71GHz---76.5GHz
天線單元的增益比較重要，太小的話會影響天線陣列的性能，根據(jù)相關(guān)理論，天線單元沒翻倍，增益將增加3dB左右，當(dāng)然這是在理想情況下，也就是耦合很小情況。
上圖可知，微帶單元的最大輻射方向垂直于貼片，最大增益為7.64dB，符合常規(guī)要求。
二.陣列快速建立
接下來打開CST陣列快速建模功能如下如，這里采用橢圓形，單元個數(shù)在x方向為30個，y方向為20個。間隔3mm。
為了有效減低副瓣，采用泰勒綜合功能
上圖可知，在周邊幅度盡量小，中心大，這樣可以有效得到低副瓣。
展開 來源：科學(xué)與技術(shù) 作者：蔣瑞 高天一
關(guān)鍵字：相控陣雷達 天線冷板 散熱仿真
本文根據(jù)某機載相控陣雷達天線艙內(nèi)的空間布局，對天線冷板進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，并運用有限元體積法的Icepak軟件對三維模型進行散熱效能仿真，對仿真結(jié)果進行分析，驗證了冷板的結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足了相控陣雷達天線陣面發(fā)熱插件通風(fēng)散熱要求。
1 某機載雷達相控陣的構(gòu)成
機載相控陣雷達主要由T/R組件、波控網(wǎng)絡(luò)、天線振子、電源、天線陣面、饋電網(wǎng)絡(luò)等部分組成。其中T/R組件是整個天線的核心以及發(fā)熱集中區(qū)域，因此如何將T/R組件工作時產(chǎn)生的熱量散發(fā)至外部環(huán)境成為熱設(shè)計的關(guān)鍵與難點。
2 天線陣面熱仿真
2.1 天線陣面模型建立及簡化
對于本模型，在進行散熱分析時，主要關(guān)注的是T/R組件基板上高功率芯片的發(fā)熱量以及冷板散熱能力，其他細小零件對整體模塊的散熱的影響不大進行了省略處理；對冷卻流體工質(zhì)聯(lián)接導(dǎo)管、冷卻工質(zhì)進出口、T/R組件等直接或間接影響散熱能力的部件進行模型簡化分析。
根據(jù)天線陣面冷卻系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)：環(huán)境溫度：50℃；流體介質(zhì)：65#防凍液；流體溫度：35℃，可以得到天線陣面熱邊界參數(shù)如表1：
表1 天線陣面熱設(shè)計邊界條件
表中T/R組件進出口溫差為串聯(lián)支路的溫差，其余皆為單個。
根據(jù)天線艙內(nèi)的空間布局，以及上表中的熱邊界條件，對冷板進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計并建立ICEPAK模型如圖1所示。
圖1 雷達陣面熱仿真模型布置圖
2.2 熱仿真結(jié)果分析
對模型進行三維散熱效能仿真建模，其仿真條件：介質(zhì)為65#防凍液，介質(zhì)溫度=35℃，環(huán)境溫度=55℃，總功耗為15KW，系統(tǒng)總流量為2.048m3/h。
展開 
相控陣天線建模的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
相控陣天線建模的最新內(nèi)容
寫在前面
仿真、模擬、有限元分析、多物理場……這些術(shù)語是不是早已成為每位仿真人的“日常”？大家是否知曉其背后的技術(shù)原理和演進趨勢，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。本專題將以“一期一會”的形式，攜手各領(lǐng)域?qū)＜?，圍繞Ansys全產(chǎn)品線的技術(shù)優(yōu)勢，帶您深入解析流體、結(jié)構(gòu)、電子設(shè)計及電磁仿真、光學(xué)、光子學(xué)、半導(dǎo)體、自動駕駛、汽車
來源 |
電子器件封裝及熱管理?？? 作者 |
褚雯霄1，
呂義高1，
王耀霆2，
王秋旺1
單位
| 1.西安交通大學(xué)熱流科學(xué)與工程教育部重點實驗室；2.中國空間技術(shù)研究院安分院
原文 |
DOI：10.13245/j.hust.221214
，http://xb.hust.edu.cn/sissue?id
前言
在上世紀(jì)三十年代，相控陣技術(shù)就已經(jīng)出現(xiàn)在軍事領(lǐng)域的雷達應(yīng)用中。近年來隨著模擬微波/毫米波集成電路（MMIC）技術(shù)、數(shù)字波束形成技術(shù)、計算機及信號處理技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，相控陣?yán)碚撘驳玫搅碎L足的發(fā)展，結(jié)合相控陣?yán)碚摰奶炀€技術(shù)也成為天線領(lǐng)域里的一個熱門話題。相控陣?yán)走_成為近幾年快速發(fā)展的一種新型雷達，主要的優(yōu)點在于其搜索跟蹤目標(biāo)時，陣列天線是固定的，只要改變天線陣元間的相位差，即可達到使天線方向圖進行無慣性掃描的目的
來源：科學(xué)與技術(shù) 作者：蔣瑞 高天一
關(guān)鍵字：相控陣?yán)走_ 天線冷板 散熱仿真
本文根據(jù)某機載相控陣?yán)走_天線艙內(nèi)的空間布局，對天線冷板進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，并運用有限元體積法的Icepak軟件對三維模型進行散熱效能仿真，對仿真結(jié)果進行分析，驗證了冷板的結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足了相控陣?yán)走_天線陣面發(fā)熱插件通風(fēng)散熱要求。
1 某機載雷達相控陣的構(gòu)成
機載相控陣?yán)走_主要由
step3:依據(jù)天線口徑以及基板材料等參數(shù)，完成介質(zhì)基板建模，最終完成微帶相控陣天線自動建模。
總結(jié)
本文介紹了一種微帶相控陣天線自適應(yīng)建模方法，其依據(jù)天線口徑/貼片與饋線的結(jié)構(gòu)參數(shù)/波束掃描角范圍，可實現(xiàn)微帶相控陣天線的自適應(yīng)建模，相較于原模塊，建模效率更高，操作更加便捷。
