相控陣天線設計
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-02-10
相控陣天線設計的實例教程
本專題將以“一期一會”的形式，攜手各領域專家，圍繞Ansys全產品線的技術優(yōu)勢，帶您深入解析流體、結構、電子設計及電磁仿真、光學、光子學、半導體、自動駕駛、汽車、聲學、航空航天、材料等多個關鍵領域，讓復雜的專業(yè)知識觸手可及。
相控陣列天線是一組排列成陣列的單元天線，其像單個天線一樣協(xié)同工作，通過電子方式控制發(fā)射無線電波，無需物理移動天線即可使其指向一個或多個方向。
在波束成形的過程中，相控陣列系統(tǒng)以相同頻率從每個天線單元發(fā)送信號，但每個單元的相位和大小各不相同。這樣做，就會在電磁波疊加時產生相長干涉和相消干涉，從而形成一種代表定向高增益波束的輻射方向圖。
大多數(shù)相控陣列天線是平面的，由成百上千個天線單元組成，這些單元可能排列成一條線、一個平面，或者是三維立體結構。工程師會利用仿真驅動的高頻電磁物理學來設計陣列元件、整體陣列配置，以及驅動天線的射頻（RF）硬件和電子電路。
相控陣列天線的基礎知識
相控陣列天線系統(tǒng)十分復雜且功能強大，包含電力電子設備、RF組件和天線設計。為了解設計團隊如何配置相控陣列天線系統(tǒng)，以及哪些應用最適合該技術，工程師應熟悉以下基礎知識。
無線電波振幅、相位、頻率和波長
無線電波是一種高頻電磁輻射，其波形是正弦波，在大約3 KHz至3,000 GHz的帶寬范圍內振蕩。此圖顯示了無線電波的基本特征：
波長是波在一個周期內傳播的距離。幅度是波的最大值，而相位是每個波的峰值之間的差值，或者說是它們的時間延遲。相控陣列天線的頻率通常是恒定的，只有微小的變化，但每個天線的相位和振幅都可以發(fā)生變化。
天線單元
天線單元是陣列中的單個天線。雖然有許多不同類型的天線單元可以用于組合形成陣列，但最常用的天線單元是貼片天線、微帶貼片天線、波導喇叭或單極子天線。天線的工作頻率決定了單元的尺寸和間距。
展開 前言
在上世紀三十年代，相控陣技術就已經(jīng)出現(xiàn)在軍事領域的雷達應用中。近年來隨著模擬微波/毫米波集成電路（MMIC）技術、數(shù)字波束形成技術、計算機及信號處理技術突飛猛進的發(fā)展，相控陣理論也得到了長足的發(fā)展，結合相控陣理論的天線技術也成為天線領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搜索跟蹤、高自適應能力的先進檢測系統(tǒng)。
當前計算機技術和各種三維電磁軟件的發(fā)展，為天線設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． 單元設計
這里方便起見，采用背饋的微帶天線，模型如下
本文設計在73.5GHZ左右，經(jīng)過不斷優(yōu)化仿真，得到回撥損耗如下圖
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)相關理論，天線單元沒翻倍，增益將增加3dB左右，當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 id=33
摘要：分析了近年來國內外星載有源相控陣天線熱控相關技術的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，包括導熱、非分離式熱管、毛細泵驅回路熱管、相變儲能技術、單相泵驅流體回路、兩相泵驅流體回路、微通道冷卻及射流沖擊冷卻等先進熱控技術．結合對國外其他航天器熱控系統(tǒng)的相關創(chuàng)新性技術和設計的綜述，對比指出目前我國在一些關鍵技術方面與國外先進技術水平的差距；同時，考慮航天器在空間特殊應用環(huán)境下熱管理過程的熱量收集、傳輸和排散環(huán)節(jié)，分析熱控系統(tǒng)整體化設計過程，提出了星載有源相控陣天線熱控技術的未來主要發(fā)展方向，包括兩相泵驅流體回路關鍵技術突破、新型高效主被動復合式熱控架構探索及新型熱控技術與輻射器設計相結合等，可為未來我國新一代星載有源相控陣天線的散熱方案研究提供參考．
關鍵詞：相控陣天線; 熱控技術; 結構導熱; 相變儲能; 泵驅流體回路技術; 射流冷卻
以衛(wèi)星為平臺的有源相控陣天線(active phased array antennas，APAA)因其具有大口徑、輕型結構及高增益、作用距離遠、波束快速掃描、波束形狀捷變和多波束形成等特點，可滿足先進星載信息裝備的結構與性能要求．
展開 step3:依據(jù)天線口徑以及基板材料等參數(shù)，完成介質基板建模，最終完成微帶相控陣天線自動建模。
總結
本文介紹了一種微帶相控陣天線自適應建模方法，其依據(jù)天線口徑/貼片與饋線的結構參數(shù)/波束掃描角范圍，可實現(xiàn)微帶相控陣天線的自適應建模，相較于原模塊，建模效率更高，操作更加便捷。
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來源：科學與技術 作者：蔣瑞 高天一
關鍵字：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的空間布局，對天線冷板進行了結構設計，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，對仿真結果進行分析，驗證了冷板的結構設計滿足了相控陣雷達天線陣面發(fā)熱插件通風散熱要求。
1 某機載雷達相控陣的構成
機載相控陣雷達主要由T/R組件、波控網(wǎng)絡、天線振子、電源、天線陣面、饋電網(wǎng)絡等部分組成。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組件工作時產生的熱量散發(fā)至外部環(huán)境成為熱設計的關鍵與難點。
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；對冷卻流體工質聯(lián)接導管、冷卻工質進出口、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)技術參數(shù)：環(huán)境溫度：50℃；流體介質：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)天線艙內的空間布局，以及上表中的熱邊界條件，對冷板進行了結構設計并建立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：介質為65#防凍液，介質溫度=35℃，環(huán)境溫度=55℃，總功耗為15KW，系統(tǒng)總流量為2.048m3/h。
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仿真如何實現(xiàn)相控陣列天線設計
如果沒有仿真，即使是設計小型相控陣天線陣列也會十分困難。因此，對于擁有數(shù)千個天線單元的系統(tǒng)來說，仿真更是至關重要。
主題二：《CST 相控陣天線仿真方案》 30分鐘
內容簡介：展示CST在衛(wèi)星通訊相控陣天線的設計流程，主要包含：在Array Task中設置用于圓極化的子陣（sub array）、子陣的仿真分析以及全陣模型的仿真和分析。
主題三：《CST陣列天線仿真培訓》60分鐘
內容簡介：實操演示CST仿真相控陣天線的全流程。
來源 |
電子器件封裝及熱管理專刊
作者 |
褚雯霄1，
呂義高1，
王耀霆2，
王秋旺1
單位
| 1.西安交通大學熱流科學與工程教育部重點實驗室；2.中國空間技術研究院安分院
原文 |
DOI：10.13245/j.hust.221214
，http://xb.hust.edu.cn/sissue?id
相控陣天線設計
HFSS軟件針對現(xiàn)代相控陣天線的設計需求，提供了從模塊到整機系統(tǒng)的設計平臺，可實現(xiàn)電磁場一電路一電磁場的閉環(huán)仿真，有效地幫助工程師攻克相控陣天線在系統(tǒng)集成方面的設計難題。
當前計算機技術和各種三維電磁軟件的發(fā)展，為天線設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．
來源：科學與技術 作者：蔣瑞 高天一
關鍵字：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的空間布局，對天線冷板進行了結構設計，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，對仿真結果進行分析，驗證了冷板的結構設計滿足了相控陣雷達天線陣面發(fā)熱插件通風散熱要求。
結構多學科仿真，可進行各類與流體力學相關的分析等，如相控陣天線冷板設計
Ansys產品面向工程，專注仿真，以增強仿真能力，提高仿真效率，完善仿真功能，通過軟件的不斷進步驅動研發(fā)設計的改善。
結構多學科仿真，可進行各類與流體力學相關的分析等，如相控陣天線冷板設計
Ansys產品面向工程，專注仿真，以增強仿真能力，提高仿真效率，完善仿真功能，通過軟件的不斷進步驅動研發(fā)設計的改善。
結構多學科仿真，可進行各類與流體力學相關的分析等，如相控陣天線冷板設計
Ansys產品面向工程，專注仿真，以增強仿真能力，提高仿真效率，完善仿真功能，通過軟件的不斷進步驅動研發(fā)設計的改善。
摘要
基于matlab結合matlab-feko-APIs接口函數(shù)庫可以實現(xiàn)對FEKO的二次開發(fā)，在CADfeko上實現(xiàn)復雜結構+重復性結構問題的快速仿真建模，其可以兼顧CADFEKO的直觀性和簡易性以及Matlab的高效性，可以極大的提高模型建模效率，降低人為處理大量重復性結構建模所帶來的低效，易錯的問題。該操作流程在往期文章中有詳細介紹，此處不再贅述。
http://www.yqgqt.org.cn
