共形承载天线的耐高温技术研究

发布时间：2020-03-31 07:43

【摘要】：随着科技的发展,飞行器将进入高超声速时代。高超声速飞行器过快的飞行速度,使其蒙皮承受压力载荷作用的同时,蒙皮与空气强烈摩擦会产生几百甚至上千摄氏度的温度。为了减轻气动加热带来的影响,飞行器通常被设计成扁平的结构形式。然而,当最大限度满足武器等装载能力时,势必留给天线系统的空间将大大缩减。为了节省飞行器内部空间,需要将天线系统与机身共形设计。共形承载天线是一种既能与载体共形具备承载能力,又能实现优异电性能的新型天线形式。根据高超声速飞行器外部载荷环境特点,本文将开展适用于高超声速飞行器平台的共形承载天线耐高温技术研究。首先,选择具有耐高温能力的金属和介质材料,对微带天线单元的耐高温特性进行了分析。针对温度改变后材料电参数变化带来的S11频偏问题,通过宽频带技术给出了具有耐高温特性的微带天线单元结构,在整个20到1000℃的工作温度范围内工作带宽达到5%。参数化分析结果表明贴片长度、蒙皮厚度、基板厚度、空气层厚度以及槽尺寸对天线电性能的影响较为明显。对微带天线单元进行常温下电性能测试,天线的工作带宽达6.8%,表明该宽频带微带天线单元具有优异的宽带特性。其次,采用微带天线单元搭建1x8耐高温共形承载阵列天线结构,通过机电热相互影响关系分析,提出机电热耦合的分析方法。首先进行耐高温共形承载阵列天线结构的温度-压力多物理场顺序耦合分析获得结构变形数据;然后利用变形后的天线结构数据进行曲面拟合并构建变形天线结构;最后采用电磁仿真软件分析变形天线结构的电性能。结果显示,天线结构变形量与电性能存在一一对应的关系:当变形量超过0.56mm后,平均S参数将大于-15d B。最后,针对1x8耐高温共形承载阵列天线结构受温受压导致变形量大而影响其电性能的问题,本文提出一种通过提高天线结构强度,减小其变形量,进而满足电性能要求的优化方法。通过建立含加强筋的共形承载阵列天线结构优化设计模型,以天线结构变形量作为约束条件,天线结构重量为目标对模型进行优化设计。在同时满足天线力学性能和电性能的情况下,对比增加接地板厚度使天线结构增重103.63%的方法,含加强筋的1x8耐高温共形承载阵列天线结构重量仅增加10.15%。
【图文】：

共形阵列,机翼,共形

西安电子科技大学硕士学位论文1.2 国内外研究现状1.2.1 共形承载天线国内外研究现状早在 1960 年前后，美国海军想要一种能够镶嵌在飞行器蒙皮上的天线，，这一想法拉开了对共形承载天线研究的大幕。1970 年 1 月和 1972 年 2 月相继召开了第一二届共形承载天线会议，此后对 CLAS 的研究进入快速发展阶段。比如，Steyskal 等人将一款 C 波段的阵列天线共形于机翼上[4]，见图 1.1；新加坡国立大学 N.Yuan，X.C.Nie 和 Y.B.Gan[5]等人分析了具有有限弯曲频率选择表面（FSS）天线罩的共形微带天线阵列；格鲁曼公司制造出与机翼共形的共形阵，图 1.2 是整合到飞机机翼上的共形阵列[6]。

共形阵列,飞机机翼,共形

西安电子科技大学硕士学位论文1.2 国内外研究现状1.2.1 共形承载天线国内外研究现状早在 1960 年前后，美国海军想要一种能够镶嵌在飞行器蒙皮上的天线，这一想法拉开了对共形承载天线研究的大幕。1970 年 1 月和 1972 年 2 月相继召开了第一二届共形承载天线会议，此后对 CLAS 的研究进入快速发展阶段。比如，Steyskal 等人将一款 C 波段的阵列天线共形于机翼上[4]，见图 1.1；新加坡国立大学 N.Yuan，X.C.Nie 和 Y.B.Gan[5]等人分析了具有有限弯曲频率选择表面（FSS）天线罩的共形微带天线阵列；格鲁曼公司制造出与机翼共形的共形阵，图 1.2 是整合到飞机机翼上的共形阵列[6]。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V443.4;V243.4

【参考文献】