雷达阵面热变形非相似性特性研究
发布时间：2021-07-20 16:28
有源相控阵雷达（Active Phased Array Radar,APAR）的独特优势在于每一个天线单元均配备有一个发射/接收组件（Transmit/Receive Module,TRM）,从而具有可靠性高、功能性强等诸多独特的优点,因此在军事航天等领域中受到越来越多的重视。正因如此,APAR在实际工况中会由于内部器件热功耗以及外部环境温度的变化产生明显的阵面热变形,进而造成雷达主瓣增益损失、副瓣电平升高和指向角度误差等电性能下降的情况。因此对有源相控阵雷达阵面热变形规律进行研究以有效降低阵面热变形对电性能的影响,是提高APAR整体性能的必要措施之一,对于提升我国雷达技术水平和增强我国军事实力具有重要意义。为了对有源相控阵雷达阵面热变形规律进行研究,本文基于自行研发设计的一台APAR实验样机为实验对象进行研究。首先对APAR实验样机的阵面热变形情况进行准确测量,进而根据实验测量数据分析雷达阵面热变形非相似性特性,通过分析结果和相关理论算法建立雷达阵面热变形预测模型,从而实现对阵面热变形的准确预测和补偿。本文的主要研究工作和成果总结如下:1)依据APAR内部器件热功耗原理,设计一台AP...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
机载和舰载APAR实例
合肥工业大学博士研究生学位论文163雷达阵面热变形实验平台建立本章介绍了APAR阵面热变形实验平台的设计和搭建，包括雷达实验样机的设计、阵面热变形测量系统及温度同步测量系统的搭建。该实验平台的合理设计是获取准确的雷达阵面热变形数据的前提，是本文研究内容的硬件保障。3.1雷达实验样机设计真实的APAR造价昂贵，如果以真实的APAR为实验对象进行阵面热变形研究，则会大大增大实验成本，造成科研经费紧缺。因此本文基于APAR在工作状态下内部器件热功耗原理设计了一台APAR实验样机，该样机能够模拟真实APAR内部器件热功耗对阵面热变形的影响，且热功耗可以人为控制以便于实验研究。该实验样机的主要结构有阵面、支撑柱、测量立柱和加热器及其控制电路，下面分别进行介绍。雷达实验样机SolidWorks装配图如图3.1所示。图3.1雷达实验样机装配图Fig3.1APARexperimentalmodelassemblydrawing3.1.1雷达样机整体框架如图3.1所示，白色框架阵面模拟真实雷达的阵面，其受到内部器件热功耗的影响发生热变形。红色部分为加热器，模拟雷达内部器件热功耗，作为APAR的内部热源，加热器共60个，按6×10空间位置分布。阵面上绿色部分为测量立柱，主要用于测量阵面不同位置处的热变形情况，测量立柱共55个，按照5×11位置分布。通过相应夹具装夹4个支撑柱可以实现对雷达模型的固定。本文通过测量不同位置处测量立柱的空间坐标变化，来得到雷达阵面不同位阵面立柱支撑柱加热器XOYZ
3雷达阵面热变形实验平台建立17置处的热变形情况。本文对每个立柱坐标的测量采用5点测量法，5个测点位置分布示意图如图3.2所示，每根立柱高度25mm，X和Y方向的上下两个测点间距为10mm。通过计算每个立柱X、Y和Z三个方向坐标测量值与初始值之间的偏差，即可得每次加热后该立柱所在位置的阵面各个方向热变形结果。图3.2立柱测点位置示意图Fig3.2Schematicdiagramofmeasuringpointpositionofcolumn3.1.2加热器及控制装置图3.1中加热器按6×10空间位置分布，每一行的10个加热器电压由一个控制电路进行控制，所以共6个电路对所有加热器的加热电压进行控制。加热器的内部结构如图3.3所示，包括加热器外壳、内部PTC加热片以及用以固定PTC加热片的填充物。控制电路由24V开关电源提供稳定电压输出，然后使用可控硅变压模块对24V电压进行调节，调节范围为1V~22V。通过6个控制电路可以认为调整加载在加热器中发热片上的电压，进而实现加热器发热温度的调整。由此即可实现雷达内部不同发热情况的控制，从而研究不同温度情况下雷达模型的热变形规律。图3.3加热器内部结构图Fig3.3Internalstructurediagramofheater10mm10mm
【参考文献】：
期刊论文
[1]有源相控阵雷达阵面热变形预测建模理论[J]. 苗恩铭,魏新园,刘辉,潘巧生. 中国机械工程. 2018(19)
[2]某有源相控阵雷达阵面散热设计研究[J]. 李宝洋. 现代制造技术与装备. 2018(05)
[3]相控阵雷达研究现状与发展趋势[J]. 邵春生. 现代雷达. 2016(06)
[4]大型地面固定式相控阵雷达液冷系统设计及实现[J]. 王建峰. 电子机械工程. 2016(02)
[5]星载SAR相控阵天线一体化热设计[J]. 倪勇,李建新,陈辉,余伟. 现代雷达. 2016(04)
[6]某相控阵雷达T/R组件热设计研究[J]. 任恒,刘万钧,洪大良,黄靖,张先锋. 火控雷达技术. 2015(04)
[7]铝制圆环热变形受形体结构约束的原子仿真与实验研究[J]. 倪洋,苗恩铭,张辉,陈瑞祥,张雪峰. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2015(09)
[8]重卡螺栓连接扭矩-预紧力关系影响因素分析[J]. 邵国强,朱林波,洪军,屈云鹏,张雪峰. 西安交通大学学报. 2015(10)
[9]基于热力转换机理仿真圆柱体零件形体边界约束的热变形[J]. 苗恩铭,徐祗尚,周小帅,雷德荣,倪洋. 光学精密工程. 2015(02)
[10]一种有源相控阵天线误差补偿方法[J]. 赵宇浩,蔡辉. 计算机测量与控制. 2014(07)
硕士论文
[1]相控阵天线冷板热仿真与热设计[D]. 潘雨.电子科技大学 2016
[2]面向结构误差的有源相控阵天线电性能补偿方法[D]. 余涛.西安电子科技大学 2014
[3]基于机电热耦合的有源相控阵天线冷板热设计[D]. 王艳.西安电子科技大学 2014
[4]典型电子设备热—结构变形分析研究[D]. 李凯.西安电子科技大学 2011
[5]基于神经网络的相控阵天线热变形研究[D]. 宋东升.西安电子科技大学 2010
[6]相控阵天线阵面热变形规律研究[D]. 高慧莲.西安电子科技大学 2009
[7]有源相控阵天线流—热—结构耦合研究[D]. 陈国强.西安电子科技大学 2008
本文编号：3293177
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
机载和舰载APAR实例
合肥工业大学博士研究生学位论文163雷达阵面热变形实验平台建立本章介绍了APAR阵面热变形实验平台的设计和搭建，包括雷达实验样机的设计、阵面热变形测量系统及温度同步测量系统的搭建。该实验平台的合理设计是获取准确的雷达阵面热变形数据的前提，是本文研究内容的硬件保障。3.1雷达实验样机设计真实的APAR造价昂贵，如果以真实的APAR为实验对象进行阵面热变形研究，则会大大增大实验成本，造成科研经费紧缺。因此本文基于APAR在工作状态下内部器件热功耗原理设计了一台APAR实验样机，该样机能够模拟真实APAR内部器件热功耗对阵面热变形的影响，且热功耗可以人为控制以便于实验研究。该实验样机的主要结构有阵面、支撑柱、测量立柱和加热器及其控制电路，下面分别进行介绍。雷达实验样机SolidWorks装配图如图3.1所示。图3.1雷达实验样机装配图Fig3.1APARexperimentalmodelassemblydrawing3.1.1雷达样机整体框架如图3.1所示，白色框架阵面模拟真实雷达的阵面，其受到内部器件热功耗的影响发生热变形。红色部分为加热器，模拟雷达内部器件热功耗，作为APAR的内部热源，加热器共60个，按6×10空间位置分布。阵面上绿色部分为测量立柱，主要用于测量阵面不同位置处的热变形情况，测量立柱共55个，按照5×11位置分布。通过相应夹具装夹4个支撑柱可以实现对雷达模型的固定。本文通过测量不同位置处测量立柱的空间坐标变化，来得到雷达阵面不同位阵面立柱支撑柱加热器XOYZ
3雷达阵面热变形实验平台建立17置处的热变形情况。本文对每个立柱坐标的测量采用5点测量法，5个测点位置分布示意图如图3.2所示，每根立柱高度25mm，X和Y方向的上下两个测点间距为10mm。通过计算每个立柱X、Y和Z三个方向坐标测量值与初始值之间的偏差，即可得每次加热后该立柱所在位置的阵面各个方向热变形结果。图3.2立柱测点位置示意图Fig3.2Schematicdiagramofmeasuringpointpositionofcolumn3.1.2加热器及控制装置图3.1中加热器按6×10空间位置分布，每一行的10个加热器电压由一个控制电路进行控制，所以共6个电路对所有加热器的加热电压进行控制。加热器的内部结构如图3.3所示，包括加热器外壳、内部PTC加热片以及用以固定PTC加热片的填充物。控制电路由24V开关电源提供稳定电压输出，然后使用可控硅变压模块对24V电压进行调节，调节范围为1V~22V。通过6个控制电路可以认为调整加载在加热器中发热片上的电压，进而实现加热器发热温度的调整。由此即可实现雷达内部不同发热情况的控制，从而研究不同温度情况下雷达模型的热变形规律。图3.3加热器内部结构图Fig3.3Internalstructurediagramofheater10mm10mm
【参考文献】：
期刊论文
[1]有源相控阵雷达阵面热变形预测建模理论[J]. 苗恩铭,魏新园,刘辉,潘巧生. 中国机械工程. 2018(19)
[2]某有源相控阵雷达阵面散热设计研究[J]. 李宝洋. 现代制造技术与装备. 2018(05)
[3]相控阵雷达研究现状与发展趋势[J]. 邵春生. 现代雷达. 2016(06)
[4]大型地面固定式相控阵雷达液冷系统设计及实现[J]. 王建峰. 电子机械工程. 2016(02)
[5]星载SAR相控阵天线一体化热设计[J]. 倪勇,李建新,陈辉,余伟. 现代雷达. 2016(04)
[6]某相控阵雷达T/R组件热设计研究[J]. 任恒,刘万钧,洪大良,黄靖,张先锋. 火控雷达技术. 2015(04)
[7]铝制圆环热变形受形体结构约束的原子仿真与实验研究[J]. 倪洋,苗恩铭,张辉,陈瑞祥,张雪峰. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2015(09)
[8]重卡螺栓连接扭矩-预紧力关系影响因素分析[J]. 邵国强,朱林波,洪军,屈云鹏,张雪峰. 西安交通大学学报. 2015(10)
[9]基于热力转换机理仿真圆柱体零件形体边界约束的热变形[J]. 苗恩铭,徐祗尚,周小帅,雷德荣,倪洋. 光学精密工程. 2015(02)
[10]一种有源相控阵天线误差补偿方法[J]. 赵宇浩,蔡辉. 计算机测量与控制. 2014(07)
硕士论文
[1]相控阵天线冷板热仿真与热设计[D]. 潘雨.电子科技大学 2016
[2]面向结构误差的有源相控阵天线电性能补偿方法[D]. 余涛.西安电子科技大学 2014
[3]基于机电热耦合的有源相控阵天线冷板热设计[D]. 王艳.西安电子科技大学 2014
[4]典型电子设备热—结构变形分析研究[D]. 李凯.西安电子科技大学 2011
[5]基于神经网络的相控阵天线热变形研究[D]. 宋东升.西安电子科技大学 2010
[6]相控阵天线阵面热变形规律研究[D]. 高慧莲.西安电子科技大学 2009
[7]有源相控阵天线流—热—结构耦合研究[D]. 陈国强.西安电子科技大学 2008
本文编号：3293177
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