耐高温相控阵天线关键技术研究

本文就制约高机动平台相控阵天线工程化应用的外表温度过高的问题提出了表面进行隔热设计、内部进行高效热控的设计思路，提出了一种可应用于隔离300℃~400℃高温的天线隔热罩设计方法，并对天线隔热罩对相控阵天线辐射特性的影响进行了仿真和分析，得出了较厚的隔热罩对天线波束指向、天线增益均存在较大影响，在实际工程应用中，需进行修正和补偿的结论。上述的设计思路和方法均经过了仿真和工程应用，相关方法可显著提升相控阵天线在高机动平台下的电气性能和环境适应性，为研制高性能耐高温相控阵天线样机提供了技术基础。

随着电子科学技术的飞速发展，特别是微波集成电路集成技术的突破，武器装备不断更新换代。作为通信链路的最前端，天线正在经历着由传统反射面天线等无源天线向有源相控阵天线革新的过程。有源相控阵天线由于其紧凑的集成架构、扁平化、小型化的安装结构，使之更加容易与载体共形设计；通过集成化的电控调相通道应用， 使得波束控制更加灵活、迅速， 可完成微秒级的波束切换， 对于高机动、高动态的移动载体平台，相控阵天线的应用成为了首选[1]-[6]。

相控阵天线带来优良电气性能的同时， 对天线安装位置的环境也提出了较高的要求。

大量有源器件的应用，内部会产生大量的热耗，再加上当前卫星通信频段普遍使用Ku、Ka 等高频段导致单元排布间距较小，热积聚现象严重，如果热量得不到有效的疏散，将导致有源器件的温度过高，进而导致功率放大芯片的效率下降、放大器增益下降、幅相不稳定等问题，更严重的可能导致芯片的损坏，造成天线的失效，从而影响设备可靠性，因此，相控阵天线的热防护问题一直是相控阵天线设计中需要重点考虑的问题。

当前， 各类移动载体平台的运动速度越来越快， 特别是机载平台， 高机动性成为了当前的主流需求， 飞机的飞行速度一般设计为1.8 马赫到4 马赫之间， 超高的飞行速度带来了机体表面与空气的剧烈摩擦， 产生了300℃~400℃的表面高温，在此情况下，当前的相控阵天线产品无法使用，恶略的安装环境限制了相控阵天线在高机动平台的应用。因此，开展耐高温相控阵天线关键技术研究，将为未来研制适应于高速平台应用的高性能相控阵天线奠定技术基础。

本文从制约相控阵天线在高速移动平台应用的热控问题出发， 讨论了耐高温相控阵天线的设计思路、耐高温相控阵天线隔热罩设计、多层隔热罩对天线性能的影响分析，并给出相应的分析结果，为耐高温相控阵天线的工程化应用提供了解决方案。

2. 耐高温相控阵天线设计思路 针对于高速移动平台，由于空气摩擦的原因导致的外表温度较高的问题，结合当前的热控技术、材料科学等方面的技术水平，耐高温相控阵天线采用了“外隔内控”的设计思路，即外部采用隔热材料， 尽量降低表面传递到内部的热量；对于内部采用高效热传递的设计思路，两种设计方法相结合，实现整机的稳定热控。