西安电子科技大学王从思教授课题组对阵列天线研究现状展开了研究、分析与探讨，成果以“阵列天线电磁-结构-热耦合理论：现在与未来(Electromagnetic-Structural-Thermal Coupling Theory for Array Antenna: Present and Future)”为题发表在《电子学报》。

内容简介

有源相控阵雷达作为支撑国家战略安全的核心装备，承担着国家战略反导、超视距探测、反隐身侦查、远程引导打击等重大任务，维护着我国的国土安全，更是我国大国地位的战略支柱。有源相控阵雷达中每个天线单元都连接有对应的发射/接收组件，通过控制移相器改变天线孔径上的相位分布，实现天线不做机械转动而天线波束在空间进行快速电扫描，具备微秒时间内灵活且无惯性扫描、功能多、可靠性高、大数据率、低雷达反射截面积、自适应能力强等无可比拟的优势。

随着现代国防的需求提升，有源相控阵天线向着高频段、高增益、高指向精度、低副瓣电平等方向不断迈进，天线的高电磁指标对结构的刚度、轻量化、高效散热等设计参数提出了严苛的要求，天线内部各参数呈现高维度多场耦合关系，更容易受到战场恶劣环境的干扰而恶化天线的电性能，降低雷达的探测威力、制导精度与战场生存能力等。有源相控阵天线是涉及多学科交叉的典型装备，其结构、热、电磁之间存在的相互影响、相互制约的耦合关系定义为有源相控阵天线的机电热耦合问题。耦合问题主要包括：（1）馈电误差影响天线电磁性能。有源相控阵天线馈电网络误差、辐射单元失效、热敏电子元器件（如发射/接收组件中的移相器）性能温漂、天线单元互耦等都会引起馈电电流的幅相误差，导致天线电磁性能恶化；（2）结构误差影响天线电磁性能。有源相控阵天线制造、装配存在随机误差，服役中振动、冲击、热功耗等导致阵面变形，最终引起辐射单元位置偏移，天线口径面电磁分布发生变化，最终使天线电性能受到严重影响；（3）热影响天线电磁性能。有源相控阵天线阵面上安装有成千上万的发射/接收组件，热功耗巨大，一方面会导致天线阵面的结构热变形，另一方面也会引起器件的性能下降，最终导致天线电磁性能的恶化；（4）结构、热与电磁性能耦合。三者中任一个变化，都会引起其它两个的变化。有源相控阵雷达在不同占空比工作模式下，其天线阵面电磁幅相会作出相应分布，导致热功耗随之变化，从而引起温度分布发生变化，进而影响天线阵面的结构热变形。综上有源相控阵天线的机电热耦合问题已成为制约其稳健发展，进一步提升性能的瓶颈问题。

本文梳理了陆基、舰载、机载、弹载、星载不同平台上有源相控阵天线的发展动态，分析了各服役平台上有源相控阵天线的结构特点，归纳了“陆、海、空、天”不同环境载荷对有源相控阵天线的影响，然后总结了天线结构误差、天线罩高温烧蚀、T/R组件馈电误差、天线单元失效等多重因素影响下有源相控阵天线机电热耦合机理分析与建模方法，机电热耦合技术在有源相控阵天线制造精度、高效散热以及轻量化综合优化、稀疏阵设计等领域的应用，以及服役环境下有源相控阵天线状态监测、位移场重构、电性能补偿等关键保障技术，最后探讨了机电热耦合技术的未来研究方向以及在不同研究领域的应用前景。

图1 有源相控阵天线机电热耦合影响关系

图2 有有源相控阵天线不同服役平台所受环境载荷

作者简介

王从思（通讯作者）

西安电子科技大学教授、博导，是国家万人领军、国防卓青、国家优青、科技部中青年领军、教育部新世纪优秀人才、国际无线电科学联盟URSI青年科学家。近年发表SCI论文120余篇，出版专著4部，授权发明专利70余项，主持国家自然科学基金/联合基金重点、国家重点研发计划项目/973课题、JKW基础加强计划、GF十四五基础科研、行业横向合作等30余项，成果已应用于四代机J20、远程预警雷达GBR、火星探测地面测控系统、中国天眼FAST和QTT射电望远镜等重大工程中，获国家科技进步一等奖1项（排第2）、国家科技进步二等奖2项。

徐鹏颖

西安电子科技大学博士研究生，主要研究方向为有源相控阵天线性能调控、电子装备结构健康监测、传感器布局优化及结构变形重构。 E-mail： xupengying1993@163.com

王艳

西安建筑科技大学副教授、硕导，2022年入选陕西省青年科技新星、科协托举，主要研究方向为有源相控阵天线机电热耦合与性能保障。 E-mail： wangyan5169@163.com

论文信息

阵列天线电磁-结构-热耦合理论：现在与未来 徐鹏颖, 蔺卡宾, 韩宝庆, 王志海, 于坤鹏, 尹奎英, 冷国俊, 王艳, 李智, 马小飞, 王从思 电子学报, 预发表 DOI：10.12263/DZXB.20220414