一种多通道片式TR组件的多学科建模及设计方法技术

本发明专利技术公开了一种多通道片式TR组件多学科建模方法，采用特征建模方法在结构专业数模软件中定制开发电讯专业的无源电路特征数模，建立TR组件的多学科统一数模，通过修改模型参数可以同步修改模型，便于优化设计，而多学科统一数模本身可以实现热电协同仿真数据的共享和传递，是TR组件多学科设计的基础；本发明专利技术还公开了一种基于多通道片式TR组件多学科数模的设计方法，可以有效解决高密度集成TR组件存在的热耗高对电性能紧密影响的设计难点，实现TR组件热与电性能的快速、准确协同设计。

A multidisciplinary modeling and design method for multi-channel chip TR components

This invention discloses a multi-channel TR component multidisciplinary modeling method, and uses the feature modeling method to develop the digital module of the passive circuit characteristic of the telecommunications specialty in the digital module software of the structure specialty, establish the multidisciplinary unified number model of the TR component, and modify the model by modifying the model parameters to facilitate the optimization of the design. The unified numerical model of the subject itself can realize the sharing and transmission of cogeneration data. It is the basis of the multidisciplinary design of TR components. The invention also discloses a multidisciplinary design method based on multi-channel chip TR components, which can effectively solve the high heat consumption of high density integrated TR components. It is difficult to achieve rapid and accurate collaborative design of thermal and electrical properties of TR components.

【技术实现步骤摘要】
一种多通道片式TR组件的多学科建模及设计方法
本专利技术涉及高密度集成有源相控阵雷达的TR组件设计领域，更具体涉及一种多通道片式TR组件的多学科建模及设计方法。
技术介绍
TR组件是有源相控阵雷达(AESA)的核心，在一部AESA中有数千至上万个TR组件。新型武器装备雷达系统对多通道片式TR组件提出了迫切需求，这种片式TR组件具有单元体积小、内部有源芯片数量多、组件之间高密度集成等特点，使得其工作时的热控问题愈发突出，主要表现为：(1)、单个T/R组件各信号通道上的多个有源芯片会产生密集的热量；(2)、较小的空间内高密度集成了多个T/R组件，热能密度大。温度场的变化将对TR组件的电磁性能产生直接影响，包括TR内部有源芯片的S参数、收发信号通道的匹配性能乃至整个天线系统的电讯指标，与此同时变化的电磁场又将重新影响TR组件的热耗。TR组件单学科模型来自结构专业和电讯专业，结构专业提供壳体、盖板等数模，电讯专业提供多层介质板的电路数模以及连接器。四通道片式TR组件的结构专业数模示意图如图1所示，包括盖板1、介质板2、隔筋3、壳体4。隔筋3将TR组件内部空间隔成四个通道，每个通道都通过垂直互联方式与天线单元连接，发射或接收信号。由于结构和电讯专业使用的建模工具不同(结构采用CAD软件，电讯采用EDA软件)，导致单学科的数模难以直接融合形成用于热电协同设计分析的TR多学科数模，传统的以电讯牵头的单学科设计，缺乏对TR组件热性能与电磁性能互相作用关系的考虑，难以支撑多通道片式TR组件的设计研发。《中国西部科技》2015年05月第14卷第05期公开的“小型化Ku波段瓦片式TR组件设计”一文提出采用TR组件层紧贴冷板、内部有源芯片紧贴组件外壁的设计方式解决片式TR组件的散热问题，该方法在工程上被广泛采用，但是属于对已定电讯方案的被动设计，而且在很小的空间内冷板的自然散热效果有限，并未从总体设计角度对片式TR组件的多层介质板电路、内腔结构等进行热电协同设计。多学科设计方法在雷达结构中已有应用，以西安电子科技大学为代表的高校针对雷达天线阵面开展了机电耦合机理以及多学科优化设计的研究，并申请专利技术专利，但是未开展对雷达系统中的TR组件，尤其是多通道片式TR组件的多学科设计研究。目前，针对高密度集成有源相控阵雷达的多通道片式TR组件，尚未见到明确的多学科协同设计方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一在于针对目前尚未见到明确的多学科协同设计方法的问题，提供了一种多通道片式TR组件的多学科统一建模方法；本专利技术所要解决的技术问题之二在于针对目前尚未见到明确的多学科协同设计方法的问题提供了一种基于TR组件多学科统一数模的热电协同仿真设计方法，实现多通道片式TR组件热与电性能的快速、准确协同设计。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题之一的：一种多通道片式TR组件多学科建模方法，采用特征建模方法在结构专业数模软件中定制开发电讯专业的无源电路特征数模，建立TR组件的多学科统一数模，用于热电协同分析，所述的无源电路特征数模包括多层介质板传输线特征数模和多层介质板过孔特征数模。进一步地，所述的多层介质板传输线特征数模为射频收发信号层传输线特征数模。进一步地，所述的多层介质板传输线特征数模包括带状线特征数模、网络合成节点特征数模、网络端点特征数模和连接金丝特征数模。进一步地，所述的带状线特征数模建模参数包括矩形面长度、矩形面高度、线宽度和倒角尺寸或圆角尺寸。进一步地，所述的网络合成节点特征数模建模参数包括圆环外径、圆环面宽度、圆环中心距离和矩形面宽度。进一步地，所述的网络端点特征数模建模参数包括圆环面半径、总高度和矩形面宽度。进一步地，所述的连接金丝特征数模建模参数包括截面直径、圆柱长度和夹角。进一步地，所述的多层介质板过孔特征数模包括馈电孔特征数模、散热孔特征数模和隔离孔特征数模。进一步地，所述的馈电孔特征数模采用圆形阵列特征建模，其建模参数包括中心孔半径、阵列孔半径、阵列距离以及阵列孔个数；所述的散热孔数模采用矩形阵列特征建模，其建模参数包括过孔半径、相邻过孔间距以及长、宽方向的阵列个数；所述的隔离孔数模采用圆形阵列和矩形阵列组成的组合阵列特征建模。进一步地，所述的隔离孔相邻孔间距≥0.1λ，其中λ表示电磁波在多层介质板中的波长。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题之一的：一种多通道片式TR组件多学科设计方法，包括以下步骤：S1、采用所述的多通道片式TR组件多学科建模方法快速建立用于热电协同分析的TR组件多学科统一数模；S2、将TR组件多学科统一数模中只参与热分析的热学科特征抑制，然后进行场路协同分析，完成电路匹配，获得收发通道的S参数以及实际激励下各有源芯片的热耗，若电路不匹配，则进入S1修改统一数模，重复S2，直至电路匹配；S3、将S1的TR组件多学科统一数模中只参与电讯性能分析的电学科特征抑制，并以S2获得的各有源芯片的热耗作为输入，获得TR组件壳体以及各有源芯片的温度分布；S4、根据有源芯片的温度值，判断实际激励下芯片S参数是否影响TR组件电讯指标，决定是否需要对有源芯片的选型、散热设计以及匹配电路进行针对性的改进设计；S5、对于TR组件进行改进设计时，针对性的选取S1到S4中的任一步进行迭代设计，直到其热电性能指标均满足设计指标。进一步地，所述的热学科特征包括TR组件的壳体、盖板、有源芯片和芯片焊层。进一步地，所述的电学科特征包括TR组件的射频网络和垂直互联连接器。本专利技术相比现有技术具有以下优点：(1)采用特征建模方法可以快速建立TR组件多学科统一数模，通过修改模型参数可以同步修改模型，便于优化设计，而多学科统一数模本身可以实现热电协同仿真数据的共享和传递，是TR组件多学科设计的基础；(2)采用基于TR组件多学科统一数模的热电协同仿真设计方法，可以有效解决高密度集成TR组件存在的热耗高对电性能紧密影响的设计难点，实现TR组件热与电性能的快速、准确协同设计。附图说明图1为现有技术中多通道片式TR组件结构专业数模示意图；其中：1、盖板；2、介质板；3、隔筋；4、壳体。图2为本专利技术实施例的四通道片式TR组件多学科分析设计流程图。图3为本专利技术实施例的四通道片式TR组件的多层介质板射频网络层传输线特征数模示意图。图4为本专利技术实施例的四通道片式TR组件多层介质板的过孔特征数模示意图。图5为本专利技术实施例四多通道片式TR组件多学科统一数模示意图；其中：5、盖板；6、多层介质板；7、壳体；8、隔筋；9、有源芯片；10、射频网络；11、垂直互联连接器。图6为本专利技术实施例四多通道片式TR组件场路协同分析电路图；其中：12、信号源；13、TR电磁模型；14、有源芯片；15、电流探针；16、电压探针；17、匹配负载。图7为本专利技术实施例四多通道片式TR组件内部芯片的温度分布示意图。图8为本专利技术实施例四多通道片式TR组件在不同温度下的端口驻波比随频率的分布图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例一种四通道片式TR组件的多学科设计方法如图2所示，一种四通道片式TR组件的多学科设计方法包括以下步骤：S1、采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多通道片式TR组件多学科建模方法，其特征在于，采用特征建模方法在结构专业数模软件中定制开发电讯专业的无源电路特征数模，建立TR组件的多学科统一数模，用于热电协同分析，所述的无源电路特征数模包括多层介质板传输线特征数模和多层介质板过孔特征数模。

【技术特征摘要】
1.一种多通道片式TR组件多学科建模方法，其特征在于，采用特征建模方法在结构专业数模软件中定制开发电讯专业的无源电路特征数模，建立TR组件的多学科统一数模，用于热电协同分析，所述的无源电路特征数模包括多层介质板传输线特征数模和多层介质板过孔特征数模。2.根据权利要求1所述的一种多通道片式TR组件多学科建模方法，其特征在于，所述的多层介质板传输线特征数模为射频收发信号层传输线特征数模。3.根据权利要求2所述的一种多通道片式TR组件多学科建模方法，其特征在于，所述的射频收发信号层传输线特征数模包括带状线特征数模、网络合成节点特征数模、网络端点特征数模和连接金丝特征数模。4.根据权利要求3所述的一种多通道片式TR组件多学科建模方法，其特征在于，所述的带状线特征数模建模参数包括矩形面长度、矩形面高度、线宽度和倒角尺寸或圆角尺寸。5.根据权利要求3所述的一种多通道片式TR组件多学科建模方法，其特征在于，所述的网络合成节点特征数模建模参数包括圆环外径、圆环面宽度、圆环中心距离和矩形面宽度。6.根据权利要求3所述的一种多通道片式TR组件多学科建模方法，其特征在于，所述的网络端点特征数模建模参数包括圆环面半径、总高度和矩形面宽度。7.根据权利要求3所述的一种多通道片式TR组件多学科建模方法，其特征在于，所述的连接金丝特征数模建模参数包括截面直径、圆柱长度和夹角。8.根据权利要求1所述的一种多通道片式TR组件多学科建模方法，其特征在于，所述的多层介质板过孔特征数模包括馈电孔特征数模、散热孔特征数模和隔离孔特征数模。9.根据权利要求8所述的一种多通道片式TR组件多学科建模方法，其特征在于，所述的馈电孔特征数模采用圆形阵列特征建模，其建模参数包括中心孔半径、阵列孔半径、阵列距离以...

【专利技术属性】
技术研发人员：张平，王梅，胡子翔，杨静，吴文志，于鹏飞，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34