相控阵天线是典型的机械-电磁-热耦合系统,而天线机械形面是保障相控阵天线雷达高效可靠性工作的关键部件。实际工作中,在环境温度变化、自身高热流密度、结构自重的综合作用,天线单元会偏离初始设计位置,致使形面结构发生变化,从而很大程度上影响增益、辐射方向精度、副瓣电平、天线效率、方向性系数等电性能指标。采用合理的方法度量不确定性对天线阵电性能的影响机制对提高有源相控阵雷达的可靠性、降低反复设计的周期、提高结构的误差流管理有重要工程意义。在定量描述不确定性在相控阵多物理场中的传递规律后,提出相应的补偿策略提高阵面精度。本文针对相控阵天线阵电磁仿真模型、冷板散热热力耦合模型建立、工艺误差对微波器件不确定性分析、天线阵面结构精度补偿方面的问题开展了研究,其主要工作如下:(1)量化了结构变形对天线阵电磁特性的影响。相控阵热耗主要来自T/R(发送/接收)组件,首先建立了带液冷装置的天线阵热力耦合仿真模型,并得到了阵面温度场和应变场。安装平台为所有功能部件提供装载和集成的平台,用蜗轮蜗杆调整机构对六个安装点施加不同工况下的位移载荷,以此来模拟机械应力和环境温度变化引起的形变,得到了安装平台的应力应变响应。完成喇叭天线天线单元的优化设计,引入阵面在高功耗下的应变场和安装平台的位移场,建立有源相控阵雷达机电热耦合模型。(2)基于建立的有源相控阵雷达天线机械-电磁-热多物理场耦合有限元模型和区间分析方法,提出一种阵面结构精度补偿优化设计方法。以调整位移为设计变量,由于实际调整时,电机调整精度、制造安装测量误差方面带来不确定性,用带公差的区间变量描述该调整量,其中区间中值映射为基本尺寸,区间长度映射为公差带宽度,构建新的公差带评价系数,同时以方向图E面主瓣增益和理想情况增益的差值作为另一目标函数,使原优化问题转换为多目标优化问题,最后运用成熟的多目标算法求解得到相应帕累托解集。该方法能实现基本尺寸和公差同步优化,保证天线阵增益目标性能的同时最大化设计变量的公差带,提高制造工艺性和降低制造、安装成本,进一步扩大了区间方法在工程实际中的结构精度补偿的应用范围。(3)建立了 T/R组件相位传输有限元模型,并量化了天线输入相位偏差对天线阵列电性能的影响。生产工艺和安装焊接过程中存在着大量不确定因素,如印刷电路板(PCB)几何尺寸偏差和材料电物理参数的波动,T/R组件输出的电磁信号会出现幅值和相位的不确定性,从而影响阵列天线的电指标。