简析电子装备机电热多场耦合的相关问题

张 营

（沈阳东源供热有限责任公司 辽宁 沈阳 110122）

简析电子装备机电热多场耦合的相关问题

张 营

（沈阳东源供热有限责任公司 辽宁 沈阳 110122）

电子装备设备被广泛的应用在各个领域。近年来，对于电子装备的机电热多场耦合问题的研究成了该学科的一个热点。再这样的背景下，本文首先对于几个主要的、经常需要用到的物理场给出了相应的数学描述且描述了他们之间的场耦合关系，并且再此基础上对于如今的电子装备在电热多场耦合方面存在的一些相关问题进行了简单的概述。

多物理场 场耦合建模 求解方式

引言

对着科技的发展，对于物理场问题的研究需要更加的深入，不仅需要研究物理场本身的性质，还应该对于多个物理场之间的相互作用和相互关系进行深入的研究。所谓多物理场耦合问题（CMFP），就是指两个或者更多的物理场通过相互之间的作用而产生相互影响的一种物理现象，这种现象是客观存在的。电子装备是获取、传输信号并且对其进行处理的一种设备，犹豫其内部的场耦合关系问题影响了其性能。因此对于电子装备机的电热多场耦合进行研究，能够很好地提升电子装备的性能。

一、物理场描述

要想对电子装备的机电耦合问题进行研究，首先应对其物理场进行了解。电子装备的物理场有很多种，这里简单的介绍几个物理场。

（一）机械结构位移场

对机械结构位移场进行分析，能够得到这样的动力微分方程：Mδ1+Cδ2+K δ2=F。其中，M表示质量矩阵，C为阻尼矩阵，K为刚度矩阵，F为节点外载荷列阵。δ1、δ2、δ3分别表示的是节点的加速度列阵，速度列阵以及位移列阵。式中主要描述了机械结构在时域上所具备的动力方面的特性。

（三）电磁场

对于电子装备的电磁场，主要是遵循麦克斯韦方程组。其中，麦克斯韦方程组主要描述了电场和磁场之间的关系，说明了电流和变化的电场会产生磁场，变化的磁场又会产生电场，然而二者都有着各自的性质。

（三）热场

一般来说，热场中存在着传导、对流以及辐射这样三种热量的传递方式，且每一种方式所采用的描述方程是不同的。这里就不对方程做出具体的介绍了。

（四）物理场耦合关系

通过在实际情况中对于出现的耦合现象、以及物理场本身所具备的特性进行分析，能够对于物理场之间的关系作出基本的分析。然而，对于电子装备中出现的各物理场的耦合关系中，有一些是可以忽略不计的。例如，在把天线的反射面当做电磁场的边界的过程中，如果受到外部的风力的作用，很可能使得雷达天线变形从而影响电性能指标。但是这种变化对于反射面的形状是没有直接的作用的，所以这种影响是可以忽略的。所以，在实际的过程中应该根据具体的情况中实际的需求，来对物理场间的耦合关系进行研究。

二、电子装备机电耦合问题

由于国际上对于电子装备系统方面的研究很少，继续对于机电耦合方面的问题的解决方式，而机电耦合的科学内涵则是前提。下面，就对实际的使用过程中，电子装备出现的机电耦合问题进行简单的分析。

（一）微波天线问题

工作在微波段的天线主要有各种大型的射电望远镜、大中型的反射面天线等。由于微波天线本身就存在着很严重机电耦合问题，而且由于外界的环境的影响使得这些问题变得更加的严重。对于大型的反射面天线，主要有这样的问题存在：一个是机电耦合设计方面的问题，另一个是反射面在不同的仰角的情况下的保型问题。由于在上文已经提到，天线会在外界的温度、自重等荷载作用下变形，从而产生电性能方面的问题。并且，在工程中还有很多随机的因素，这使得设计的天线在实际的使用过程中没有按照需要工作。除此之外，随着天线的工作频段的增加，它的内部结构和电磁设计之间已经十分密切，因此必须了解到二者之间的关系。才能够进一步得对于天线的电磁性能和结构性能方面进行改进。而且，反射面的保型要求它在不同的仰角时，始终是一同族抛物面，而这对于大口径的反射面天线来说设计是十分困难的。这些都是对于微波天线方面存在的机电耦合问题。

（二）控制、结构耦合

由于雷达天线具有响应快、指向的精度高等方面的要求，为了满足这些方面的需求，就应该对于系统的结构和控制进行集成的设计，然而需要做到这一点首先应该做的就是明白两者之间的关系。对于二者之间的集成研究，主要是集中在这样的问题上：关于太空系统的结构和控制方面的集成设计；对于直流电动机的结构和控制方面的设计；对于结构和控制的竭诚设计的问题。传统的雷达天线伺服系统中，一般都会把结构和控制进行分开的设计。然而，伺服系统，尤其是一些高性能的伺服系统中，结构和控制方面有着很密切的耦合关系。如果在控制的设计过程中没有考虑到伺服机构的特点，就会使得伺服的跟踪性能降低，从而难以达到实际的需求；如果在机构的设计过程中，没有考虑到控制的作用，就难以设计出最优的结构，甚至难以设计出满足要求的结构。因此，传统的设计方式使得雷达的性能受到了很大的约束。

（三）电、热耦合问题

在电子装备的内部，机、电、热三个穿之间有着很密切的关系。电子设备的工作环境和结构参数对于电子装备的结构位移场有着很大的影响，而结构围异常对于电子设备的温度场也有着很大的影响。并且，电子装备的温度场如果发生改变，电子设备的性能也会随之而改变。对于传统的高密度组装系统的电子设备，对于结构、电磁兼容、和通风散热方面的设计，由于需求的不同采用了不同的设计方式，然而正是由于这样使得不同的设计方案之间经常发生冲突，这就使得设计的过程中出现了很大的问题。因此，应该从多场耦合的角度出发，对于电子装备建立机电热的多场耦合模型，从而对于电子装备的性能进行改进。

三、结论

对于电子装备来说，机电热的多场耦合问题对于其性能有着较大的影响。所以，本文主要在对于电子装备的机、电、热三个物理场进行介绍的基础上，以雷达天线为例对于电子装备中存在的机电热三者之间的耦合关系进行了简单的介绍，希望为了对于电子装备的性能改进起到一些参考作用。

[1]段宝岩,宋立伟. 电子装备机电热多场耦合问题初探[J]. 电子机械工程,2008,03:1-7+46.

[2]李鹏. 反射面天线与高密度机箱的多场耦合分析与集成优化设计[D].西安电子科技大学,2010.

[3]段宝岩. 电子装备机电耦合研究的现状与发展[J]. 中国科学:信息科学,2015,03:299-312.

[4]王国彪,段宝岩,黎明,宋建丽,赖一楠,黄进,王从思. 高精度电子装备机电耦合研究进展[J]. 中国科学基金,2014,04:241-250.

[5]王从思. 天线机电热多场耦合理论与综合分析方法研究[D].西安电子科技大学,2007.

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1007-6344（2015）12-0097-01