段宝岩黄进 段宝岩院士:推进极端条件电子装备机电耦合研究
在极高频段、极端环境下,电子装备的机电耦合问题变得更加突出,严重影响和制约着电子装备性能的提高,深入研究和解决这一问题,对下一代高性能电子装备的研制意义重大。中国工程院院士、西安电子科技大学教授段宝岩,日前在国家自然科学基金委举办的第94期双清论坛“高精度电子装备机电耦合前沿研究”上这样表示。
高性能电子装备广泛应用于陆海空天领域的射电天文望远镜、星载可展开天线、地基大型反射面雷达天线,航空领域的机载雷达天馈系统、通信导航识别系统等航空电子设备,以及航海领域的船载雷达预警系统、通信导航定位系统之中。
“这些装备要么工作在几十甚至上百吉赫兹的频段,要么工作在南北极、临近空间、外太空等极端环境中,要么需要集防护、天线、馈线、信息处理于一体,它们都面临一个共同的问题,即,要在满足结构设计指标的同时,满足电性能指标。”段宝岩介绍说。
但遗憾的是,传统设计却是机电相分离。其设计流程先由电子系统设计人员依据电性能指标,提出对机械结构设计与制造精度的要求,然后由结构设计人员千方百计满足这些要求。
段宝岩介绍说,这就导致了两个问题:一是电子系统设计人员提出的精度指标往往过高,有时甚至超出设计制造能力。以某机载雷达平板裂缝天线为例,这种天线电性能的制造精度,要求其平面度不超过0.1毫米,而实际工程中,经过热加工最高只能做到0.3毫米。
二是满足精度要求,电性能未必合格。以某电调双工滤波器为例,这种滤波器内腔表面具有很高的光洁度要求,为确保成功只能多做几个备份,通过电调来决定选取哪一个,实际上有些产品的光洁度没达到要求,电性能倒可能满足要求。
“通过机电耦合理论与方法的研究,进行机电集成设计可以有效解决电子装备设计中机与电的矛盾,实现电与结构性能的全优,并降低成本、提高成品率、缩短研制周期。”段宝岩说,“我们的研究成果,在深空探测工程的某大型反射面天线等工程实践中已得到了验证和应用。”
段宝岩指出,随着高性能电子装备的发展,未来其将在更高的频段和更极端的环境中工作,此时的机电耦合问题更加突出。
“关于这一领域的研究,国外在部件方面有部分研究与应用,但在极高频段、极端环境方面,尚未见公开报道。”段宝岩说,“国内对此问题的认识比较早,也有初步的理论研究,但尚未涉及极高频段与极端环境。”
段宝岩强调,特别是极高频段、极端环境下的多场耦合理论、结构因素对电性能的影响机理、机电耦合设计,以及机电耦合实验与评价方法等关键科学与技术问题,亟待投入力量进行研究。
