射頻同軸開關熱特性分析與優(yōu)化設計.pdf

1、射頻同軸開關廣泛應用于自動化測試裝備和移動通信系統(tǒng)(信號基站、高頻放大器),具有低插入損耗、低電壓駐波比、高功率傳輸容量和良好的寬帶性能等特點,是通信系統(tǒng)工程中十分重要的機電組件之一,但產(chǎn)品市場長期被國外壟斷。伴隨近年來通信工程、航天工程中傳輸信號頻率的提升、功率容量的增大,由射頻同軸開關發(fā)熱問題導致系統(tǒng)性能退化和系統(tǒng)故障的事例時有發(fā)生。因此,對射頻同軸開關的熱特性進行了詳細的理論計算及仿真分析,為提升我國射頻同軸開關自主研發(fā)能力具有重

2、要意義。
　　本文詳細分析了射頻同軸開關接通大功率射頻信號時的發(fā)熱機理,并對電磁系統(tǒng)及射頻切換系統(tǒng)的熱源進行了理論計算,求得相應信號頻率、功率下各部件的功率損耗分布,對比找出主要熱源。在此基礎上分析了涉及到的傳熱學理論及解決該發(fā)熱過程的ANSYSWorkbench協(xié)同仿真平臺的分析機理。
　　本文通過UG造型軟件對本文研究的射頻同軸開關進行整機建模,進而依次在Workbench環(huán)境下對電磁系統(tǒng)及射頻切換系統(tǒng)進行了穩(wěn)態(tài)熱分析,

3、其中射頻切換系統(tǒng)的發(fā)熱問題涉及到電-磁-熱多場耦合問題,應用Workbench可以便捷、高效的完成該過程的仿真分析,最后通過分析整機的熱量傳遞路徑,完成整機的熱邊界條件的施加,同時加載電磁系統(tǒng)及射頻切換系統(tǒng)的熱源,得到了整機的穩(wěn)態(tài)溫度分布,并通過T型熱電偶對仿真結果進行了實驗驗證。
　　本文在得到射頻同軸開關整機穩(wěn)態(tài)溫度分布的基礎上,進而分析了溫度作用下相關部件材料特性的變化及由于接觸部件見不同的線膨脹系數(shù)導致的熱變形對其射頻性能

4、的影響。后者的分析過程涉及到電-磁-熱-結構多場耦合問題,在Workbench環(huán)境下通過模塊的級聯(lián)完成了整個過程的循環(huán)仿真。由結果分析得到了射頻同軸開關熱特性導致的材料特性變化及部件的形變量對射頻性能的影響,為其性能退化的機理的研究奠定了基礎。
　　本文分析了射頻同軸開關穩(wěn)態(tài)溫度的影響因素,從電參數(shù)、材料特性參數(shù)及熱物理參數(shù)三方面進行了仿真分析。得到了影響射頻同軸開關工作時穩(wěn)態(tài)溫度的關鍵因素。在此基礎上,利用正交試驗法對射頻同軸開