雷达发射机热设计

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1、【高级论坛】2005中国电源散热器应用和技术发展研讨会雷达发射机热设计肖竑（南京电子技术研究所南京210013）hong_xi2522@yahoo.com.cn摘要本文介绍了雷达发射机热设计的基本原则、手段以及典型雷达发射机的冷却形式，介绍了雷达发射机常用元器件的冷却途径和安装原则，最后介绍了某舰载相控阵雷达冷却系统。1.引言任何雷达均处于一定的环境条件下生产、运输、储存和使用，温度对雷达系统的影响尤为重要。高、低温及其循环会对雷达中大多数电子元器件产生严重影响，它会导致电子元器件的失效，进而影响整个雷达设备的失效，

2、这一点在大功率的雷达发射机上表现最为突出。有资料表明，固态雷达发射机中，功率晶体管的结温每增加10℃，其可靠性就会下降60%。随着电子元器件的小型化、微小型化，集成电路的高集成化和微组装，元器件、组件的热流密度不断提高，热设计也正面临严峻的挑战。现代电子设备热设计以传热学和流体力学为基础，结合电子设备电讯和结构的实际情况，辅以先进的软件仿真研究和热测试的手段，通过选择合适的冷却形式，为电子设备创造出一个良好的工作环境，确保发热元器件、整机或系统在允许的温度下能够稳定可靠的工作。雷达是一个复杂庞大的电子系统，内部集成了

3、各种规格、型号的众多电子元器件，发射机作为雷达的关键设备,其功率密度要求有好的散热途径。随着现代雷达技术的发展和功率器件制造技术的不断进步，雷达发射机的组装密度、功率密度不断提高也已成为当前雷达发展的重要标志。大型相控阵雷达T/R功率组件、机载大功率发射机以及第四代固态发射机、星载T/R组件等都对冷却提出了更高的要求。可行的冷却方式、优良的冷却效果已经成为整个雷达具备高可靠性指标越来越重要的支撑。2.雷达发射机热设计的基本原则热设计的基本任务就是设计出适合本电子设备需求的冷却系统，在热源至最终散热环境之间提供一条把热

4、量迅速传递出去的低热阻通道，以便满足电子设备可靠性的要求。为了保证雷达发射机的可靠性，热设计一直作为整个设计过程中的重要步骤。在进行雷达发射机热设计时，应结合雷达发射机本身的实际情况，从以下几个方面加以考虑：1)冷却系统具有良好的冷却功能。保证雷达发射机内需要进行热控设计的电子元器件能够在规定的环境（尤其是高温环境）中正常的工作；2)冷却系统具备高可靠性。在规定的使用期限内，冷却系统的可靠性指标应大于等于雷达系统分配给冷却系统的可靠性指标要求。冷却系统中的元器件的可靠性指标应该符合冷却系统可靠性指标的分配要求。甚至冷

5、却系统还应考虑在某些部分遭到破坏或不工作的情况下，应具有继续工作的能力；3)冷却系统应具有良好的环境适应性。冷却系统的冷却能力在设计中必须有一定的裕量，以适应工程上的变化和长期使用后由于积灰、污垢引起的流体阻力的增加而造成的散热能力的下降等情况；4)冷却系统具有良好的维修性，操作、维护方便；5)冷却系统应有良好的安全设计。加强电气安全设计，同时转动部件以及采用的冷却介质等对操作人员应无危害，此外还有冷却介质与接触的元器件表面相容；6)设计出来的冷却系统要求有良好的性价比。成本核算包括初次的投资成本、日常运行以及长期维

6、护的费用。3.雷达发射机热设计的手段由于现代雷达发射机技术的发展和产品研制周期的缩短，传统经验式的热设计手段已越来越制约雷达发射机冷却技术的发展，根本满足不了诸如大型有源相控阵、机载大功率以及星载等雷达中发射机热设计的迫切需求。冷却系统在研制设计过程中亟需提高分析和解决实际问题的能力，比如：航天及机载等恶劣环境条件下雷达发射机的热设计仿真，相控阵雷达阵面风冷系统以及液冷系统温场、流场模拟分析等。24【高级论坛】2005中国电源散热器应用和技术发展研讨会热设计软件仿真和热测试是热设计过程中的两个强有力的工具。在早期的设

7、计过程中可以通过软件模拟组件、机柜甚至整个冷却系统的温场和流场等情况，同时通过关键件（如：冷板等）的热模拟测试，选择和优化冷却形式，并且在整个设备完成调试后对其再次进行热测试，检查其温度分布是否满足设备的实际工作要求。目前我们在雷达发射机热设计中常用的热分析软件有：SINDA/G、I-DEAS中的ESC、FLOTHERM、ICEPAK和FLUENT等。4.几种典型雷达发射机的冷却形式雷达发射机的冷却方式主要是根据其中电子元器件、设备的发热密度（即单位面积耗散功率）数值来选择的。其次是根据元器件的工作状态（直流工作状态

8、还是脉冲工作状态，以及脉冲工作状态时的占空比），设备复杂性、空间或功耗大小，环境条件（气温、海拔高度等）以及经济性。综合考虑各方面的因素，使其既能满足热设计的要求，又能达到电气性能指标，所用的代价最小，结构紧凑，工作可靠。根据雷达发射机的体制、功率大小、主要元气件和使用的环境条件大致可以分成以下几种：大功率电子管雷达发射机、集中式固态雷达发射机