來源：科學與技術    作者：蔣瑞  高天一      
關鍵字：相控陣雷達  天線冷板  散熱仿真  

本文根據某機載相控陣雷達天線艙內的空間布局，對天線冷板進行了結構設計，并運用有限元體積法的Icepak軟件對三維模型進行散熱效能仿真，對仿真結果進行分析，驗證了冷板的結構設計滿足了相控陣雷達天線陣面發熱插件通風散熱要求。

1 某機載雷達相控陣的構成

    機載相控陣雷達主要由T/R組件、波控網絡、天線振子、電源、天線陣面、饋電網絡等部分組成。其中T/R組件是整個天線的核心以及發熱集中區域，因此如何將T/R組件工作時產生的熱量散發至外部環境成為熱設計的關鍵與難點。

2 天線陣面熱仿真

    2.1 天線陣面模型建立及簡化

    對于本模型，在進行散熱分析時，主要關注的是T/R組件基板上高功率芯片的發熱量以及冷板散熱能力，其他細小零件對整體模塊的散熱的影響不大進行了省略處理；對冷卻流體工質聯接導管、冷卻工質進出口、T/R組件等直接或間接影響散熱能力的部件進行模型簡化分析。

    根據天線陣面冷卻系統技術參數：環境溫度：50℃；流體介質：65#防凍液；流體溫度：35℃，可以得到天線陣面熱邊界參數如表1：

表1 天線陣面熱設計邊界條件

    表中T/R組件進出口溫差為串聯支路的溫差，其余皆為單個。

    根據天線艙內的空間布局，以及上表中的熱邊界條件，對冷板進行了結構設計并建立ICEPAK模型如圖1所示。

圖1 雷達陣面熱仿真模型布置圖

    2.2 熱仿真結果分析

    對模型進行三維散熱效能仿真建模，其仿真條件：介質為65#防凍液，介質溫度=35℃，環境溫度=55℃，總功耗為15KW，系統總流量為2.048m3/h。

    天線陣面溫度分布云圖見圖2：

圖2 天線陣面溫度分布云圖

    仿真結果：流體平均溫度=48.5℃，流體出液溫度=53.12℃，流體平均速度=0.048m/s，流體最大速度=0.35m/s，固體平均溫度=55.4℃，固體最高溫度=55.4℃。

    由結果可知，在熱功耗為15KW時，入液溫度35℃時，天線陣面表面最高溫度為55.4℃。熱設計符合天線陣面的散熱要求。

3 預處理分機箱仿真驗證

    在Icepak仿真分析軟件中建立預處理分機箱的簡化模型，進行網格劃分與計算。

圖3 分機艙風速矢量圖

圖4 波控分機與頻率源分機發熱插件殼體表面溫度云圖

    由圖3可知，經過導風罩與600W液冷盤管換熱器的配合，冷風能均勻流經發熱插件。圖4表面最高溫度均不超過65℃，滿足發熱插件通風散熱要求。

4 結論

    本文對某機載有源相控陣雷達的冷板進行了結構設計并進行熱仿真，對仿真結果進行了分析，同時在預處理分機箱內進行了仿真驗證，仿真結果表明，天線冷板滿足天線陣面散熱通風的要求。

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