天線冷板
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-19
天線冷板的實例教程
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。
展開 電磁仿真套件，主要包括天線設計工具HFSS，電路、系統仿真工具RF options，PCB電磁兼容仿真和優化工具SIwave，電子設備散熱分析工具Icepak、低頻分析Maxwell等，可以解決雷達系統中所有電磁/射頻設計仿真與分析
結構仿真套件，主要包括傳統的結構力學分析、復合材料力學分析、可靠性力學分析等，用于解決導引頭設計中的各類結構支撐、減重、穩定性、可靠性，形變失效分析，結構熱傳導，多學科仿真中的力學部分等
流體仿真套件，主要分析雷達罩的外流場、空氣動力學、熱流體力學，設計雷達罩的外形，分析摩擦生熱、外部壓力場的影響等。結構多學科仿真，可進行各類與流體力學相關的分析等，如相控陣天線冷板設計
Ansys產品面向工程，專注仿真，以增強仿真能力，提高仿真效率，完善仿真功能，通過軟件的不斷進步驅動研發設計的改善。從而能夠實現過去無法實現的仿真功能，減少經驗性的調試和測試，通過全面完備真實的仿真，實現數字化虛擬樣機，并根據仿真結果快速調整和優化設計，找到影響設計指標和產品性能的關鍵因素，實現高難度、高指標的設計。進一步實現大幅縮短研發周期，加速產品定型，大大降低產品成本，提高設計品質。
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