天線散熱的案例
某有源相控陣天線冷板散熱仿真分析
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。
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碩士主修CAE仿真專業，擅長振動分析以及流體散熱分析，長期從事CAE軟件以及相關理論培訓工作。
一、模型簡化
將不影響熱傳遞路徑的結構特征做適當簡化，如：小的倒角、孔、螺柱等。簡化后的模型如下圖。整體散熱路徑：點狀熱源通過熱傳導到大平面結構，另一側在熱源密集地方增加散熱翅片，同時通過風扇進行強制對流散熱
圖1模型簡化圖
二、網格劃分解析
1.風扇兩側為流體變化快速的地方、網格應進行加密劃分；
2.散熱翅片兩側流體變化也較為迅速、需要進行加密劃分；
3.散熱翅片本身翅片間至少三層網格、翅片本身保留兩層網格。
圖2風扇進出口網格圖
三、風扇以及求解設定
1.風扇設定
風扇作為標準件，可以德爾塔等工業風扇網站進行獲取，此外Icepak、Flotherm等商用軟件自帶各種庫文件。圖3為軸流風扇設定，其中PQ曲線通過外部.csv進行加載。注意單位轉換。
圖三、軸流風扇設定
2.求解設定
(1)湍流模型設定
依據雷諾數、貝克萊數進行流態判定，一般軟件會給出，查看message信息。
(2)輻射模型設定
本項目選用自動設定。
(3)環境溫度設定
如圖4所示，溫度設定為55℃，同時在boundary進行設定。
(4)重力方向設定
按照實際進行設定，本項目為Z向。
(5)監測點設定
檢測邊緣發熱點，以及風扇風量。
圖4求解以及監測點設定
四、收斂分析
經過迭代，殘差接近10，同時個監測點溫度穩定無波動，認為本次分析收斂。
展開 綜述 \\ 星載有源相控陣天線熱控技術研究進展
本研究通過綜述近年來國內外星載有源相控陣天線熱控技術的發展現狀與發展趨勢，同時結合其他航天器熱控系統的相關創新性技術和設計，提出星載有源相控陣天線熱控技術的主要發展方向，為滿足我國新一代星載有源相控陣天線散熱需求的熱控技術研究提供參考．
01
導熱技術
早期的導熱技術主要通過采用導熱性能較好的金屬材料、熱界面材料和其他復合材料，降低熱量從產熱位置到后續傳輸環節的熱阻，適用于低集成度和低熱流密度的散熱需求．而隨著微機電系統(micro electro mechanical systems，MEMS)技術的發展，國內外相關研究機構紛紛提出新的導熱技術以滿足更高的散熱需求．
1.1 導熱技術相關的新型材料研究
為了滿足未來航天器散熱器子系統的要求，美國諾格航天技術公司提出了封裝退火熱解石墨(annealed pyrolytic graphite，APG)的突破性概念并對其進行了驗證，分析并確定了包括碳-碳復合材料和封裝退火熱解石墨等幾種下一代熱復合材料的性能優勢，這些材料具有比目前商業可用的碳聚合物復合材料更高的導熱性
能
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其中，電磁屏蔽材料及器件包括導電布襯墊、導電硅膠、導電塑料器件、金屬屏蔽器件、吸波器件及軟連接等；熱管理材料及器件包括導熱界面器件、石墨片、導熱石墨膜、散熱模組、風扇、VC 均溫板、熱管、壓鑄件及液冷板等。基站天線及相關器件包括：基站天線、一體化天線振子、天線罩、精密注塑等；功能組件包括：無線充電模組、充電器等；防護功能器件包括單雙面膠、保護膜、絕緣片、防塵網等。其中熱管理主營產品名稱詳情如下：
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未來技術與產品發展
公司將圍繞未來三年業務及產品發展戰略規劃，聚焦在熱管理及屏蔽解決方案方向，持續開發液冷散熱模組、3D-VC散熱模組、微泵液冷、超薄 VC、柔性 VC、軸流風扇、微型風扇、高性能導熱材料和高性能屏蔽材料等產品及相關解決方案，并積極尋求與高等院校等專業機構的聯合開發及合作，提升新材料、新工藝及新技術研究的前沿突破能力。繼續加大研發人才及設備資源投入，加快材料及工藝技術的開發創新，在更好服務于我們客戶需求的同時，穩固并提升公司在熱管理及屏蔽解決方案領域的品牌及領先優勢。隨著 AI 服務器及 AI 終端等市場需求增長迅速，對熱管理及電磁屏蔽功能的需求也大規模增加，公司將繼續加快布局及深挖熱管理及電磁屏蔽解決應用方案的客戶及業務布局，進一步提升公司市場占有率。
——2024第二屆熱管理材料技術博覽會——
"第二屆熱管理材料技術博覽會”（iTherMEXPO2024）將于2024年11月6-8日在深圳國際會展中心（寶安）7號館舉辦，活動將高效呈現熱管理產業鏈的一站式價值對接平臺，以滿足和促進熱管理行業各單位交流、合作和共贏發展。
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