文档介绍：2005 Fluent 中国用户大会论文集

一种相控阵天线系统的热设计

李增辰靳含飞
石家庄通信测控技术研究所石家庄 050081

摘要: 相控阵天线系统的热设计是一直是其设计的关键点,文章对相控阵天线系统的散热进行了系统的分析,通过对几种散
热方式的对比,确定了强迫风冷的解决方案。文章用 IcePak 热分析软件对系统进行了仿真分析,首先通过齿高、齿间距及齿
厚的变化对系统的影响对散热齿进行了优化,然后对比不同的进风量对散热结果的影响,确定了较为合理的解决方案。
关键词: 相控阵天线热设计散热齿优化仿真

1 引言
随着相控阵天线技术的不断发展,各种元器件的集成度越来越高,散热量也越来越大。相控阵天线阵
内的一体化功放模块对温度较为敏感,并且温度一致性要求较高。为了达到容许的温度,提高散热效率、
改善换热环境,对热设计提出了更高的要求。因此,对相控阵天线进行较为细致的热设计是非常重要的。
同时激烈的市场竞争要求产品的研制周期大为缩短1,不允许对产品作多次反复设计,必须在产品设计阶段
精确分析系统的热状况,从而保证热设计能满足要求。借用先进计算机技术和软件仿真势在必行。本文以
Icepak 热分析软件做为辅助工具,详细介绍相控阵天线的热设计。
Icepak 软件是全球最大的计算流体力学软件公司——美国 Fluent 公司开发的专用热控分析软件。它利
用 Fluent 的求解器,专业从事电子设备热设计与仿真。全球绝大多数电子、通讯、航空电子设备、计算机
等领域的知名企业都将 Icepak 软件做为热设计分析过程中必不可少的工具。
2 相控阵天线热设方案
相控阵天线由多个一体化发射组件组成,一体化组件按矩阵方式均匀排列,形成一个大的组合矩阵,
组件中主要散热部件为功放,每个功放热热耗散 30W,系统要求功放模块的最高温度不超过 50℃,图 1
是相控阵天线的示意图,多个发射组件构成一个较大的发热群体。该发热群体能否获得有效冷却已成为研
制相控阵天线的关键。
目前,工程上常用的冷却方法有自然冷却、风冷、冷板、热管冷却等几种方法。而又以风冷操作简单、
维护方便应用最为广泛。风冷的设计思路是将耗散功率较大的器件(如末级放大器)直接固定在金属底板
或散热器上,热量传到散热器上由冷却风带出。冷风由外部风机供给。冷板是一种带有夹层的板,利用夹
层中流过的冷却液带走器件的热量。这种冷却方法需用泵、过滤器、二次冷却换热器、控制阀等庞大的配
套系统,且维护烦琐,不便采用。本方案暂采用风冷设计,每排设计成一个独立的风道,利用轴流风机输
送冷风。
影响风冷散热的因素有发射组件的间隙、进风口的风速、散热器的齿高、间距、齿厚等,下面分别就
这几个因素分别进行仿真。

作者简介:李增辰, 男工程师/学士机电一体化专业主要研究方向:电子设备结构及热设计
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2005 Fluent 中国用户大会论文集

图 1 相控阵天线排列示意图
3 计算机仿真设计
功放模块散热齿的优化
由于特定的散热器,当齿片增加时,散热面积增加,散热能力增加;而当齿片数增加,齿间距减小时,
流体的粘滞作用和齿片之间相互吸收肋辐射加剧,又会降低换