面向電性能的天線冷板綜合優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、有源相控陣天線(APAA)陣面存在大量對(duì)溫度敏感的T/R組件，且T/R組件內(nèi)部隨機(jī)分布數(shù)量眾多的發(fā)熱器件，陣面溫度分布不合理將嚴(yán)重影響天線相位控制精度，同時(shí)熱變形也會(huì)導(dǎo)致天線單元的方向圖發(fā)生改變，使電性能達(dá)不到要求甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此，高效的 APAA散熱系統(tǒng)必不可少。液冷冷板作為一種高效成熟的換熱設(shè)備，可以有效解決 APAA的散熱問(wèn)題，在電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用有著廣闊的前景。
　　首先，本文提出了一種基于器件位置的有源相控陣天線

2、冷板機(jī)電熱耦合設(shè)計(jì)方法。此種方法的具體設(shè)計(jì)步驟為：第一，確定有源相控陣天線 T/R組件中發(fā)熱器件的位置參數(shù)，采用添加輔助點(diǎn)與優(yōu)先經(jīng)過(guò)熱源的思想設(shè)計(jì)冷板流道的拓?fù)湫螤?，得到天線冷板幾何模型，并建立天線陣面有限元模型；第二，根據(jù)有源相控陣天線 T/R組件中各個(gè)發(fā)熱器件的熱耗等參數(shù)，計(jì)算天線陣面的溫度場(chǎng)分布，分析陣面由熱引起的結(jié)構(gòu)變形以及由溫度變化引起的激勵(lì)電流幅度誤差、相位誤差，并且計(jì)算有源相控陣天線的電性能；最后，根據(jù)增益的指標(biāo)是否達(dá)到要

3、求，通過(guò)修改流道截面的幾何參數(shù)重復(fù)以上步驟來(lái)確定出最優(yōu)的有源相控陣天線冷板的設(shè)計(jì)方案。
　　再者，文中針對(duì)航空電子模塊輕量化的要求，對(duì)某天線冷板進(jìn)行了面向輕量化的熱優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要的設(shè)計(jì)方法可以概括為：分析該冷板模型的特點(diǎn)，對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化處理；在優(yōu)化前期通過(guò)對(duì)該模型進(jìn)行散熱參數(shù)影響機(jī)理分析，來(lái)確定冷卻液的入口位置和熱優(yōu)化中將要選用的冷卻液的類型；確定散熱參數(shù)以后，把冷板的質(zhì)量作為優(yōu)化目標(biāo)，通過(guò)分析各個(gè)變量對(duì)質(zhì)量的影響大小來(lái)確定設(shè)計(jì)變

4、量，進(jìn)而確定數(shù)學(xué)優(yōu)化模型并選取合適的優(yōu)化方法，使該冷板在滿足熱設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，達(dá)到質(zhì)量最輕的目的。在此模型中，通過(guò)對(duì)冷卻液的入口流速和冷卻通道截面直徑進(jìn)行優(yōu)化，使天線冷板的質(zhì)量減輕了0.279kg。
　　最后，分析了有源相控陣天線中 T/R組件溫度對(duì)陣列天線電性能的影響，具體包括最高溫度和溫度一致性兩方面對(duì)天線電性能的影響。通過(guò)分析可知不同類型的 T/R組件對(duì)天線電性能的影響是不同的，且有源相控陣天線在進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)時(shí)最高溫度要求