雷達發射機的冷卻及熱設計優化分析

羅鈞+伍懷琪

摘要：發射機在雷達中的作用不容小覷，因其功率密度相對較大，所以對其也提出了更高的要求，以保證具備良好的散熱功能。基于此，文章將雷達發射機作為重點研究對象，闡述具體的冷卻方法，并提出優化熱設計的有效策略，希望有所幫助。

關鍵詞：雷達發射機；冷卻；熱設計；優化；分析

基于社會經濟的快速發展，為科技進步提供了必要的保障，微電子技術產生并取得了理想的成績。而電子設備熱設計也隨之進入到人們的視野當中，備受關注。在雷達發射機設計的過程中，應始終遵循具有基本設計原則。而要想全面優化雷達發射機的設計，就一定要高度重視其冷卻與熱設計的重要性。

一、雷達發射機冷卻方法

在雷達發射機方面，選擇冷卻方法方面需要充分考慮多種因素，特別是設備整體能耗、熱流密度與元器件運行時容許的溫度升高范圍等等。與此同時，雷達發射機冷卻的方法必須要提供散熱所需的表面積以及體積[1]。站在整體角度展開分析，在選擇電子設備冷卻方法方面，應注重兩方面內容：1）設備自身熱損耗的功率；2）設備集中的實際情況。一般來講，應將電子設備熱流密度作為重要的參考，才能夠確保所選擇的冷卻方法科學合理。

實際設計的過程中，也必須對物體溫升的狀況以及散熱的能力予以全面衡量。其中，物體溫度升高與散熱能力間構成了正相關的關系，所以在設計方面，一定要科學合理地修正熱流密度數值。其中，液體冷卻主要是對液體比熱容以及導熱系數予以運用，相較于其他的物態要更大，所以也被當做最佳儲熱介質，借助液體將散熱對象的熱量帶走。蒸發冷卻的方式主要是借助水蒸發的吸熱原理，最終實現蒸發散熱的目標。

二、雷達發射機熱設計基本原則

在雷達發射機熱設計方面，最重要的原則就是要盡可能減少熱傳導熱阻通路。熱設計的目的就是確保所設計的冷卻方案與系統實際需求相適應，并且在熱源和散熱環境之間合理地選擇最低熱阻的熱傳輸路徑，在散熱系統有效性增強的基礎上，進一步提高電子系統可靠性[2]。由此可見，在雷達發射機設計中，散熱系統設計發揮著重要的作用。所以，必須與設備實際情況相結合，嚴格遵循以下設計基本原則：

第一，冷卻系統冷卻性能應符合標準要求，確保雷達發射機的內部電子元件可以充分冷卻，并且在特定溫度條件下處于正常運行狀態；

第二，冷卻系統可靠性要高，并且與冷卻系統可靠性要求相吻合。與此同時，冷卻系統需要事先考慮在雷達發射機散熱系統部分損壞亦或是發生故障時，仍然可以在較差環境當中繼續運行；

第三，冷卻系統環境適應性要滿足要求，所以在實際設計方面要預留出特定余量，以免在實際應用過程中使用不合理亦或是灰塵與污垢較多引發流體阻力，對系統自身的散熱能力產生負面影響；

第四，冷卻系統維護性應理想，便于有效地操作與維修；

第五，冷卻系統的設計必須要保證安全；

第六，冷卻系統的性價比要具有一定的優勢，能夠與經濟性需求相適應。

三、優化雷達發射熱設計的路徑

現階段，在雷達發射機設計方面仍存在諸多不足之處，較為突出的就是熱電制冷不具備經濟性，且能效比不高，直接影響了實際的使用效果。在這種情況下，必須全面優化雷達發射機的設計工作[3]。

（一）同步開展熱設計和電設計工作

通常來講，在電路布局方面分析，需要以電訊角度為出發點，即電路之間的互相干擾和走線的規范化等等。目前階段，在雷達熱設計的整個過程中，始終會優先開展電訊設計，隨后落實熱設計，而這同樣也彰顯出以電路特性為核心的工作思路。選擇使用這種設計方法，風道和冷板流道的布局就存在一定的難度，所以，針對雷達發射機的熱設計問題，必須要對電訊以及熱設計間存在的關系予以靈活處理，盡量同時開展熱設計和電設計的工作。其中，在熱設計方面，可以將前端熱設計思想引入其中，以產品預研以及開發為基礎，有效地解決雷達發射機熱設計方面存在的問題，并進一步分析和研討熱設計方案的可行性，確保機構設計的準確性，實現熱設計方案的全面優化[4]。在將前端熱設計思想融入其中的基礎上，使得熱設計和電設計能夠保持同步，對于雷達發射機的熱設計優化具有積極的影響。

（二）細化熱設計層次

現階段，雷達電子發射機在熱設計方面最主要的模式就是系統級的熱設計，全面衡量功率器件發熱總功率散熱，以有效地規避其超過設計數值。另外，要有效利用空調控制環境的溫度，確保元器件選擇的合理性。在系統級熱設計方面，應向外部直接傳輸設備運行過程中所形成的總熱量，以保證部分組件以及原件可以在容許的溫度范圍之內正常運行。為了全面優化熱設計，就一定要細化其層次，盡可能減少傳熱熱阻。其中，在降低傳熱熱阻方面，一般可以采取兩種措施：一方面，嚴格控制電子元器件，亦或是嚴格控制設備整體的外熱阻，借助封裝級的熱設計路徑；另一方面，要合理地控制電子元器件節點的溫度，以保證其能夠在容許范圍之內正常地運行[5]。

（三）靈活運用新型技術

伴隨電子元件功率密度的不斷提高，將熱管技術與微通道技術等全新冷卻技術應用在雷達當中，能夠進一步增強雷達發射機自身冷卻的效果。熱管本身屬于高效傳熱的元件，自身優勢相對明顯，可以在保證系統本身散熱能力增強的同時降低散熱系統體積，而且可以更好地抵御惡劣的環境，因而熱管技術在雷達散熱方面的應用潛力相對較大。通常情況下，電子設備冷卻系統會選擇使用普通水冷系統，但由于雷達發射機本身的發熱密度相對較大，若對普通水冷冷板使用很難與雷達發射機散熱需求相適應，所以最好使用冷管冷板，能夠取得理想的效果。所謂的微通道技術，主要是借助不同方向的異性刻蝕，在定向硅片中形成微尺寸通道，借助蒸發亦或是直接方式能夠將經過微通道液體當中的熱量帶走。為此，在雷達發射機熱設計方面，也可以將微通道換熱技術應用在固態器件當中。通過該技術的應用，能夠實現單個器件的冷卻目標，對電子器件溫度予以控制，所以在雷達固態器件中具有一定的適用性。

結束語：

綜上所述，當前雷達發射機散熱系統在設計方面仍存在一定的問題，所以熱設計過程中也一定要遵循散熱系統設計的基本原則，增強熱設計方案本身的可靠性，不斷增強環境的適應力。保證電訊與散熱設計同步開展，細化散熱層析工作，以保證傳熱熱阻的下降。借助全新的技術，實現雷達發射機冷卻效果的不斷提升。只有全面貫徹落實雷達發射機熱設計工作，才能夠實現其冷卻與熱設計的全面優化。

參考文獻：

[1]程寶山，劉宇，郭曉陽等.雷達發射機的冷卻及熱設計優化分析[J].信息通信，2015（6）：275-275.

[2]袁湘輝.雷達發射機的冷卻及熱設計優化分析[J].通信電源技術，2017，34（1）：73-74，84.

[3]鄧建國，郝青鵬.雷達發射機的冷卻及熱設計優化分析[J].通訊世界，2017（4）：277-278.

[4]邵奎武，王恒海，張梁娟等.某直升機警戒雷達發射機結構設計[J].電子機械工程，2012，28（5）：32-36.

[5]李康，邵奎武，王恒海等.小型化機載指令發射機的結構設計[J].電子機械工程，2012，28（3）：20-23，35.

簡介：羅鈞，男 （1977.4--）四川達州人，助理工程師，本科，研究方向：火控雷達發射機。

二作伍懷琪，男（1982.2——），四川資陽人，工程師，本科，研究方向：火控雷達頻率綜合器。