某雷達導引頭Ka波段發射單元結構設計

祝 先，王虎軍，胡子翔，洪肇斌

（中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088）

當發射機應用于彈載環境時，體積和重量要求苛刻，缺乏其他諸如地面、艦載等環境可施加的風冷、液冷等冷卻條件，其設計難度更大。針對這一問題，本文提出一種發射單元設計方案。

1 結構布局

發射機總體可用包絡為“凸”字形，整體由居于中間的驅動放大/功率放大集成模塊、控制板和分列兩側的濾波板、儲能板，以及圍框、殼體和蓋板組成。

圖1 發射機結構布局（隱去上蓋板）

2 結構設計和熱設計

2.1 結構設計

驅動放大/功率放大集成模塊為發射機主體結構，采用鋁板6063銑削加工，重量約150g。由頂層、中間層、底層三層模塊疊裝互聯的形式構成，三層模塊之間采用螺釘對穿連接、形成饋電波導腔體。驅放芯片、功放芯片分別焊接在中間層、底層模塊相應位置，并通過金絲鍵合將芯片與絕緣子連接。三層模塊結構合并裝配后，為防止波導腔體諧振、導致自激，提高功放的穩定性，在上、下波導腔兩端拐彎波導腔體端頭裝配橡膠吸波材料。

由于發射機工作在Ka波段，對波導腔體尺寸、芯片凹槽等尺寸精度、形位公差要求以及模塊的裝配和復裝精度要求均較高，從而增加了模塊的設計、加工和裝配難度。從設計角度，三層模塊分別設計粗定位凸臺和精確定位銷孔，保證模塊裝配精度、避免模塊裝配中損壞芯片金絲等問題，同時采用高精度數控中心加工，保證模塊尺寸精度。

2.2 熱設計

發射機的主要發熱器件為功率放大芯片、驅動放大芯片，通過金屬模塊將芯片熱耗傳導至發射機盒體，再從發射機殼體傳熱至波導天線，從而實現熱耗的傳導。殼體采用高導熱6063Al合金，提高傳熱效率。在驅放/功放集成模塊裝配過程中，須在模塊底部、側壁與發射機殼體底部、側壁之間，涂抹導熱硅脂，減小熱阻，加快散熱。

3 仿真分析

3.1 力學仿真分析

在三個方向上的隨機振動下，發射單元的RMises應力分布云圖如圖2所示。可見，隨機振動下三個方向上的最大均方根應力值為20.39MPa，集中在安裝支耳附近，發射單元殼體和內部模塊采用6063鋁合金加工，屈服強度是90MPa，強度滿足指標要求。

圖2 隨機振動條件下發射單元RMises應力分布云圖

3.2 熱仿真分析

圖3 給出了50s末發射機的溫度分布云圖。表1給出了個芯片50s末的溫度。仿真結果表明，在工作50s后，芯片最高溫度為110℃，該設計方案滿足國軍標III降額指標要求。

圖3 發射單元50s末熱計算結果

表1 各芯片最高溫度和指標符合性

4 結語

根據某彈載雷達導引頭ka發射機輕量化、小型化設計需求，針對ka發射單元功率高、熱耗大、工作環境惡劣的特點，提出一種發射單元結構設計方案，該方案重點關注結構和熱設計，仿真結果表明，該發射單元結構強度設計和熱設計滿足指標要求，可靠性高，滿足總體設計需求。