雷達發(fā)射機的冷卻及熱設計優(yōu)化分析

羅鈞+伍懷琪

摘要：發(fā)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(fā)射機作為重點研究對象，闡述具體的冷卻方法，并提出優(yōu)化熱設計的有效策略，希望有所幫助。

關鍵詞：雷達發(fā)射機；冷卻；熱設計；優(yōu)化；分析

基于社會經濟的快速發(fā)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(fā)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(yōu)化雷達發(fā)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(fā)射機冷卻方法

在雷達發(fā)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(fā)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(shù)值。其中，液體冷卻主要是對液體比熱容以及導熱系數(shù)予以運用，相較于其他的物態(tài)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(fā)冷卻的方式主要是借助水蒸發(fā)的吸熱原理，最終實現(xiàn)蒸發(fā)散熱的目標。

二、雷達發(fā)射機熱設計基本原則

在雷達發(fā)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(tǒng)實際需求相適應，并且在熱源和散熱環(huán)境之間合理地選擇最低熱阻的熱傳輸路徑，在散熱系統(tǒng)有效性增強的基礎上，進一步提高電子系統(tǒng)可靠性[2]。由此可見，在雷達發(fā)射機設計中，散熱系統(tǒng)設計發(fā)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(tǒng)冷卻性能應符合標準要求，確保雷達發(fā)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(tài)；

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

第三，冷卻系統(tǒng)環(huán)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(fā)流體阻力，對系統(tǒng)自身的散熱能力產生負面影響；

第四，冷卻系統(tǒng)維護性應理想，便于有效地操作與維修；

第五，冷卻系統(tǒng)的設計必須要保證安全；

第六，冷卻系統(tǒng)的性價比要具有一定的優(yōu)勢，能夠與經濟性需求相適應。

三、優(yōu)化雷達發(fā)射熱設計的路徑

現(xiàn)階段，在雷達發(fā)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(yōu)化雷達發(fā)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(fā)點，即電路之間的互相干擾和走線的規(guī)范化等等。目前階段，在雷達熱設計的整個過程中，始終會優(yōu)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(fā)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(fā)為基礎，有效地解決雷達發(fā)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(xiàn)熱設計方案的全面優(yōu)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(fā)射機的熱設計優(yōu)化具有積極的影響。

（二）細化熱設計層次

現(xiàn)階段，雷達電子發(fā)射機在熱設計方面最主要的模式就是系統(tǒng)級的熱設計，全面衡量功率器件發(fā)熱總功率散熱，以有效地規(guī)避其超過設計數(shù)值。另外，要有效利用空調控制環(huán)境的溫度，確保元器件選擇的合理性。在系統(tǒng)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(yōu)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(jié)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(fā)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(yōu)勢相對明顯，可以在保證系統(tǒng)本身散熱能力增強的同時降低散熱系統(tǒng)體積，而且可以更好地抵御惡劣的環(huán)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(tǒng)會選擇使用普通水冷系統(tǒng)，但由于雷達發(fā)射機本身的發(fā)熱密度相對較大，若對普通水冷冷板使用很難與雷達發(fā)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(fā)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(fā)射機熱設計方面，也可以將微通道換熱技術應用在固態(tài)器件當中。通過該技術的應用，能夠實現(xiàn)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(tài)器件中具有一定的適用性。

結束語：

綜上所述，當前雷達發(fā)射機散熱系統(tǒng)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(tǒng)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(huán)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(xiàn)雷達發(fā)射機冷卻效果的不斷提升。只有全面貫徹落實雷達發(fā)射機熱設計工作，才能夠實現(xiàn)其冷卻與熱設計的全面優(yōu)化。

參考文獻：

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

[2]袁湘輝.雷達發(fā)射機的冷卻及熱設計優(yōu)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(fā)射機的冷卻及熱設計優(yōu)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(fā)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(fā)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(fā)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。