风冷有源相控阵天线热设计

常文凯，胡龙飞，贺奎尚，王 洪

(上海航天电子通讯设备研究所， 上海 201109)

引 言

有源相控阵天线集成了大量的有源器件——T/R组件，T/R组件作为天线的核心部件，其有效的相位控制对天线电扫描至关重要。对天线进行有效的热设计可实现T/R组件的温度可控，进而使天线具有良好的电扫性能。

热设计的本质就是通过系统的结构设计和材料选型，使发热模块获得较低的最高温和较好的均温性。目前，国内外很多学者对有源相控阵天线的热控设计进行了研究，对散热结构形式和结构参数进行了深入探讨。本文在前人研究的基础上从规划和控制各级传导热阻、接触热阻和对流热阻的全新视角分析了天线阵面的热设计过程，并实现了传热路径上(从功率器件或芯片的沟道到外部环境)各热阻的最优化。

1 总体设计

相控阵天线的热源具有种类少、数量多、热源空间位置相对重复的特点，属于阵列式热源，因此具有独特的热设计流程，如图1所示。

图1 设计流程

总体布局主要是对综合机械结构、电气性能和热控制进行规划，完成系统级风道设计，确保各阵列中流量均匀。详细设计主要完成冷板的初步构型设计，最后仅使用动量方程和质量方程进行仿真，验证各阵列流量的均匀性。优化设计仅针对单列冷板模块进行，优化各热阻并使用全方程进行仿真。该流程避免对全阵面进行全方程仿真，提高了仿真的准确性和效率。

2 热控初始设计

系统传热路径上各传导热阻、接触热阻和对流热阻的有效规划即为热控初始设计。……