相控阵天线冷板热仿真与热设计

发布时间：2017-10-19 19:46

  本文关键词：相控阵天线冷板热仿真与热设计

  更多相关文章： 有源相控阵雷达天线 T/R组件 仿蜂窝通道 热设计 热仿真

【摘要】：随着我国航空实力不断提高,多型号、多类型先进战机的相继服役,雷达天线作为战机的“眼睛”,其探测距离、追踪目标不断增强。其中,机载有源相控阵雷达天线由于其高效、高性能受到了国内外学者的关注与重视。机载有源相控阵雷达中,核心部件是T/R组件,一个天线阵面上能够集成上千个T/R组件以及几万个功率晶体管,它们构成一个巨大的发热体。有源相控阵天线由于集成度高、空间间隔小,导致散热困难。因此,如何有效对T/R组件进行散热便成为了相控阵天线设计的关键核心问题。基于此,本文以某机载有源相控阵天线为研究对象,根据其结构特点,设计出符合该相控阵天线结构的冷板。主要工作包括:(1)单块冷板热设计及仿真。对常规通道拓扑结构冷板热仿真分析,并以分形理论和仿生学为理论依据,研究仿蜂窝拓扑结构冷板,分别设计三种仿蜂窝拓扑结构冷板。通过热仿真分析,对比了直流道冷板、S型流道冷板以及仿蜂窝拓扑结构冷板在相同边界条件下的散热能力。(2)T/R组件的热分析及建模方法研究。对天线阵面T/R组件的内部结构进行了介绍,阐述了T/R组件芯片接收、发射相位与温度的关系,随后建立了T/R组件的热阻模型。针对雷达天线模型多尺度问题,研究了器件级、板级、系统级建模简化方法,对三种建模方法从网格数量、基板温度误差、外壳温度误差等方面进行了对比,为后续雷达整体模型仿真提供支撑。(3)相控阵天线冷板热设计及优化。对有源相控阵雷达进行简了要介绍,对某机载有源相控阵雷达散热需求作了阐述,接着以某机载有源相控阵雷达天线为对象进行热仿真,对仿真结果进行分析,根据分析结果,针对原相控阵雷达冷板散热能力不佳的问题,结合仿蜂窝拓扑结构冷板,将仿蜂窝拓扑结构冷板运用到原天线冷板上,对其进行优化,并对优化后的相控阵天线雷达仿真,仿真结果表明,优化后的天线雷达在率晶体管的最高温、T/R组件间的均温性、冷却流体工质在仿蜂窝拓扑结构冷板的流动形态等方面,均优于原相控阵雷达,满足设计所需。
【关键词】：有源相控阵雷达天线 T/R组件 仿蜂窝通道 热设计 热仿真
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V243.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景及研究意义10-11
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究意义11
• 1.2 微小通道技术的研究现状11-14
• 1.2.1 微小通道技术的国外研究现状11-12
• 1.2.2 微小通道技术的国内研究现状12-14
• 1.3 有源相控阵雷达散热设计国内外研究现状14-15
• 1.3.1 有源相控阵雷达散热设计国外研究现状14
• 1.3.2 有源相控阵雷达散热设计国内研究现状14-15
• 1.4 本文主要研究内容与技术路线15-17
• 1.4.1 研究内容15-16
• 1.4.2 技术路线16-17
• 第二章 单块冷板热仿真及流道结构设计17-42
• 2.1 热仿真基本理论17-22
• 2.1.1 传热学的基本理论17-18
• 2.1.2 热流耦合的数学模型18-22
• 2.2 常规微小通道冷板热分析22-38
• 2.2.1 直线型拓扑结构微小通道23-26
• 2.2.2 S型拓扑结构通道26-29
• 2.2.3 仿蜂窝状拓扑结构流道冷板29-38
• 2.3 仿蜂窝通道冷板与常规通道冷板对比38-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第三章 天线阵面T/R组件的热分析及建模方法研究42-59
• 3.1 有源相控阵面T/R组件概述42-43
• 3.2 阵面热阻模型43-46
• 3.3 组件简化建模方法研究46-57
• 3.3.1 组件详细建模的热仿真47-51
• 3.3.2 集总热容法模型的热仿真51-53
• 3.3.3 基板等效模型的热仿真53-54
• 3.3.4 器件等效的热仿真54-55
• 3.3.5 三种建模方法的对比及分析55-57
• 3.4 本章小结57-59
• 第四章 有源相控阵天线热仿真与热设计59-79
• 4.1 有源相控阵雷达概述及散热需求59-61
• 4.1.1 有源相控阵雷达概述59-60
• 4.1.2 有源相控阵雷达散热需求60-61
• 4.2 有源相控阵天线热仿真61-71
• 4.2.1 有源相控阵雷达模型建立及简化61-63
• 4.2.2 有源相控阵雷达的网格划分及边界条件设置63-65
• 4.2.3 有源相控阵雷达仿真计算65-71
• 4.3 有源相控阵天线冷板热设计及热仿真71-77
• 4.3.1 有源相控阵仿蜂窝流道冷板的拓扑结构设计71-72
• 4.3.2 有源相控阵仿蜂窝流道冷板散热性能分析72-77
• 4.4 本章小结77-79
• 第五章 总结与展望79-81
• 5.1 工作总结79-80
• 5.2 研究展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-85

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本文编号：1062975