相控陣天線散熱微通道冷板拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究.pdf

1、相控陣天線陣面布放著眾多 T/R組件，其功率密度大，排布緊密，散熱空間有限。若無法及時地耗散天線陣面熱量，T/R組件溫度會急劇上升，導(dǎo)致其電訊性能下降乃至損壞。本文將微通道冷卻技術(shù)應(yīng)用于相控陣天線熱控中，開展芯片、組件和陣面三個層級的微通道冷板拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究，以滿足天線芯片溫升、陣面均溫性及壓降要求。具體研究內(nèi)容如下：
　　（1）芯片級微通道仿生拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究。為提升高熱流密度芯片的散熱能力，借鑒自然界中眾多具有優(yōu)良傳質(zhì)傳熱特性的網(wǎng)絡(luò)

2、拓?fù)洌O(shè)計了多種仿生微通道拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。利用數(shù)值模擬方法，分析了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的散熱效果及壓降特性，結(jié)果表明不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的散熱能力存在較大差異。對綜合性能優(yōu)秀的蜘蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)的換熱特性進(jìn)行了推導(dǎo)和論證，并通過金屬3D打印加工了微通道散熱器，測試表明其散熱能力和壓降相對現(xiàn)有平直微通道均有明顯提高。
　?。?）T/R組件級微通道冷板拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究。以某磚式天線T/R組件為對象，提出采用集中冷板與分散冷板相結(jié)合的方式對其進(jìn)行散熱。設(shè)計并分析了多種

3、T/R組件級分散冷板的散熱特性，提出了一種綜合散熱性能優(yōu)秀的陣列熱源均溫微通道冷板結(jié)構(gòu)?；?T/R組件的排布特點，配合集中冷板分形流道的不對稱設(shè)計，進(jìn)一步消除各T/R組件間的溫度差異。最終提出的熱控方案達(dá)到散熱要求。
　?。?）天線陣面級冷板流道拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究。以某瓦式天線為對象，結(jié)合天線陣面熱源排布特點及溫度場分布規(guī)律，從不同角度出發(fā)，設(shè)計了多種陣面流道拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。利用數(shù)值模擬方法分析了各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的散熱特性，綜合散熱能力、溫度均

4、勻性、進(jìn)出口壓降等方面的需求，得到一種綜合散熱性能優(yōu)秀的陣面流道結(jié)構(gòu)，并得到了實驗驗證和應(yīng)用。
　　本文系統(tǒng)研究了相控陣天線散熱微通道冷板結(jié)構(gòu)，解決了天線陣面溫度均勻性3℃、散熱能力100W/cm2、壓降0.3MPa的高散熱指標(biāo)，并取得如下創(chuàng)新性成果：提出了一種新型的芯片冷卻用仿蜘蛛網(wǎng)型微通道結(jié)構(gòu)，散熱能力較矩形平直結(jié)構(gòu)提升近10％，進(jìn)出口壓降更低；設(shè)計了一種陣列熱源均溫微通道散熱器結(jié)構(gòu)以及陣面級星型樹狀并行冷板結(jié)構(gòu)，為相控陣天線