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[摘 要]发射机作为雷达的关键设备，其功率密度要求有好的散热途径。随着现代雷达技术的发展和功率器件制造技术的不断进步，雷达发射机的组装密度、功率密度不断提高也已成为当前雷达发展的重要标志。
[关键词]散热，热设计，冷却
中图分类号：TN95 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0077-01
一、引言
雷达是一个复杂庞大的电子系统，内部集成了各种规格、型号的众多电子元器件，发射机作为雷达的关键设备，其功率密度要求有好的散热途径。随着现代雷达技术的发展和功率器件制造技术的不断进步，雷达发射机的组装密度、功率密度不断提高也已成为当前雷达发展的重要标志。大型相控阵雷达T/R功率组件、机载大功率发射机以及第四代固态发射机、星载T/R组件等都对冷却提出了更高的要求。可行的冷却方式、优良的冷却效果已经成为整个雷达具备高可靠性指标越来越重要的支撑。
二、雷达发射机热设计的手段
由于现代雷达发射机技术的发展和产品研制周期的缩短，传统经验式的热设计手段已越来越制约雷达发射机冷却技术的发展，根本满足不了诸如大型有源相控阵、机载大功率以及星载等雷达中发射机热设计的迫切需求。冷却系统在研制设计过程中亟需提高分析和解决实际问题的能力，比如：航天及机载等恶劣环境条件下雷达发射机的热设计仿真，相控阵雷达阵面风冷系统以及液冷系统温场、流场模拟分析等。
热设计软件仿真和热测试是热设计过程中的两个强有力的工具。在早期的设计过程中可以通过软件模拟组件、机柜甚至整个冷却系统的温场和流场等情况，同时通过关键件（如：冷板等）的热模拟测试，选择和优化冷却形式，并且在整个设备完成调试后对其再次进行热测试，检查其温度分布是否满足设备的实际工作要求。目前我们在雷达发射机热设计中常用的热分析软件有：SINDA/G、I-DEAS中的ESC、FLOTHERM、ICEPAK和FLUENT等。
三、几种典型雷达发射机的冷却形式
雷达发射机的冷却方式主要是根据其中电子元器件、设备的发热密度（即单位面积耗散功率）数值来选择的。其次是根据元器件的工作状态（直流工作状态还是脉冲工作状态，以及脉冲工作状态时的占空比），设备复杂性、空间或功耗大小，环境条件（气温、海拔高度等）以及经济性。综合考虑各方面的因素，使其既能满足热设计的要求，又能达到电气性能指标，所用的代价最小，结构紧凑，工作可靠。
根据雷达发射机的体制、功率大小、主要元气件和使用的环境条件大致可以分成以下几种：大功率电子管雷达发射机、集中式固态雷达发射机、分布式固态雷达发射机、机载雷达发射机、机载固态发射机、星载发射机等。
1）大功率电子管雷达发射机
大功率电子管雷达发射机，平均功率达到几十千瓦以上，其中的末级管一般均需采用强迫液冷，有较高绝缘要求的采用油冷，其它的一般采用水冷（加防腐、防冻剂）。高压电源中的变压器和电感器以及硅堆等，由于这些元器件均处在高电压下，要兼顾高压绝缘和散热这对矛盾，我们现在一般采用直接浸没冷却，再通过油箱体的对流和辐射散热。低压电源及其它电路，一般采用自然风冷、强迫风冷或强迫液冷，具体采用那种根据使用条件和功率密度来确定。
2）集中式固态雷达发射机
这种雷达发射机大都采用强迫风冷和强迫液冷，根据雷达的使用条件和性质选择，在发热密度小于1.55W/cm2时采用强迫风冷。其中的功率组件为了避免潮湿、灰尘以及盐雾等对微电路的影响，均采用密封结构形式，在密封功率组件的外面加风冷冷板或液冷冷板；电源和其它电路有采用直接强迫风冷的，也有采用間接强迫风冷的，强迫液冷均为间接冷却。
3）分布式固态雷达发射机
这种雷达发射机中的发射和高频接收做在一起，及T/R组件，分布于整个天线阵面中。根据天线阵面的体积尺寸和结构形式确定采用强迫风冷或强迫液冷，近来发射功率的不断加大，功率密度进一步提高，在强迫液冷中我们采用了准微通道冷却。在某舰载相控阵雷达中T/R组件采用空调风冷，子阵、电源等采用强迫液冷。
4）机载雷达发射机
由于机载雷达环境条件的特殊性，除了-55-71℃的高低温循环和强烈的振动冲击外，还要满足从8千米到2万1千米的低气压条件。根据飞机提供的冷却条件和发射机发射管的冷却要求来选择冷却方式，其中的高压电源由于要解决低气压下的高压绝缘，大都采用浸油冷却，油再通过冷板或换热器最终由冷却风或冷却液带走。其余电路均采用间接风冷或液冷。在某产品中我们采用了FC77冷却微波器件。
5）机载固态雷达发射机
一般采用间接液体冷却，即液冷冷板的形式。我们在某产品中采用了准微通道冷却，解决了高密度发热器件的散热问题。
6）星载发射机
星载发射机在航天环境下，热量最终通过辐射散到外界空中，同时还要兼顾迎阳面和背阳面两种卫星工作状态，一般采用被动式热控方案，即利用瞬态热容蓄热原理。T/R组件安装在铺设热管的安装板上，安装板背面装有蓄热器，当T/R组件工作发热时，热管拉平不同T/R组件间的温度，同时将热量导入蓄热器中，如不能满足散热要求，则通过辐射天窗将热量散出；在背阳和T/R组件不工作时，蓄热器中的热量返回到T/R组件，使其温度不至于过低。
四、结语
高、低温及其循环会对雷达中大多数电子元器件产生严重影响，热设计不合理会导致电子元器件的失效，进而影响整个雷达设备的失效，这一点在大功率的雷达发射机上表现最为突出。
参考文献
[1]赵莲晋；雷达发射机散热的数值研究[J]；机电信息；2016年18期
[2]任恒；固态发射机末级组件热设计[J]；制冷与空调；2016年03期
[3]程宝山；雷达发射机的冷却及热设计优化分析[J]；信息通信；2015年06期
作者简介
程晓祥（1969.3-）江西人，雷达装配技师，主要从事航天航空液冷管道弯制及成型技术研究。
[关键词]散热，热设计，冷却
中图分类号：TN95 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0077-01
一、引言
雷达是一个复杂庞大的电子系统，内部集成了各种规格、型号的众多电子元器件，发射机作为雷达的关键设备，其功率密度要求有好的散热途径。随着现代雷达技术的发展和功率器件制造技术的不断进步，雷达发射机的组装密度、功率密度不断提高也已成为当前雷达发展的重要标志。大型相控阵雷达T/R功率组件、机载大功率发射机以及第四代固态发射机、星载T/R组件等都对冷却提出了更高的要求。可行的冷却方式、优良的冷却效果已经成为整个雷达具备高可靠性指标越来越重要的支撑。
二、雷达发射机热设计的手段
由于现代雷达发射机技术的发展和产品研制周期的缩短，传统经验式的热设计手段已越来越制约雷达发射机冷却技术的发展，根本满足不了诸如大型有源相控阵、机载大功率以及星载等雷达中发射机热设计的迫切需求。冷却系统在研制设计过程中亟需提高分析和解决实际问题的能力，比如：航天及机载等恶劣环境条件下雷达发射机的热设计仿真，相控阵雷达阵面风冷系统以及液冷系统温场、流场模拟分析等。
热设计软件仿真和热测试是热设计过程中的两个强有力的工具。在早期的设计过程中可以通过软件模拟组件、机柜甚至整个冷却系统的温场和流场等情况，同时通过关键件（如：冷板等）的热模拟测试，选择和优化冷却形式，并且在整个设备完成调试后对其再次进行热测试，检查其温度分布是否满足设备的实际工作要求。目前我们在雷达发射机热设计中常用的热分析软件有：SINDA/G、I-DEAS中的ESC、FLOTHERM、ICEPAK和FLUENT等。
三、几种典型雷达发射机的冷却形式
雷达发射机的冷却方式主要是根据其中电子元器件、设备的发热密度（即单位面积耗散功率）数值来选择的。其次是根据元器件的工作状态（直流工作状态还是脉冲工作状态，以及脉冲工作状态时的占空比），设备复杂性、空间或功耗大小，环境条件（气温、海拔高度等）以及经济性。综合考虑各方面的因素，使其既能满足热设计的要求，又能达到电气性能指标，所用的代价最小，结构紧凑，工作可靠。
根据雷达发射机的体制、功率大小、主要元气件和使用的环境条件大致可以分成以下几种：大功率电子管雷达发射机、集中式固态雷达发射机、分布式固态雷达发射机、机载雷达发射机、机载固态发射机、星载发射机等。
1）大功率电子管雷达发射机
大功率电子管雷达发射机，平均功率达到几十千瓦以上，其中的末级管一般均需采用强迫液冷，有较高绝缘要求的采用油冷，其它的一般采用水冷（加防腐、防冻剂）。高压电源中的变压器和电感器以及硅堆等，由于这些元器件均处在高电压下，要兼顾高压绝缘和散热这对矛盾，我们现在一般采用直接浸没冷却，再通过油箱体的对流和辐射散热。低压电源及其它电路，一般采用自然风冷、强迫风冷或强迫液冷，具体采用那种根据使用条件和功率密度来确定。
2）集中式固态雷达发射机
这种雷达发射机大都采用强迫风冷和强迫液冷，根据雷达的使用条件和性质选择，在发热密度小于1.55W/cm2时采用强迫风冷。其中的功率组件为了避免潮湿、灰尘以及盐雾等对微电路的影响，均采用密封结构形式，在密封功率组件的外面加风冷冷板或液冷冷板；电源和其它电路有采用直接强迫风冷的，也有采用間接强迫风冷的，强迫液冷均为间接冷却。
3）分布式固态雷达发射机
这种雷达发射机中的发射和高频接收做在一起，及T/R组件，分布于整个天线阵面中。根据天线阵面的体积尺寸和结构形式确定采用强迫风冷或强迫液冷，近来发射功率的不断加大，功率密度进一步提高，在强迫液冷中我们采用了准微通道冷却。在某舰载相控阵雷达中T/R组件采用空调风冷，子阵、电源等采用强迫液冷。
4）机载雷达发射机
由于机载雷达环境条件的特殊性，除了-55-71℃的高低温循环和强烈的振动冲击外，还要满足从8千米到2万1千米的低气压条件。根据飞机提供的冷却条件和发射机发射管的冷却要求来选择冷却方式，其中的高压电源由于要解决低气压下的高压绝缘，大都采用浸油冷却，油再通过冷板或换热器最终由冷却风或冷却液带走。其余电路均采用间接风冷或液冷。在某产品中我们采用了FC77冷却微波器件。
5）机载固态雷达发射机
一般采用间接液体冷却，即液冷冷板的形式。我们在某产品中采用了准微通道冷却，解决了高密度发热器件的散热问题。
6）星载发射机
星载发射机在航天环境下，热量最终通过辐射散到外界空中，同时还要兼顾迎阳面和背阳面两种卫星工作状态，一般采用被动式热控方案，即利用瞬态热容蓄热原理。T/R组件安装在铺设热管的安装板上，安装板背面装有蓄热器，当T/R组件工作发热时，热管拉平不同T/R组件间的温度，同时将热量导入蓄热器中，如不能满足散热要求，则通过辐射天窗将热量散出；在背阳和T/R组件不工作时，蓄热器中的热量返回到T/R组件，使其温度不至于过低。
四、结语
高、低温及其循环会对雷达中大多数电子元器件产生严重影响，热设计不合理会导致电子元器件的失效，进而影响整个雷达设备的失效，这一点在大功率的雷达发射机上表现最为突出。
参考文献
[1]赵莲晋；雷达发射机散热的数值研究[J]；机电信息；2016年18期
[2]任恒；固态发射机末级组件热设计[J]；制冷与空调；2016年03期
[3]程宝山；雷达发射机的冷却及热设计优化分析[J]；信息通信；2015年06期
作者简介
程晓祥（1969.3-）江西人，雷达装配技师，主要从事航天航空液冷管道弯制及成型技术研究。