雷达设备的水冷散热设计

发射机作为雷达的关键设备,其功率密度高,要求有好的散热效果。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。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。

温度对雷达系统的性能影响十分重要。温度过高、过低将会导致电子元器件故障,进而使得整个雷达设备失效,在大功率的雷达发射机上温度对装置性能的影响更为突出。

液体冷却是利用液体的导热系数及比热均比较大,可以大大减小各有关换热环节的热阻的特点,用液体带走热量的冷却方式。液冷的热流密度大且热负载均匀,温度梯度小、结构紧凑。其缺点是:系统比较复杂,体积和重量较大,设备费用高,维修也较困难。

液体冷却可以分为直接液体冷却和间接液体冷却两类。直接液体冷却又可以分为浸入式直接液体冷却和直接强迫液体冷却;浸入式直接液体冷却主要用于发射机中的大功率高压器件,如将速调管的阴极,高压变压器、电感、硅堆等浸泡在冷却液中,将热带走。直接强迫液体冷却在大功率发射机中应用极其广泛,如速调管的收集极、管体、输出窗、线包、隔离器和正交场管的阳极等都是采用这种方式。国外的微波功率模块(MPM)中,为了减少体积、减轻重量和解决高热密度的散热问题,也应用直接强迫液体冷却。采用间接液体冷却方式时,其冷却液不与被冷却的器件接触,而是制成液体冷板和管路间接带走热量,这种方式主要用于大功率固态组件,特别是大功率T/R组件,以及晶体管模块等。发射机强迫液冷系统的关键技术为液冷组件及精确的流量分配。