某阵列模块的结构设计

摘要：介绍了一种阵列模块的结构设计。针对模块高度集成，局部热流密度大等特点，着重对优化布局设计、高效散热设计、腔体结构的防水密封以及电磁兼容设计等关键技术进行了阐述。

关键词：优化布局；高效散热；防水密封；电磁兼容

引言

随着电子元器件的高速发展，雷达电子设备的高度集成将不可避免。但同时带来了布局紧张，热流密度大，电磁干扰，防水困难等相关问题。这些问题在多通道阵列模块上显得尤为突出，这就对阵列模块的结构设计提出了更高的要求。

1.优化布局设计

该模块为8通道数字阵列模块内部包含8路收发单元、8路变频、基准源、频率源、8通道数字处理板、分布式电源、功分以及调制等上百个电讯零部件。因此合理的布局尤为重要，结构设计师从方案阶段就需要与其他相关设计师充分交流讨论，并经过多轮反复修改、协商，最终确定最优方案之后。与结构总体就阵列模块的大小及机、电、液等外部接口进行磋商与讨论。与电讯设计师根据信号走向，排列好各功能模块的位置与空间分布，并且预留合理的水道空间和正反面过孔以及垂直互联绝缘子的位置；同时兼顾散热器件的合理分布和分配；固定螺钉及散热水道之间的互相合理避让；内部走线及可操作性进行反复讨论。与环控设计师在散热水道的设计和优化，以及散热翅片的排列和分布进行讨论。与工艺设计师就散热水道的焊接方式及优化可制造性方面进行讨论。待所有的问题全部梳理通順才能进行详细的工程结构设计。

2.高效散热设计

该阵列模块热耗约974W，其中100W功率管安装外形尺寸为34mm*10mm，热流密度峰值超过20W/cm2，风冷散热已不能满足要求，本方案选用液冷体系。基于冷板功率器件布局与冷却流道一体化设计思路，采用高热流密度高效冷却技术完成阵列模块散热，具体实现途径如下：①引入小型内嵌翅片的液冷通道和流道翅片的边界层截断技术，增大冷却液与冷板结构在热耗集中区的换热面积和停留时间，并利用冷却液在翅片截断处的入口效应和翅片顶端扰动效应来增强冷却液与冷板结构的换热能力；②在冷却流道与器件排布一体化设计基础上，根据器件热耗及其安装特性，采用搅拌摩擦焊的方式在器件安装基板上生成冷却通道，将功率器件直接安装在组件冷板两侧，并采用有效措施降低器件与冷板间的接触热阻。经过优化设计后，在单件阵列模块冷却液流量为4.5升/分钟、进液温度为35℃的情况下，计算显示位于流道最下游的100W功率管温度最高，约为62.6℃，管壳温度约为62.2℃，同类器件温差约3℃，冷却液进出口温差约为4℃，冷板压损约0.115Mpa，满足散热要求。

5.结束语

此阵列模块已通过各项例行试验，各项指标均达到了设计要求。并且随整机参与多次演习与试验，工作稳定可靠。但是，由于电子元器件的高速发展以及新技术，新材料的不断涌现，新的结构设计方法也会不断产生。

参考文献：

[1]GJB 870—90.军用电子设备方舱通用规范[ S].1991.

[2]谢德仁.电子设备热设计. 南京：东南大学出版社，1989 ，12

[3]王建石编.电子设备结构设计标准手册. 北京：中国标准出版社， 2001 ，10.

作者简介：

吴显发（1978-），男，安徽，2000年毕业于合肥联合大学机制设计及制造专业，现为中国电子科技集团第38研究所工程师，从事雷达结构设计工作。