以热设计为核心的某功放一体化结构设计

微波大功率放大器系统的热设计发布时间：2021-05-19T11:41:41.540Z 来源：《基层建设》2020年第31期作者：范中建1 俞忠武2 [导读] 摘要：热设计是大功率放大器设计最重要的方面。

1南京大桥机器有限公司；2空军装备部驻南京地区第二军事代表室摘要：热设计是大功率放大器设计最重要的方面。

本文以我们最近设计研制成功的L波段500瓦线性连续波功率放大器系统来说明微波功率放大器热设计的步骤和注意事项。

微波放大器系统采用强迫风冷，文中对这一冷却方式进行了深入探讨，着重探讨对微波功率放大器性能的影响和保护措施。

1引言随着微波固态器件和系统的发展，其体积逐渐缩小，功率却在增加，热流密度急剧增加，使热设计成为器件、设备和系统可靠性设计的一项主要内容。

我们设计的放大器为L波段带宽120MHz连续波500瓦准线性功率放大器，其是我所有史以来最大的连续波线性功率放大器，因此其热设计也将对我们提出更高的要求。

其设计成功的经验可直接推广到其它功率器件和放大系统的设计上去。

2设计与方案确定2.1放大器电原理图的初步设计（虚线为信号控制线，实线为微波通路）推动级输出功率为线性50W，推动四个输出功率185W微波功率单块。

由电路原理图可以看出，热量主要集中分布在四个大功率器件集中的功放单块中。

2.2放大器的热设计步骤2.2.1首先通过电路的发热器件确定发热总量以确定采取何种散热方式功放单块电路示意图2，功放单块应用6只线性50WFET，由于放大器功率管工作于A类状态，放大器最恶劣的工作条件为静态工作状态，即无微波信号输入。

此状态下系统的发热主要来源于微波FET的静态电压和静态电流。

总热量为：11V（FET工作电压）×10A（FET静态电流）×6（FET数量）＝660W散热总面积：22（cm）×52（cm）＝1144cm2=0.1144m2热流密度：660 W÷1144 cm2＝0.577W/ cm2确定热流密度是决定冷却方式的重要手段。

总630期第二期2018年2月河南科技Henan Science and Technology一种功放方舱的热优化设计石金彦（中国电子科技集团公司第二十七研究所，河南郑州450047）摘要：某测控系统高功率功放设备装载于长度为2m 的方舱内，通过空调送冷风散热。

本文结合交付的工程设备出现的方舱内环境温度高的问题进行相应的总结和分析，并对散热优化设计及仿真进行分析。

结果表明，高功放设备的工作环境明显改善。

关键词：电子方舱；结构设计；热设计；优化设计中图分类号：TN830.5文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）04-0056-03Thermal Optimal Design of one Shelter for Power AmplifierSHI Jinyan（The 27th Research Institute of CETC ，Zhengzhou Henan 450047）Abstract:The high power amplifier equipment for one measurement and control system installed in a elec⁃tronic shelter 2meters long is cooled by air condition.The question of consigned engineer equipment was analyzed and the causations were concluded in this paper.Then,the measure of thermal optimal design was introduced and the emulational result indicate that the entironment temperature for high power amplifi⁃er in shelter is ameliorated obviously.Keywords:electronic shelter ；structure design ；thermal design ；optimal design 1概述功放设备功率大，发热量比较大。

Academic Forum458 某型功放整机结构设计王 金，于 斌，路 波（中电科思仪科技股份有限公司，山东 青岛 266555）摘要：本文对某型功放整机进行了结构设计，分别从模块化设计、力学分析和热设计三方面对整机设计过程进行详细论证。

通过生产样机并进行环境适应性实验验证均可满足指标要求。

最终证明本次设计满足使用要求。

关键词：重型整机；固态功率放大器；仿真；热设计1 研究背景 近几年国内射频功率放大器的发展十分迅速，随着覆盖频率的扩展和放大功率的增加，设备体积和重量也急剧增大。

功放芯片转化效率低，热流密度大,如何将热量导出是设计的难点[1]。

热设计是保证功放整机可靠性的一项关键技术。

合理的结构布局及选择合适的散热方式，使用仿真软件进行设计评估是当前热设计的主要思路。

某功放整机重量为90kg，尺寸为426×490×600mm（宽×高×深）。

环境适应性振动和冲击要求应满足GJB3947A 中4级设备要求，工作温度为0-40℃。

2 结构设计 2.1 机箱总体及模块化设计 本次设计的整机重量较大，装配过程中应避免反复搬抬，因此考虑采用模块化设计方案。

对整机的功能进行分析，主要有射频放大、供电和人机交互三大部分组成。

其中人机交互包括前面板和后面板，因此考虑设计如下4大模块：射频放大组件、电源组件、前盖组件和后盖组件。

每个组件单独装配完成后再组合到一起，提高了整机的可装配性和可维修性。

本次设计的整机对输入射频信号采用三级放大的方式，分别为驱动放大器、一级功放和二级功放。

二级功放采用64路信号合成。

整个组件作为独立模块设计，拥有独立的外壳。

电源组件负责为整机内部电气设备供电，主要包括电源和电源板。

整体装配在一起，有独立的外壳。

前盖组件和后盖组件主要由人机交互部件组成。

射频输出口靠近上部可以方便操作，因此考虑将射频放大组件放置于上方，电源组件放置于底部，结构方案见图1。