新型固态发射机结构设计

插座!同时设计分机和机架#插头和插座间的导向定位 装置!快速完成分机在机架中的安装和电讯连接" 在 以往的设计中!只考虑了插头插座间的导向定位!忽略 了分机在机架上的导向定位连接! 因此抗冲击振动性 能差!影响了运输适应性" 一般情况下!发射机机架和方舱的尺寸误差较大! 而发射机功率输出法兰位置是有严格要求的" 以往通 过设计多种长度馈线以适应输出口位置! 在该高机动 雷达中!首次将合成器设计成在机柜内浮动安装!巧妙 利用合成器与末级功放组件相连的高频同轴电缆的柔 性!通过调整合成器与机架# 方舱的相对位置! 比较好 地实现了发射机功率输出口的位置要求"
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$!引!言
固态发射机比电子管发射机有着高得多的可靠性等 特点!其高成本问题也随着微波功率管制造工艺的不断 发展和完善而逐步得到解决!因此固态发射机的应用越 来越广泛" 特别是在高机动雷达领域!固态发射机更因 其良好的抗振动冲击性能#可以较好的满足现代战争对 雷达越来越高的高机动性要求而得到特别青睐" 固态发射机有分布式发射机和集中式发射机两种 结构%分布式发射机主要应用于有源相控阵体制雷达! 其& I 4组件单元#开关电源以及其他分机寄生于天线 骨架或分散安装布置! 没有相对完整独立的发射机结 构$集中式发射机具有独立的发射机结构!其分机结构 与分布式发射机基本相同" 本文主要介绍某高机动雷 达集中式固态发射机新型结构设计"
第 "( 卷!第 " 期 !"$$K 年 " 月
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现代雷达
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结构技术
新型固态发射机结构设计
汤长岭
! 南京电子技术研究所"!南京 "#$$#% #
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! 摘要" !介绍了某高机动雷达集中式固态发射机的新型结构!整个发射设备集成安装于一只方舱内!功放组件和开 关电源分机共用静压箱!只要一只风机供风!首次设计应用矩形分配器和合成器" 分析了整机结构# 安装和连结# 冷却设 计以及主要分机结构设计特点" 该新型结构设计精简了发射机结构! 操作维护方便! 节省了开机时间! 提高了发射机性 能" 论文最后提出了固态发射机的结构研究方向" 对固态发射机设计研究具有一定的参考价值" ! 关键词" !固态发射机$固态功放$功分器$合成器$开关电源 中图分类号#& ’ (%!!文献标识码#)
流通截面积 ,& ’ () ($ " " " " #" -#$ . " -#$ . D !, &# + D &# + "
当量直径 ’ & !.! ’* * (D D & "(!." ! ’ &U + / 0 &) " & ".! OOS! 温升 ! 根据使用环境!取进风温度 1 1 2# R 2 R K%S!则单个组件所需风量为 (S!出风温度 1 2" R
压力损失
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冷板底部温度 1 =& 导热温差 1 (! ’* &" (% ’ &U + KS ! # && " 接触热阻引起的温差 1 9 (S ! 4 @ &K + " &" 晶体管结热阻引起的温差 9 1 ! % &" A &(#S 1 1 1 1 晶体管结温%1 #OKE #S! 可 ! ! ! AR =Y # Y " Y % R 满足国军标对晶体管的降额工作要求" 开关电源的主要发热元器件有开关管#整流管#整 流桥和变压器!每只开关电源冷却的功率约为 PO Q! 计算可得所需风量为
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空气质量流速
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"!安装及连接设计特点
为保证发射机各分机能够实时快速更换! 所有分 万方数据 机正面安装 " 因此!分机背部安装插头!机架安装浮动
空气流速 8&3* "" DI 6 &, ’ &% + #
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首次将开关电源和功放组件左右排布! 巧妙设计 共用静压箱和送风孔板! 由一只风机供风" 与以往上 部安装功放组件#下部安装电源组件#上下静压箱分别 由两只风机供风的结构比较! 这一新结构不但减少了 设备和重量!降低了重心! 而且方舱高度得以降低 & 高 度问题一直是个难题’ !内部容积率大为提高" 首次设计采用矩形分配器和合成器! 高频同轴微 波连接电缆长度最短且折弯相同!结构整齐美观#安装 维护方便!可随意插拔任一电缆及拆换末级功放组件! 从根本上解决了以往无法随意更换故障末级功放组件 的问题!而且降低了传输损耗!提高了幅相一致性" 由于分机形式和舱内布局作了关键性改进! 使得 方舱不再需要开天窗!消除了舱顶渗漏隐患$两侧面只 需要开四只通风窗!操作人员站在地面就可开窗!松开 后气压升降杆自动支撑窗户到一定角度" 以往方舱上 需要开八只通风窗!而且高度高!操作人员需要爬上载 车平台!才能打开窗户并用支撑杆支起" 开窗这项操 作至少减少一半工作量! 操作时间不到以往的二分之 一!这对雷达的高机动性非常有利"
%!冷却设计 ! " "
固态发射机的主要功耗是末级功放组件和开关电 源!共用静压风道#采用一只风机为功放组件和开关电 源供风冷却是第一次" 功放组件和开关电源的风阻和 所需的风量是不一样的! 这是用两只风机分别供风的 主要原因" 为此!必须首先对末级功放组件和开关电
图 #!发射结构布局
源进行深入的热分析! 然后才能据此进行静压箱和送 风孔板设计!解决风量分配这一关键问题" 单只末级功放组件中所需冷却的功率为 %"O Q! 这是由压装在底板上大功率晶体管产生的! 底板背面 焊接锯齿形翅片!高 !R "" D D R $E %D D !厚 ! !节距 " R %E $ D D #K% QI D #T$ D D ! "R (S! 翅片长 # R !宽 OT$ D D $R !则 总传热面积为
#!结构方案及特点
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某高机动雷达! 要求固态发射机安装于方舱内"
万方数据 #"$$O0 收稿日期 $P0 "K!!修订日期#"$$O0 ##0 #$
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现代雷达
"( 卷
高!制造成本最低%空调循环风冷或水冷! 均需要增加 二次冷却装置!设备量大而且可靠性低!且存在冷却液 的渗漏隐患" 在发射结构总体布局上! 整个发射设备 & 含冷却 单元’ 按安装与同一方舱内设计" 发射方舱两侧面为 完全开门的结构!门上设计通风窗$发射机架占满整个 方舱并与方舱安装联接成一个整体以提高刚度! 前部 安装冷却风机及备件等!后部安装发射机其他分机$各 分机对称正面安装于发射机架两面$ 机架中间安装供 风静压箱!功放组件和开关电源进风口对接静压箱送 风孔板" 发射机工作时!可轻松开启方舱通风窗$安装 维护时!打开发射方舱侧门即可!布局如图 # 所示"
雷达在运输状态时天线放倒折叠后覆盖于发射方舱的 两侧和顶部! 满足公路# 铁路以及航空等多种运输要 求!在转移阵地时撤收#架设的时间以及维修时间均有 严格要求" 该固态发射机由 #K 只末级功放组件进行功率合 成!由 #" 只开关电源并联后为末级功放组件供电" 此 外!固态发射机结构还包括前级功放组件# 监控分机# 前级双工器#双工控制#分配器#合成器#配电转接单元 等各一只" 由于功放组件和开关电源在自然散热情况 下无法正常工作!必须采取强制冷却措施!因此固态发 射机还应有提供冷却介质的冷却单元等" 固态发射机结构设计紧扣高机动要求! 按尽量减 少设备数量#减少操作环节# 优化结构布局# 选用轻型 材料#以及具有良好可靠的抗振动冲击性能进行设计! 努力做到重量轻#体积小#操作方便#性能可靠#满足高 机动要求" 根据使用环境! 选择常规风冷" 与其他冷却方式 比较 ! 采用常规风冷设备量最少 ! 可靠性和冷却效率
U!分配器 I 合成器设计
以往!分配器和合成器结构都设计成圆形!这对末 级功放组件沿圆周径向排列是可行的! 但应用到矩形 排列的就产生问题" 分配器的输出和合成器的输入与 对应末级功放组件的输入和输出的距离# 位置是不同 的!但为了保证末级功放组件等幅同相!只能按最长距 离决定高频同轴微波电缆的长度" 在结构上电缆比较
第" 期
汤长岭%新型固态发射机结构设计
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雷诺数 9 6 $ &(#K 0 && / 0 7’ * 摩擦系数
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! 经实际测试!末级功放组件出风口风速 %E O DI 6 与设计基本一致" 功放组件和开关电源工作正常! 说 明冷却设计是可行的"