一种导航天线的热设计与分析

1彭申2王莹

摘要：目的获得一种小型导航通信天线的温度场分布，验证其散热方式

方法采用试验和计算仿真结合求解小型通信天线在高温环境中的传热效率，元器件温度。结果根据采集的数据进行对比，小样本摸底试验和有限元仿真分析得出的传热数据误差在8%以内，满足工程实践精度要求。进一步证实该散热设计的可行性。结论小型通信天线进行热设计时，采取将功率元器件布置在天线底座自然散热，导热路径短，效果最好，性价比最高。

关键字：热传导；热容密度；传热效率；仿真计算

随着我国导航系统的不断发展，越来越多的电子设备朝着功率高、体积小、功能多的方向发展。因元器件高温失效而产生的可靠性问题日益突出，电子设备的结构日趋复杂，据数据统计80%的元器件失效是因为高温失效的，因此电子元器件的热设计问题越显重要。

本文正是基于以上实际情况和参考数据，在小型某导航天线结构设计中，基于传热理论寻求一种优良的散热设计，维修性适宜，结构简单，可靠性高，满足在小型天线上使用。因此，文中使用CFD方法对某小型导航天线进行温度场分析，预测元器件在高温环境下的最高温度，后通过试验验证散热元器件是否满足使用要求，散热方式可行，散热元器件的合理分布。归纳一种小型导航天线性价比最高的散热方式。

1模型和计算方法

2.1结构模型

本文基于CREO建立模型，天线主要由天线罩，底座，后盖，天线阵子，印制板，电源板组成。天线罩为PC材质，底座与后盖为铝合金材料。天线模型信息见表1与表2。

由于天线罩PC材质导热系数0.22w/(m••••℃)，对流散热可忽略不计。

2CFD数值仿真与实验

2.1CFD数值仿真

对某通信天线内部温度场进行数值模拟，由于热源主要为电子元器件，散热面主要是铝合金底座和后盖。所以将热源布置底盖处通过硅胶导热垫传导。

文中应用已知的外部环境温度70℃为边界条件输入，采用稳态模型，对流辐射传热。对典型工况稳态条件下的模型内外温度场平衡时刻进行仿真计算，全面的分析设备内部温度场和分布。

仿真分析结果如图2所示，随着外界环境温度的增加，设备位置温度4w芯片周围处温度最高。在70℃环境温度下温度下壳温均达到了110℃。底座温度比较均匀，导热硅胶传热效果良好。

2.2实验测试

高温测试本实验采用稳态测试法，样本放入恒定（70℃）温度温箱内，3小时后，记录元器件表面温度及外壁的温度。温度传感器分别贴在FPGA和机壳表面，使用TP9000多路数据记录仪采集数据，进行高温测试

，图2所示。

3结论

本文针对小型导航天线的热设计问题，对某设备进行了数值模拟和温度场分析，并将仿真结果与试验值进行对比，得出以下结论。

1)建立某小型天线温度场的CFD计算模型，应用了商用软件ICEPAK进行了数值仿真求解，CFD计算值与实验值对比存在8％误差，基本满足工程需要。

2)小型天线设计时，天线体积功率密度不大的情况下，分散布置热源，缩短传热路径，将热源尽量布置在散热面，可极大提高散热效率。

3)体积功率密度不大的情况下，自然散热即可满足一般的使用要求，且结构简单，造价低廉，性价比高。通过6SigmaET能够清楚的看到温度分布情况，是一种便捷、有效的预测分析手段，本文的分析结果可以为天线热设计、优化提供参考。

参考文献：

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