雷达电子机箱的热分析及优化设计
A7.电子设备热设计规范
电子设备热设计准则1、概述1.1 热设计的目的采用适当可靠的方法控制产品内部所有电子元器件的温度，使其在所处的工作环境条件下不超过稳定运行要求的最高温度，以保证产品正常运行的安全性，长期运行的可靠性。
热设计的重点是通过器件的选择、电路设计(包括容差与漂移设计和降额设计等)及结构设计（主要是加快散热）来减少温度变化对产品性能的影响，使产品能在较宽的温度范围内可靠地工作。
1．减少设备（线路）内部产生的热量，应该是电路设计的一项指标；2．减少热阻，是电子设备结构设计的目的之一；3．保证电气性能稳定，热设计使元件不在高温条件下工作，以避免参数漂移，保持电气性能稳定；4．改善电子设备的可靠性；5．延长使用寿命。
1.2、热设计的主要内容电子设备冷却方法的选择要考虑的因素是：电子元器件(设备)的热耗散密度(即热耗散量与设备组装外壳体积之比)、元器件工作状态、设备的复杂积蓄、设备用途、使用环境条件(如海拔高度、气温等)以及经济性等。
①、元器件的热设计。
主要是减小元器件的发热量，合理地散发元器件的热量，避免热量蓄积和过热，降低元器件的温升，是设计考虑的一项主要指标。
②、印制板的热设计。
有效地把印制板上的热引导到外部。
减少热阻，是结构设计的目的之一。
③、机箱的热设计。
保证设备承受外部各种环境、机械应力的前提下，充分保证对流换热、传导、辐射，最大限度地的把设备产生的热散发出去。
⑴、热量的传递只要存在温差就有热量的传递。
热量的传递有三种基本方式：传热、对流和辐射。
它们可以单独出现，也可能两种或三种形式同时出现。
热量传递的两个基本规律：热量从高温区流向低温区；高温区发出的热量等于低温区吸收的热量。
⑵、热设计需考虑的问题系统热设计应与电路和结构设计同步进行；尽量减少电路发热量；减少发热元件的数量；选择耐热性和热稳定性好的元器件；在结构设计时应合理地选择冷却方法；进行传热通道的最佳设计；尽量减少热阻,热阻是热量传递路径上的阻力。
封闭式机箱的散热分析
f
R=2.96
R=23.15
R=0.22
R=0.11
R=
R=0.23
a
b
c
d
1e
Qa
Qb
Qc
Qd
chassis
芯 片
110 的 散 热 分 析
计算得到各散热路径上的热阻值，通 过由模拟电路分电流定律可以计算各 个支路的热流量，然后由公式Δt=QR 可以得到各个热阻引起的温升 ，把各 段的温升累加起来，从而得到芯片核 心到箱体的温降。
章
解
析
芯片1145的
散热分析
计
解析 计算
芯片8245的 散热分析
算
箱体内部空 气的散热分
析
箱体侧面 的散热分析
芯 片
110 的 散 热 分 析
drb1-4 drb1-5
drb1-3
板N
drb1-2 drb1-1
a
板M 导热板110的结构尺寸图
air
air
air
芯片110
drm1 drb1-1 drb1-234 drb1-5 drm2
机箱底部结构尺寸和结点位置
机箱底部模拟热阻图
利用热平衡法，列出各个节点的离散方程
节点1：
Q2 1 Q5 - 1 Q6 - 1 Qair - 1 Q1 0
节点2：
Q1 2 Q3 2 Q5 2 Qair - 2 0
节点3：
Q2 3 Q4 3 Q5 3 Qair 3 Q3 0
箱 体
序 号
名称
热量 （W）
箱体内部空 气的吸热量来源
内
1 主板 8
于芯片110，芯 片8245，芯片
部
2 控制板 1
基于FLOEFD的电子设备机箱的热仿真分析
基于FLOEFD的电子设备机箱的热仿真分析摘要:随着电子设备的集成度逐渐提高，电子产品的热流密度也越来越大，散热问题是目前电子设备结构设计中首要要考虑的问题。
本文以某电子产品机箱为例子，介绍了基于FLOEFD软件对其进行热分析的仿真过程，并且简要介绍了仿真过程中的一些经验应用，对于工程中使用该软件进行机箱热性能分析具有一定的参考意义。
关键词电子设备热分析FLOEFD0、前言电子设备机箱被广泛应用于国防和民用的各个领域。
随着电子技术的飞速发展，机箱的热流密度越来越大，这对机箱的热设计提出更高的要求，机箱内各模块的电子元器件一旦温度过高便无法可靠地工作。
据研究表明，电子设备失效的原因有55％是由温度引起的[1]，过热损坏是电子设备失效的主要形式。
根据阿伦纽斯模型显示，器件温度每升高10℃，其失效率就会增加一倍[2]。
因此在机箱的结构设计阶段就需要考虑机箱的热设计。
目前设计师在产品设计阶段主要运用热仿真软件对产品的热特性进行分析，以规避产品未来可能遇到的散热问题。
目前主流的热仿真软件FLOEFD, Flotherm, ICEPAK在工程热分析中有广泛的应用。
本文以FLOEFD为仿真软件，分析了某电子设备机箱的热仿真过程和结果,验证器件在给定的环境和热负荷条件下是否能正常工作，对于不能正常工作的器件，提出改进措施。
1、机箱的结构布局机箱主要由上板、底板、左右侧板、前后盖板及6个插件组成，如图1 所示。
图1 机箱结构布局机箱的热设计以星体结构热传导为主，通过机箱安装面传导散热，以空间环境热辐射为辅，通过机箱外表面辐射散热。
插件按排列顺序和母板的划分，垂直插入各自的导轨槽内，然后采用锁紧装置锁紧。
插件内的印制板嵌入铝散热盒，尺寸略小于散热盒尺寸。
同时选择热导率高、有利于导热的多层板设计且在大功耗元器件与散热面之间填充了导热填料。
机箱热分布情况如表1 ：表1 机箱热分布情况表2、热仿真模型与仿真方法分机工作的最高环境温度：45℃、真空，热沉温度45℃，在图1中的下底面。
热与电磁仿真分析的作用与意义
• 随着热仿真软件技术的不断进步和工程化 程度的不断提高,热仿真分析技术在现代产 品设备(尤其是复杂系统)热设计中的地位和 作用也将会越来越大。
电磁仿真分析的意义
灵活性
方便的调整几何结构、材料属性、放置位置等关键参数 针对某一环节进行单独分析
全面、深入
可以根据用户要求分析任意部件、得到系统的任意电磁特性 提供比测试丰富得多的信息
效果
在虚拟原型上改进设计，确保设计一次成功
在电路设计中，电磁仿真技术的作用：
AC/DC 开关电源电路基本框图
• 1） 可以使用成熟的智能化设计规范来分析和引导电路设 计，并可提供对平面电路进行电磁场分析和优化的功能；
• 2） 允许工程师根据实际情况自定义关键器件工作频率范 围、材料特性、辅助电路参数等，可在时域或者频域内实 现对线性或非线性电路的综合仿真和分析；
• 3）可以进行任意三维无源结构的高频电磁场仿真，可以 直接得到特征阻抗、传播常数、辐射场、天线方向图等结 果。
电磁场仿真已经广泛地、成功地应用于电 磁性能预测、设计的多个方面。
• 热分析软件可以快速而准确地得到系统的 热设计分析结果,模拟出设备的温度场分布,
从而使设计者对设备的散热能力有直观、 准确的了解,能及时发现设计中电子机箱，箱内安装印制板插件与 电源模块。
• 通过热计算与仿真选择满足环境要求的最 优设计方案。
热与电磁仿真分析的作用与意义
热仿真分析的意义。
• 在产品开发初期借助热仿真软件进行仿真分析,为 设计者提供设计依据和参考,是产品设计的发展趋 势。
• 散热分析不仅是一种提高散热设计手段和方法的 有力工具,而且对于提高设计水平、减少设计反复、 缩短产品开发周期、提高设计者的前瞻性及设计 的准确性等都具有重要的意义。与此同时，还能 减少设计成本、提高产品的一次成功率,改善产品 的性能和可靠性,减少设计、生产、再设计和再生 产的费用。
机载电子设备机箱的温度场及仿真技术分析
机载 电子设备机箱的温度场及仿真技术分析
任 召 焦超锋 姜红 明
（ 六三一所 ，陕西 西 安 ７ １ ０ ０ ４ ９）
【 摘 要 】 随着经济的发展和科 学技 术的进步 ，电子设 备在现 代 生活 中的应 用越 来越广泛 ，已经逐 渐渗 透到 民用和 军事领域 ，其 作 用也在逐渐扩 大，电子设备 的可 靠性 和安全性受到人们 的重视和
经过分析我们 可以得出结论：液冷电源模块工作时产生 的热量 主要通过冷却剂进行散发 ，通 过 自然对 流散发的热量极小 ，在进行 分析时可 以忽略 。因此 ，在对机 载电子设备进行设计时，对于散热 系统的设计只需要考虑冷却系统 的冷却效果 即可 。 ２ ． ２机 箱热仿 真分析 机载 电子设备 对于 环境适应性的要求很高 ，需要满足高温 、湿 热、盐雾、霉菌等 的防护 要求 ，而且邀 请具有抗 电磁干扰 的能力 ， 出于集成的需要 ，一般会对机 载机 箱采 取密 封式结构，加强对于 电 子设备 内部元件 的保护 。但是 密封 式结构的散热是一个重要问题 。 这里选择 冷却效果较好的液冷机箱进行分析和探讨 。 机载机箱 的密封性 导致其 散热比较复杂，其 内部的导热锁紧机 构比较复杂 ，主要依靠机箱箱 体与环境 的 自然对流以及冷板内冷却 剂的流动来散热 ，其热量 的散 发方式主 要依靠传导和对流，辐射传 热可 以忽略不计 。对于液 冷机 箱而言，由于机箱 自身的密 闭性 ，机 箱与空气的 自然对流散热 也可 以忽略，因此 ，其系统运行产生的热 量主要依靠冷板 中的冷却剂来传 导。一般情 况下，机载机箱采用的 是插入式结构 ，主要有左 右冷板 、前后面板 及上下盖板组成，其插 入式模块包括印制 电路板和模块 两种 形式，通过楔形锁紧条固定在 箱壁的导轨上。 ３ 总 结 与 展 望 由于机载 电子 设备逐渐 向着 小型化和集成化的方向发展，其使 用环境也越来越苛刻 ，为 了保 证电子设备的持续运 行，确保其正常 工作 ， 散热能力成为影响机载 电子设备可靠性和安全性的重要因素 ， 需 要 电子 设 备 设 计 人 员 充 分 重 视 ， 在设计阶段对其进行热仿真分析 ， 建立相应的模型进行实验 ，为 设计提供 相应 的数据参考。但是 ，由 于模型的建立十分 困难和 繁琐 ，对 于设计人员 自身的技能和经验要 求较高，电子设备 的热仿 真自动 分析模块得 以开 发和 发展 。 Ｃ Ａ Ｄ ／ Ｃ Ａ Ｅ 自动分析模块的应用，使得热仿真分析技术的普及具备了可能性 。 对于其未来的发展 ，仍需要解决几个 问题 ： 首先 ，Ｃ Ａ Ｄ模 型在 导人生 成的热仿真模型时， 需要重新划分网 格， 由于仿真软件对 于模 型的模型的辨 识程度不高，网格的质量较 差 ，较为复杂 的模 型需要 进行 手工调整， 自动化程度较低 ，也加大 了工作人员 的工作压 力。因此 ，需要进一步对该技术进行改进和完 善 ，从简化模型结构和加强网格设置两个方面提高网格的质量。 其次 ，对数据 的处理和总结归纳功能不够完善 ，需要根据工程 的实际情况进行改进和创新 。
雷达模块结构高效设计方法探索
雷达模块结构高效设计方法探索雷达模块结构高效设计方法探索随着科学技术的不断发展，雷达技术被广泛应用于军事、民用、科研等领域。
雷达模块是雷达的重要组成部分，其中，结构设计的高效性直接影响到雷达性能的发挥和数据的准确性，因此，雷达模块结构的高效设计方法探索是当今科技领域的一个重要课题。
1. 雷达模块结构的基本组成雷达模块结构大致由发射部分、接收部分和信号处理部分组成。
其中，发射部分负责发射信号，接收部分负责接收信号，信号处理部分负责对接收的信号进行处理和分析，获取目标信息并进行目标跟踪。
在具体实现时，雷达模块结构除了以上三部分还会考虑如下工作：（1）天线数组结构设计：天线阵列是雷达系统中，由多个单元阵列组成的一个二维或三维系统。
天线阵列的结构对于雷达系统的性能起到至关重要的作用。
高效的天线结构能够有效地增大雷达系统的描述范围，加强抗干扰能力，提高雷达系统的探测和定位能力。
（2）低噪声前置放大器设计：前置放大器是接收机重要的前端信号处理部分。
对于雷达系统而言，前置放大器必须具备低噪声、高增益、高线性等特性。
通常情况下采用共源极型式的高电平前置放大器。
它通过对信号进行放大，补偿传输损失以及增益控制等功能，为接下来的信号处理提供重要的支持。
（3）信号处理算法设计：信号处理算法是雷达系统实现目标跟踪和目标信息提取的关键技术。
常用的信号处理算法有最大似然估计算法、卡尔曼滤波算法和最小二乘法等。
这些算法能够根据接收到的信号，对目标的位置、方向、速度等参数进行估计和预测，从而实现对目标的跟踪。
2. 雷达模块结构设计的高效方法（1）结构优化设计结构优化设计是针对雷达模块当中的每个部分，利用虚拟样机进行优化，以达到对整个雷达结构的优化效果。
常见的结构优化方法包括有限元分析法、模拟退火算法和遗传算法等。
通过这些方法，优化出来的雷达模块结构可以有效地减少结构重量、提高结构刚度等。
（2）系统仿真设计系统仿真方法是针对雷达模块结构整体，进行仿真验证的方法。
走进电子热分析仿真工具ICEPAK
Icepak中关闭辐射和发射率为0一样吗？ 在一个完全密封的机盒中作热仿真，机盒中水平放臵四层相同的PCB，PCB 的间距是20.32mm，作如下三种情况的仿真： 1、打开散热片辐射，散热片表面的发射率设为0.8； 2、打开散热片辐射，散热片表面的发射率设为0； 3、关闭散热片辐射，散热片表面的发射率设为0.8； 三种情况下PCB上芯片的仿真温度如下： 1、136.1度； 2、154.2度； 3、132.6度； 问题： 1、对于第一和第二种情况好理解，对于中间的两个PCB，辐射没有太大的 作用，顶层和底层PCB因为辐射率高了，温度自然低了，整个机箱的温度 也会降低，中间两块PCB的温度也会降低； 2、第二和第三种情况，打开辐射，但发射率为0，既然发射率为0，那么辐 射热量为0；关闭辐射，发射率为0.8，既然关闭辐射，辐射热量也应该为 0，但仿真出来两种情况并不是这样的。为什么会是这样，是我哪块理解 错了？
用Icepak进行热设计出现问题,模型做完后进行网格划分出现下面的报错，如何解 决？ 用Icepak进行热设计出现问题,模型做完后进行网格划分出现下面的报错： Flexlm error:feature ice-pak (Fluent 7):No such feature exists Feature: ice-pak License path:c:/fluent.inc/icepak4.0/../license/license.dat FLEXlm error: －5,357 好象是license有问题,可是模型可以建立,如何解决？ 你用的应该是盗版的吧？明显是没有license。建议和sue.xie@联系 购买
基于Icepak分析某电子机箱散热
第30卷 第12期2023年12月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONVol.302023 No.12基于Icepak分析某电子机箱散热程文虎，杜昌堂，谢金金（南京熊猫通信科技有限公司，南京 210007）摘 要：以一种典型的电子机箱为案例，通过公式计算得到机箱内部元件的温升和采用的冷却方式，然后使用ANSYS Icepak 软件对建立的简化电子机箱进行散热模拟计算，完成了机箱的材料定义，网格划分，对机箱进行了精确的热模拟计算。
重点比较了公式计算结果和热模拟计算结果，为其他同类机箱散热设计提供参考依据。
关键词：ANSYS Icepak 软件；电子机箱；散热中图分类号：TP31 文献标志码：AAnalysis of Heat Dissipation in an Electronic Chassis Based on IcepakCheng Wenhu ，Du Changtang ，Xie Jinjin（Nanjing Panda Communication T echnology Co., Ltd., Nanjing,210007,China ）Abstract：This article takes a typical electronic case as an example, calculate the temperature rise of internal components in thechassis and the cooling method used through formulas, Then use ANSYS Icepak software to conduct heat dissipation simulation calculations on the established simplified electronic chassis, implements the material definition and grid division of the chassis, and performs accurate thermal simulation calculations. The focus was on comparing the formulas calculation results with the thermal simulation calculation results, Provide reference basis for heat dissipation design of other similar chassis.Key words：ANSY Icepak software ；electronic chassis ；heat dissipation收稿日期：2023-08-25作者简介：程文虎（1984-），男，安徽安庆人，硕士研究生，工程师，产品结构设计师，研究方向：电子产品散热设计。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
雷达电子机箱的热分析及优化设计
摘要：雷达电子机箱的热控性能对其使用年限产生的影响非常大，如果雷达电
子机箱的使用环境发生很大的变化，其使用条件会产生一定的限制，导致强迫风
冷效果不能充分发挥。
因此，要对雷达电子机箱进行优化，提升热传导能力。
关键词：机箱；热传导；热管
电子设备在人们生活和生产的各个领域都得到广泛应用，随着电子科学技术
的改善，电子产品朝着高度集成方向发展，由于其功能越来越多，在热设计中，
难度也越来越大。
电子设备机箱热控性能对电子设备的使用性能产生决定影响，
如果电子设备温度超过规定值的55%，就会导致设备故障产生。
一、相关问题
（一）原机箱结构和热设计
机箱内部结合了数字板和射频板，每个模块上都有风冷冷板起到散热效果，
机箱的一端主要是风冷冷板，射频板也采用风冷冷板的方式。
在机箱上，设计了
两个风机，采用强迫风冷的方式，雷达电子机箱四块板面上都结合热耗情况，设
计风冷性能，将热量散发出来。
四块印板中，风冷翅片的高度为3毫米，间隙设
计为3毫米。
（二）问题分析
在机箱设计中，采用风机和风冷翅片起到降温的效果，雷达电子机箱在不同
的使用条件下，其性能也发生变化。
当环境温度为55摄氏度时，风机散热效果
不明显，冷源匮乏。
如果还是采用自然散热的方式，数字板、电源板和射频板的
温度非常高，高达90摄氏度以上，不能确保导热效果。
因此，应该将风机拆除，采用其他的散热方式。
二、机箱散热优化设计
机箱内的四个模块中，结合各类功率器件，数字板上的元件最多。
在数字板
运行中，将风机去掉，要满足散热性能，防止印刷板上出现局部过热的情况，提
升箱体的热传导效果，对散热翅片的参数进行优化。
在建立仿真软件的基础上，
在仿真模型求解的环节中，应该对螺钉孔等局部构件进行相应的设计。
（一）器件局部过热的改善
在对机箱的热耗分布情况分析后，结合热设计的标准，在热设计中应该非常
注意。
所以，机箱散热环节中，主要是对数字板降温。
在自然散热的情况下，数
字板的温度比较平均，有些器件温度比较高，所以，在散热翅片底板上应该铺设
铜或者衬热管，提升热量的传导效率。
在对模型进行计算后，散热器底板的局部
铺设了铜片后，其散热效率提升30%，在对降温幅度和重量分析后，可以在散热
翅片上铺设铝片降低其重量，针对热耗比较低的电源板，一般不会产生局部过热
的情况，一般不需要采用热管优化。
（二）机箱表面和翅片材料的完善
机箱和散热翅片都是采用铝制作，一般的铝导热性能一般，机箱表面改良面
临的主要挑战之一是不断降低重量和材料成本，同时保持相同的功能特性。
通过
优化算法进行轻量化的概念在过去十年中已成为至关重要的概念，在机箱和散热
翅片的改良中具有重大影响，尤其是随着用于开发零件的制造工艺数量的增加，
例如机加工、锻造、冲压和附加制造技术。
特别是随着添加剂制造的革命，它所
揭示的可能性以及它所允许的设计自由度，优化方法已被证明是设计师的有力工具，从而产生非常有趣的结果和优化的结构，其主要优点是能够处理复杂的优化
几何图形，而且与铸造、锻造和冲压技术相比，它否定了可能非常昂贵和耗时的
特殊工具，结合拓扑优化相结合，加快零件结构，使材料使用率尽可能低。
机箱
卸掉风机后，强迫风冷的效果不能发挥，所以机箱表面应该具备较好的导热性能，机箱表面和散热翅片应该迅速的将热量驱散，应该采用热导率更高的材料。
在材
料更换后，通过仿真分析，发现数字板、电源板的导热性能得到提升。
（三）散热翅片参数优化
热管与自然热量对流后，才能实现更好的散热效果。
当散热翅片的厚度增加后，翅片之间的空隙会比较大，翅片的厚度可以适当的降低。
在数字板的翅片设
计中，底板的厚度设计为3毫米，翅片的高度为3毫米，间隙也设计为3毫米，
发热器件的温度降低。
在散热翅片参数优化中，拓扑学处理与底盘和底盘可制造
性的结构要求相关的某些约束条件的满足，为了弥合参数中的差距，结构工程师
进行了多次重新设计和调整，以适应各个部件的特性，实现参数的最佳配合。
这
种效果因传动系部件、体积更大的部件而设定，这些部件在参数优化设计中起着
至关重要的作用，它们的位置直接影响到性能和功能，在自然对流的基础上，散
热翅片之间的间距达到10毫米时，在对翅片的高度和间隙优化后，翅片的厚度
降低到1.5毫米，发热器件的温度降低并不明显，结合嵌套式结构拓扑优化框架，以方便设计过程，大大缩短设计时间。
拓扑优化是从有限的材料体积开始的，它
代表了流程的设计空间，发现改善翅片的高度和翅片之间的间隙可以降低温度，
翅片在改进后，发现其重量增加了一倍，在采用相同的方法进行电源板、射频板
设计后，翅片的重量降低了一半，因此，优化后，翅片的重量机会没有变化。
在
风机拆除后，在对零部件进行优化后，数字板元件散热效果最为明显，电源板、
射频板的元件最高问题也得到了合理控制，可以满足散热的相关指标。
将风机卸
掉后，机箱在运行中噪声减少。
结语：
雷达机箱在应用环节中，强迫风冷在特殊环境下不能发挥较好的效果，因此，雷达机箱的散热方式改为自然散热，可以提升散热的均匀性，各个零部件的导热
能力也相对得到提升。
机箱表面与散热翅片的材料更换后，原本的铜片换成铝片，提升了散热的效率，翅片的参数得到进一步优化，采用间距比较大的翅片，可以
提升自然散热的效率，经过优化后，翅片的散热面积加大，而且翅片的整体重量
并没有增加。
通过系统的优化后，机箱内的数字板、电源板等模块的散热效果达
到最佳。
参考文献：
[1]赵莲晋.雷达电子机箱的热分析及优化设计[J].内燃机与配件,2017(03):24-26.
[2]赵惇殳,宋晓军.电子机箱热特性计算机辅助分析[J].电子机械工
程,1995(04):33-38.
[3]宋小军,赵惇殳.自然冷却电子机箱的计算机辅助热设计[J].电子机械工
程,1990(06):29-35.。