微波移相器熱設(shè)計仿真技術(shù)研究.pdf

1、微波移相器是微波控制電路的一種，是以PIN二極管（芯片）和微帶電路板為主體，采用微組裝、混合集成等技術(shù)實現(xiàn)電路產(chǎn)品小型輕量化的組件產(chǎn)品，通常具有高密度和大功率的特點。而熱設(shè)計是移相器尤其是高可靠要求的功率移相器設(shè)計中必須考慮的重要環(huán)節(jié)，通過熱設(shè)計可以改善優(yōu)化產(chǎn)品的熱性能，從而提高產(chǎn)品的可靠性。 在產(chǎn)品研制和生產(chǎn)中，通常采用的熱設(shè)計方法主要有：以函數(shù)計算為主的解析法，以工程試驗和經(jīng)驗為主的實驗法，以及以建模和計算機模擬分析為主的解

2、析法。其中，應(yīng)用最為廣泛的是以計算機模擬為主的解析法尤其是有限元熱分析法。 在設(shè)計階段就開展有限元熱模擬仿真分析，根據(jù)產(chǎn)品的工藝結(jié)構(gòu)預(yù)先獲得產(chǎn)品的熱分布、最高峰值溫度等重要熱性能指標，并可通過改變工藝參數(shù)、加載條件等，得到熱性能隨工藝結(jié)構(gòu)、材料性能以及功率負載等的變化趨勢和規(guī)律，從而指導(dǎo)實際產(chǎn)品的熱設(shè)計，可以顯著地降低研制成本，縮短投產(chǎn)時間，優(yōu)化產(chǎn)品的熱性能，提高可靠性。 本論文利用有限元軟件（ANSYS10.0）對某微

3、波數(shù)字移相器組件進行了熱模擬仿真研究，以準確、快速的熱分析方法評估了該移相器的熱特性及各種封裝參數(shù)對其熱特性的影響，提出了改善移相器組件散熱特性及提高其可靠性的方法。主要開展的工作有： 1.運用有限元仿真軟件ANSYS10.0，建立了微波數(shù)字移相器的參數(shù)化有限元模型，模擬了微波數(shù)字移相器的熱場，并對其進行了分析。將計算機模擬值與采用紅外熱像探測儀測得的實驗值進行比較并修正，誤差很小，驗證了有限元仿真模型的準確性以及模擬結(jié)果的有效

4、性。 2.運用單元模型分析法，建立了移相器中做為熱源的PIN管在不同工藝材料和結(jié)構(gòu)中的單元熱傳導(dǎo)模型，并通過與全模型的比較，說明了用單元模型進行組件中有源器件熱性能研究的可行性。 3.研究了環(huán)境條件、封裝和工藝結(jié)構(gòu)參數(shù)與移相器熱性能的關(guān)系，并進行了熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。研究發(fā)現(xiàn)：（1）封裝底板溫度和環(huán)境溫度均與組件各器件溫度呈線性變化；（2）環(huán)境對流系數(shù)與組件各器件溫度大致呈反比例變化；（3）增加組件封裝材料的導(dǎo)熱系數(shù)可較大幅

5、度減小器件溫度，同時改變諸如基板厚度或封裝尺寸等各相關(guān)組件的幾何尺寸也可在一定程度上減小器件溫度。 總之，通過開展微波數(shù)字移相器的熱模擬仿真研究，建立了典型移相器產(chǎn)品以及有源器件單元的有限元熱分析模型，并與實際產(chǎn)品紅外熱像分析結(jié)果的進行了對比修正。在移相器和單元熱模型的基礎(chǔ)上，研究工藝結(jié)構(gòu)和參數(shù)與熱性能的相關(guān)性，為實際工程應(yīng)用的產(chǎn)品提供定量的熱設(shè)計指導(dǎo)，優(yōu)化和改進產(chǎn)品熱設(shè)計，使產(chǎn)品功率下熱分布均勻合理，從而提高產(chǎn)品指標性能及可靠