引用本文:
张凤军,唐骁,陈坚:基于Ansys热仿真的航天光模块的热设计[J]. 光通信技术,2018,42(3):36-38.
张凤军,唐 骁,陈 坚
(中国电子科技集团公司 第三十四研究所,广西 桂林 541004)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对航天光模块必须满足抗辐射、重量轻、体积小和具有一定的力学强度等设计要求,通过传热理论分析,利用Ansys软件仿真光模块的温度分布,改进航天光模块的散热条件,并设计凸台结构直接让发热器件与金属外壳接触,使得航天光模块能够满足工作温度要求,最后指出策略性地选择发热器件的工作时间能够改善散热条件。
关键词:航天光模块;热仿真;热设计;散热
中图分类号:TB2 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2018)03-0036-03
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2018.03.010
0 引言
如今,电子元器件向着小体积、功能高度集成方向发展,其散热问题面临着严峻的考验。散热方式有导热、对流和辐射换热,工程中用的散热方式会是其中的两种或者三种方式的组合[1]。对于航天产品,由于太空环境缺少流体介质,电子元器件的散热方式主要是导热和辐射。根据傅里叶导热原理,传导的热流量与垂直于热传导方向上的接触面积、温度梯度和材料的导热系数有关。因此,电子元器件的散热通道对其能否适应多种环境有重要意义。
激光通信具有频带宽、抗电磁干扰和适应性强等特点,适用于空间数据传输[2]。光模块能够实现光信号和电信号的相互转换,是激光通信系统的核心组件。考虑到空间平台大数据量的传输需求和光纤资源的限制,光通信常采用波分复用方式进行光传输,光模块通常集成了多个探测器、激光器、电连接器、光连接器、波分复用器和电源等器件。集成的各个元器件工作时的温度都必须处在各自的工作温度范围内,光模块才能正常地工作。应用于太空环境,决定着航天光模块还需要具有抗辐照、重量轻、体积小和一定的力学性能等特点,这给航天光模块的设计带来了难度。
通过有限元仿真航天光模块工作时所包含的各个元器件的温度,判断航天光模块能否在太空环境下正常工作,能够有效地降低光模块的工程设计费用。本文采用Ansys软件仿真分析航天光模块工作时的温度分布,改进散热设计,使航天光模块满足相关要求。
3 结束语
本文利用Ansys软件仿真分析,成功地进行了一种满足相关条件的航天光模块热设计。设计时高的发热器件尽量靠近冷板;策略性地控制同时工作的发热器件,有可能改善发热器件的散热条件;通过光模块工作时的温度分布,结合热学的相关知识,不断改进光模块的散热条件,是一种理论和仿真相结合的设计方法。航天产品有着极为严格的设计要求,如高辐照、缺少对流介质的太空环境,这些对光模块的热设计带来了巨大挑战。本文设计的光模块工作时的温度分布只是软件仿真的结果,与实际的情况可能存在差异,需要进一步地验证相关元器件实际工作的温度。本文提到的光模块的热设计仿真结果虽然已经满足要求,但可能还需要改善散热条件,这方面有待进一步研究。