CN107167774A - 双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统 - Google Patents

双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统，其包括发射接收芯片组件和安装在一个结构蜂窝板的相变热管的预埋区域，相变热管采用铝氨相变热管，对发射接收芯片组件起均温和抑制温升作用；发射接收芯片组件与蜂窝板预埋热管区域之间设有填充导热填料，增加发射接收芯片组件与相变热管之间的接触导热。本发明解决了双侧视大功率高热流条件下星载雷达发射接收芯片组件工作时散热、温度一致性、不工作时保温等问题。

Description

双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统
技术领域
本发明涉及一种卫星设备，特别是涉及一种双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统。
背景技术
星载发射接收芯片组件是遥感卫星的关键单机，其工作性能正常与否，直接影响到遥感卫星的成像质量；平面相控阵天线热控设计对遥感卫星成像清晰、稳定运行起着决定性作用；由于发射接收芯片组件工作时的热耗很大，且为脉冲式工作方式，所以发射接收芯片组件的热控设计是热控分系统的关键之一。发射接收芯片组件的热控要求一般包括三部分内容；
温度范围要求：发射接收芯片组件的温度范围为-10～+45℃；
温差要求：同一时刻所有发射接收芯片组件之间的温差不超过6℃；
温升要求：发射接收芯片组件工作时的温升不超过20℃。
目前，用于平面相控阵天线的热控系统主要是在发射接收芯片组件下方安装普通热管起到等温作用，没有采取消峰储能等措施，也未对高频电缆采取热控措施；因此对于小功率低热流密度组件可以起到散热控温作用，但对于双侧视大功率高热流密度组件难以达到以上三部分的要求，存在有星载雷达发射接收芯片组件工作时温度波动性大和温度一致性差、不工作时不能保温、且高频电缆信号不稳定等问题，严重影响成像质量和稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统，其解决了双侧视大功率高热流条件下星载雷达发射接收芯片组件工作时散热、温度一致性、不工作时保温等问题。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统，其特征在于，其包括发射接收芯片组件和安装在一个结构蜂窝板的相变热管的预埋区域，相变热管采用铝氨相变热管，对发射接收芯片组件起均温和抑制温升作用；发射接收芯片组件与蜂窝板预埋热管区域之间设有填充导热填料，增加发射接收芯片组件与相变热管之间的接触导热；发射接收芯片组件和结构蜂窝板外表面喷涂高发射率热控涂层，增强辐射换热能力；在相变热管非发射接收芯片组件安装区域采用硅橡胶粘贴聚酰亚氨薄膜型电加热器和感温元件，通过导线连接到一个控制与温度采集装置，进行主动控温，控制与温度采集装置的输入端为感温元件，输出端为聚酰亚氨薄膜型电加热器；除波导天线外，结构蜂窝板和发射接收芯片组件的外部安装有多层隔热材料，露在外面的高频电缆安装有多层隔热材料；以波导天线阵作为天线散热面，波导外表面通过保持低吸收率和高发射率的铝光亮阳极氧化热控涂层处理。
优选地，所述聚酰亚氨薄膜型电加热器和感温元件都安装在蜂窝板相变热管区域的下表面，发射接收芯片组件处于不工作状态时，根据感温元件的温度信号控制电加热器对相变热管进行加热，热量通过相变热管输送到发射接收芯片组件上也能进行保温。
优选地，所述聚酰亚氨薄膜型电加热器和感温元件都安装在蜂窝板相变热管区域的下表面，发射接收芯片组件处于不工作状态时，根据感温元件的温度信号控制电加热器对相变热管进行加热，热量通过相变热管输送到发射接收芯片组件上也能进行保温。
优选地，所述导热填料为0.013mm厚的铟箔，涂真空硅脂后垫装在发射接收芯片组件与相变热管之间；发射接收芯片组件和结构蜂窝板外表面喷涂高发射率热控涂层，其红外发射率大于0.85；以波导天线阵作为天线散热面，波导外表面保持低吸收率和高发射率的铝光亮阳极氧化热控涂层处理
优选地，所述多层隔热材料为镀铝聚酯薄膜、涤纶网以及F46型薄膜组成。
优选地，所述感温元件是热敏电阻。
本发明的积极进步效果在于：本发明双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统解决了双侧视大功率高热流条件下星载雷达发射接收芯片组件工作时散热、温度一致性、不工作时保温等问题。右侧视发射接收芯片组件的平均温度可以控制在-0.8～5.6℃之间，左侧视发射接收芯片组件的平均温度可以控制在-0.8～18.5℃之间；同一时刻全阵面发射接收芯片组件之间的最大温差在3℃以内；发射接收芯片组件工作时的温升不超过6.4℃。
附图说明
图1为本发明的双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统构型总图。
图2为本发明的双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统不仅有温度范围要求，还有温差要求及温升要求；本发明实施例具有三百八十四个发射接收芯片组件，集中安装在发射接收芯片组件结构板上，工作时热耗高达12000W，且为随机工作模式；本发明双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统主要是围绕以上特点进行的。
下面结合附图说明本发明的优选实施例。
如图1所示，本发明双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统包括发射接收芯片组件1和安装在结构蜂窝板的相变热管2的预埋区域，相变热管2采用铝氨相变热管，对发射接收芯片组件1起均温和抑制温升作用；发射接收芯片组件1与蜂窝板预埋热管区域之间设有填充导热填料6，增加发射接收芯片组件1与相变热管2之间的接触导热；发射接收芯片组件1和结构蜂窝板外表面喷涂高发射率热控涂层8，增强辐射换热能力；在相变热管2非发射接收芯片组件1安装区域采用硅橡胶粘贴聚酰亚氨薄膜型电加热器4和感温元件5，通过导线连接到一个控制与温度采集装置9，进行主动控温，控制与温度采集装置9的输入端为感温元件5，输出端为聚酰亚氨薄膜型电加热器4；除波导天线外，结构蜂窝板和发射接收芯片组件1的外部安装有多层隔热材料3，露在外面的高频电缆安装有多层隔热材料3；以波导天线阵作为天线散热面，波导外表面通过保持低吸收率和高发射率的铝光亮阳极氧化热控涂层7处理。感温元件可以是热敏电阻，这样结构简单，成本低。
如图2所示，本发明的控制与温度采集装置根据在相变热管2非发射接收芯片组件1安装区域上粘贴的感温元件5的温度反馈信号，对聚酰亚氨薄膜型电加热器4进行通、断控制，再通过铝氨相变热管2进行加热或散热控制。
当发射接收芯片组件1工作产生大量的热量时，通过第一导热填料6将热量输送至结构板和相变热管2，并通过发射接收芯片组件1和结构蜂窝板外表面喷涂的第一高发射率热控涂层8辐射输送至波导天线，再通过波导天线外表面的低吸收率和高发射率的铝光亮阳极氧化热控涂层7将热量散发到空间，同时相变热管2起到均温和抑制温升的作用，从而降低发射接收芯片组件1工作时的温度和温升并保证温度一致性；当发射接收芯片组件1不工作，需要加热保温时，控制与温度采集装置根据感温元件5的温度信号控制电加热器4直接对相变热管2进行加热，热量通过相变热管2和第一填充导热填料6输送到发射接收芯片组件1上。
上述感温元件5为MF501型热敏电阻；第一填充导热填料6为0.13mm厚的铟箔，涂真空硅脂后垫装在平面相控阵天线发射接收芯片组件1与相变热管2预埋区域之间；辐射涂层7喷涂在结构板和发射接收芯片1的表面，其红外发射率大于0.85。
上述控制与温度采集装置采用了卫星上通常采用的计算机程序自主判读控制与人工指令干预控制相结合的技术，保证了正常情况下卫星在太空飞行时，热控装置可以有效工作；也保证了根据实际情况的需要，地面进行人工指令干预。
上述相变热管2为多排槽道热管，并充装相变材料，直接预埋在结构板内，热管与蜂窝板的两面都接触；选用42mm×9.1mm矩形铝氨相变热管，传热能力238w·m，共预埋二十四根热管，使得平面相控阵天线发射接收芯片组件1由于生产工艺过程中的不一致，以及它们安装位置的不一致，而导致的温度梯度并不明显，且对工作中组件温升具有抑制作用。
发射接收芯片组件安装在结构蜂窝板的相变热管区域；发射接收芯片组件与蜂窝板之间填充导热填料；发射接收芯片组件和结构蜂窝板外表面喷涂高发射率热控涂层；在相变热管非发射接收芯片组件安装区域粘贴有电加热器和热敏电阻进行主动控温；除波导天线外，结构蜂窝板和发射接收芯片组件的外部安装有多层隔热材料，以波导天线阵作为天线散热面，波导外表面保持低吸收率/高发射率的铝光亮阳极氧化热控涂层处理，同时露在外面的高频电缆安装有多层隔热材料。
相变热管为Ω槽道氨工质和低温有机相变材料石蜡结合的相变热管，直接预埋在结构蜂窝板内，相变热管与结构蜂窝板的两面都接触；发射接收芯片组件安装在蜂窝板相变热管区域的上表面上。对于间断开关机、大功率、高热流密度的发射接收芯片组件，以及左右侧视时外热流的巨大差异，即利用热管良好的导热、等温性能，又能利用相变材料在相变时，吸收/释放大量的热量，而温度基本维持不变的特性，进行更好的温控，即可以保证组件之间的温度一致性，又可以防止瞬时工作温度太高和外热流剧烈变化时，减少温度波动。
聚酰亚氨薄膜型电加热器和感温元件都安装在蜂窝板相变热管区域的下表面，发射接收芯片组件处于不工作状态时，根据感温元件的温度信号控制电加热器对相变热管进行加热，热量通过相变热管输送到发射接收芯片组件上也能进行保温。
导热填料为0.013mm厚的铟箔，涂真空硅脂后垫装在发射接收芯片组件与相变热管之间；发射接收芯片组件和结构蜂窝板外表面喷涂高发射率热控涂层，其红外发射率大于0.85；以波导天线阵作为天线散热面，波导外表面保持低吸收率和高发射率的铝光亮阳极氧化热控涂层处理，既可以对发射接收芯片组件有效散热，又不影响其电性能。除波导天线外，结构蜂窝板和发射接收芯片组件的外部安装有多层隔热材料，露在外面的高频电缆安装有多层隔热材料。既可以有效隔绝空间复杂外热流的影响，又可以保证高频电缆温度稳定性以有效传输高频信号。
除波导天线外，结构蜂窝板和发射接收芯片组件的外部安装有多层隔热材料，露在外面的高频电缆安装有多层隔热材料，所述的多层隔热材料为镀铝聚酯薄膜、涤纶网以及F46型薄膜组成，既可以有效隔绝空间复杂外热流的影响，又可以保证高频电缆温度稳定性以有效传输高频信号。
本发明双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控技术，由于采用预埋相变热管均温、消峰、储能与电加热器加热相配合，通过相变材料在相变时，吸收/释放大量的热量，而温度基本维持不变的特性，实现左右侧视外热流剧烈变化环境下大功率高热流平面相控阵天线热控制。因此解决了大功率高热流密度发射接收芯片组件工作时散热、温度一致性，以及不工作时保温等问题，取得了温度稳定、适应性强、温度一致性好等有益效果。
综上所述，本发明取得了温度稳定、适应性强、温度一致性好的有益效果；在应用本发明后，取得了如下实质性的进步：
一、右侧视发射接收芯片组件的平均温度可以控制在-0.8～5.6℃之间，左侧视发射接收芯片组件的平均温度可以控制在-0.8～18.5℃之间；
二、同一时刻全阵面发射接收芯片组件之间的最大温差在3℃以内；
三、发射接收芯片组件工作时的温升不超过6.4℃。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统，其特征在于，其包括发射接收芯片组件和安装在一个结构蜂窝板的相变热管的预埋区域，相变热管采用铝氨相变热管，对发射接收芯片组件起均温和抑制温升作用；发射接收芯片组件与蜂窝板预埋热管区域之间设有填充导热填料，增加发射接收芯片组件与相变热管之间的接触导热；发射接收芯片组件和结构蜂窝板外表面喷涂高发射率热控涂层，增强辐射换热能力；在相变热管非发射接收芯片组件安装区域采用硅橡胶粘贴聚酰亚氨薄膜型电加热器和感温元件，通过导线连接到一个控制与温度采集装置，进行主动控温，控制与温度采集装置的输入端为感温元件，输出端为聚酰亚氨薄膜型电加热器；除波导天线外，结构蜂窝板和发射接收芯片组件的外部安装有多层隔热材料，露在外面的高频电缆安装有多层隔热材料；以波导天线阵作为天线散热面，波导外表面通过保持低吸收率和高发射率的铝光亮阳极氧化热控涂层处理。
2.如权利要求1所述的双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统，其特征在于，所述聚酰亚氨薄膜型电加热器和感温元件都安装在蜂窝板相变热管区域的下表面，发射接收芯片组件处于不工作状态时，根据感温元件的温度信号控制电加热器对相变热管进行加热，热量通过相变热管输送到发射接收芯片组件上也能进行保温。
3.如权利要求1所述的双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统，其特征在于，所述聚酰亚氨薄膜型电加热器和感温元件都安装在蜂窝板相变热管区域的下表面，发射接收芯片组件处于不工作状态时，根据感温元件的温度信号控制电加热器对相变热管进行加热，热量通过相变热管输送到发射接收芯片组件上也能进行保温。
4.如权利要求1所述的双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统，其特征在于，所述导热填料为0.013mm厚的铟箔，涂真空硅脂后垫装在发射接收芯片组件与相变热管之间；发射接收芯片组件和结构蜂窝板外表面喷涂高发射率热控涂层，其红外发射率大于0.85；以波导天线阵作为天线散热面，波导外表面保持低吸收率和高发射率的铝光亮阳极氧化热控涂层处理。
5.如权利要求1所述的双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统，其特征在于，所述多层隔热材料为镀铝聚酯薄膜、涤纶网以及F46型薄膜组成。
6.如权利要求1所述的双侧视大功率高热流平面相控阵天线热控系统，其特征在于，所述感温元件是热敏电阻。
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