CN113644401B - 一种用于有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板，包括冷却板本体以及布置在冷却板本体表面上的至少2层流道，其中至少一层为主流道，其余为次流道，各流道之间连通，冷却介质自主流道进入，次级流道上设置一个以上的水接头安装孔，所述水接头安装孔用于安装阵面模块水接头用于给阵面模块散热降温。本发明提供的用于有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板，通过内部流道分层，将多级冷却分配流道集成在一个网格骨架内，实现天线阵面内冷却介质的分配管理，提高天线阵面的冷却效果，且分层设计简化了阵面冷却装置的安装关系。
Description
技术领域
本发明涉及一种有源相控阵天线领域，具体而言，涉及一种用于有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板。
背景技术
有源相控阵雷达天线中安装有大量的高密集度的收发组件，收发组件在工作过程中其内部集成的微波电路会产生大量的热量，从而使组件模块温度升高而降低其性能，同时过高的温度会对有源相控阵天线本身的性能及寿命产生影响，因此设计有效的散热措施在有源相控阵天线研制过程中显得日益重要。目前，对于高集成天线阵面的冷却管路设计，主要采用传统的“不锈钢管+软管”的设计方案，这种设计方案可以使各支路流量相对均匀，且阵面管路连接难度不大，但会导致整个阵面液冷管路的规模、体量庞大，在占用阵面组件安装空间的同时，过多的管路连接接口也会增加阵面冷却介质泄露的风险。随着有源相控阵天线阵面集成度的提高，平衡管路体量与阵面设备安装空间、简化阵面安装关系并提高管路连接可靠性的需求越来越迫切。
申请号为201510589070.X的专利文献公开了一种用于有源相控阵天线的冷却板，包括，冷却板本体以及，设置在冷却板本体表面上的一个以上的插槽，所述插槽用于插接传热装置；所述冷却板本体上还设置有至少两个通孔，所述通孔用于作为KK连接器的通道；同时所述冷却板本体内部设置有一流道，所述流道包括流道本体，所述流道本体位于冷却板本体内部并将所有插槽环绕包围，用于为插接在所述插槽内的传热装置降温。本发明提供的用于有源相控阵天线的冷却板通过设置环绕插接有传热装置的流道对T/R模块进行散热，由于流道的存在，本发明可选用液相、气相或填充相变材料等多种方式增加冷却板的散热效能，从而提高有源相控阵天线的使用寿命。该技术方案适用于机载与弹载等小尺寸天线系统，但无法满足较大尺度的车载机动雷达天线的应用需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何提高天线阵面的冷却效果的同时不需要占用过多的阵面组件安装空间，且避免过多管路连接。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种用于有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板，包括冷却板本体以及布置在冷却板本体表面上的至少2层流道，其中至少一层为主流道，其余为次流道，各流道之间连通，冷却介质自主流道进入，次级流道上设置一个以上的水接头安装孔，所述水接头安装孔用于安装阵面模块水接头用于给阵面模块散热降温。
本发明提供的用于有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板，通过内部流道分层，将多级冷却分配流道集成在一个网格骨架内，实现天线阵面内冷却介质的分配管理，提高天线阵面的冷却效果，且分层设计简化了阵面冷却装置的安装关系。
作为优化的技术方案，所述流道分为纵向流道与横向流道，所述纵向流道与横向流道分别平行间隔设置并位于两层。
作为优化的技术方案，所述纵向流道位于冷却板本体内的上层，所述横向流道位于冷却板本体内的下层，水接头安装孔设置在横向流道上，冷却介质由纵向流道流向横向流道，经过阵面模块后又从横向流道流回纵向流道。
作为优化的技术方案，所述纵向流道相邻两个为一组，一组中包括一个纵向供液流道和一个纵向回液流道，即所述纵向供液流道和纵向回液流道为相邻布置；
所述横向流道相邻两个为一组，一组中包括一个横向供液流道和一个横向回液流道，即所述横向供液流道与所述横向回液流道为相邻布置。
作为优化的技术方案，所述纵向供液流道与所述横向供液流道通过垂直联通口贯通，所述横向回液流道与所述纵向回液流道也通过垂直联通口贯通。
作为优化的技术方案，处于同一横向线上的横向流道上设置有1个以上的水平阻断点。
作为优化的技术方案，该用于有源相控阵天线的集成多层流道的冷却板还包括对应于流道各层的静压腔，冷却介质经过静压腔进行流量分配到各流道，回液经由各流道流回静压腔。
作为优化的技术方案，所述静压腔设置有两层，分别为上层的供液静压腔和下层的回液静压腔，所述主流道分为供液流道和回液流道，供液静压腔与供液流道连通，回液静压腔与回液流道连通。
作为优化的技术方案，所述供液静压腔上设置供液静压腔盖板，所述回液静压腔上设置回液静压腔盖板。
作为优化的技术方案，该用于有源相控阵天线的集成多层流道的冷却板还包括主供液口和主回液口，所述供液静压腔前端具有供液静压腔入口，主供液口接在所述供液静压腔入口上，回液静压腔前端具有回液静压腔出口，主回液口接在所述回液静压腔出口上。
本发明的优点在于：本发明提供的用于有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板，通过内部流道分层，将多级冷却分配流道集成在一个网格骨架内，实现天线阵面内冷却介质的分配管理，提高天线阵面的冷却效果，且分层设计简化了阵面冷却装置的安装关系，有源相控阵天线可以直接安装在冷却板上，不需要另外的转接件，提高了有源相控阵天线各器件之间连接的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例的外形示意图(正面)；
图2是本发明实施例的外形示意图(背面)；
图3是本发明实施例的正面结构爆炸图；
图4是本发明实施例的背面结构爆炸图；
图5是本发明实施例的纵向流道冷却液流向示意(正面)；
图6时本发明实施例的横向流道冷却液流向示意(背面)；
图7是本发明实施例的应用实例示意图(组件安装)；
图8是图7中A部放大图；
图9是本发明一种简易实施例；
图10是本发明一种大规模实施例。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
液冷散热技术是高效的热控技术。在有源相控阵天线系统中，阵面模块已广泛采用液冷散热。天线单元与收发单元间的连接距离对天线发射能量有非常大的影响，长的连接会产生大量的热，且天线系统密闭的环境无法利用导热和风冷实现降温，因此，本发明提出了一种有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板，减少阵面连接关系，缩短天线单元与发射单元的连接距离，提升阵面液冷连接可靠性。
实施例1：
参阅图1和图2所示，分别为本发明一种有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板的正面和背面结构示意图。参阅图3和图4所示，分别为本发明一种有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板的正面和背面结构爆炸图。本发明一种有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板包括冷却板本体1、设置在冷却板本体1内部的纵向流道2与横向流道3、静压腔4、主供液口5和主回液口6。
冷却板本体1为平板状，分为流道部分和和设置在流道部分下方的静压腔部分，流道部分和静压腔部分均呈矩形。
本实施例中，所述纵向流道2位于冷却板本体1内的上层，呈长条槽状纵向分布，纵向流道2平行间隔设置，且每个纵向流道2上采用纵向流道盖板22密封。
本实施例中，所述横向流道3位于冷却板本体1内的下层，呈长条槽状横向分布，因此，本实施例中，纵向流道2和横向流道3在冷却板本体1内部呈纵横两层分布，横向流道3平行间隔设置，且每个横向流道3上采用横向流道盖板32密封。当横向流道3过长时，处于同一横向线上的横向流道3上设置有1个以上的水平阻断点302，对冷却介质进行隔断，降低因传输距离导致的压力损失，保持流速均匀，保证冷却效果。同时参阅图7和图8，所述横向流道盖板32上设置有至少一个水接头安装孔321，用于与阵面模块10的水接头连接，使得横向流道3内的冷却加介质通过水接头安装孔321进入阵面模块10的循环冷却通道内，从给阵面模块10散热降温。所述横向流道盖板32上在所述水接头安装孔321的上下两端分别设置有固定孔，用来通过螺丝锁固等方式将阵面模块10的底部固定在横向流道盖板32上。同时参阅图9，多个阵面模块10的底部两端分别固定在相邻横向流道3的横向流道盖板32上，从而多个阵面模块10竖直平行设置，使得该冷却板可以同时冷却多个阵面模块10。
横向流道3与纵向流道2在相应的位置进行连通，实现冷却介质的分配，具体连通位置如下所述。
所述横向流道3与纵向流道2均分为供液流道和回液流道，所述供液流道为冷却介质进入所述冷却板内部并进入阵面模块10的通路，所述回液流道为冷却介质从阵面模块10内通过并流回冷却板的通路。
参阅图5，所述纵向流道2相邻两个为一组，一组中包括一个纵向供液流道210和一个纵向回液流道220，即所述纵向供液流道210和纵向回液流道220为相邻布置，所述纵向供液流道210与相邻的纵向供液流道210之间布置有一个纵向回液流道220。
同时参阅图6，所述横向流道3相邻两个为一组，一组中包括一个横向供液流道310和一个横向回液流道320，即所述横向供液流道310与所述横向回液流道320为相邻布置，所述横向供液流道310与相邻的横向供液流道310之间布置有一个横向回液流道。
所述纵向供液流道210与所述横向供液流道310通过垂直联通口23贯通，所述横向回液流道220与所述纵向回液流道320也通过垂直联通口23贯通，因此，所述冷却板本体1上设置有若干个垂直联通口23。
上述供液流道与回液流道位置可以调换，即无论是纵向回液流道和纵向供液流道还是横向回液流道和横向供液流道都可以不限于图5和6中所示的排列顺序。
所述静压腔4设置有两层，参阅图1和图3，显示了位于上层的供液静压腔42，供液静压腔42上设置供液静压腔盖板422，且供液静压腔42前端具有供液静压腔入口424，主供液口5接在所述供液静压腔入口424上，供液静压腔42后端连通冷却板本体1上的所有纵向供液流道210，冷却介质通过主供液口5进入供液静压腔42，通过供液静压腔42分配到各个纵向供液流道210，实现冷却介质的流速均衡与流量分配。参阅图2和图4，显示了位于下层的回液静压腔43，回液静压腔43上设置回液静压腔盖板432，且回液静压腔43前端具有回液静压腔出口434，主回液口6接在所述回液静压腔出口434上，回液静压腔43后端连通冷却板本体1上的所有纵向回液流道220，冷却介质通过各个纵向回液流道220回流到回液静压腔43，再通过主回液口6流出，实现冷却介质的循环交换。
本实施例中，所述供液静压腔入口424和所述回液静压腔出口434位于所述冷却板本体1的同一侧面，因此，主供液口5和主回液口6位于所述冷却板本体1的同一侧面。静压腔可以基于CFD仿真分析，改变冷却液的流动截面，实现对冷却液流速和压力的有效调节分配，使进入两条主供液流道的冷却液流速与压力相同，实现冷却液在整个流道中的平衡分配，避免因流速和压力不均导致的散热不均衡。
同时参阅图5、图6、图7、图8，本实施例中，冷却介质在冷却板本体1的流通回路为：
所述冷却介质通过主供液口5和供液静压腔入口424进入供液静压腔42，通过供液静压腔42的压力流量分配进入所述纵向供液流道210，在纵向供液流道210内经垂直联通口23进入横向供液流道310，冷却介质在横向供液流道310内通过安装在水接头安装孔321上的水接头进入接插在水接头上的阵面组件10，并流经阵面组件10内部的冷却流道进入横向回液流道320，然后依次通过垂直联通口23、纵向回液流道220、回液静压腔43、主回液口6，最后进入冷却装置进行热交换。并依此循环。
实施例2：
该实施例与实施例1的区别在于，所述水接头安装孔321位于冷却板本体1的背面一侧。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种用于有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板，其特征在于，包括冷却板本体以及布置在冷却板本体表面上的至少2层流道，其中至少一层为主流道，其余为次流道，各流道之间连通，冷却介质自主流道进入，次级流道上设置一个以上的水接头安装孔，所述水接头安装孔与阵面模块的水接头连接用于给阵面模块散热降温，所述流道分为纵向流道与横向流道，所述纵向流道与横向流道分别平行间隔设置并位于两层，所述纵向流道位于冷却板本体内的上层，所述横向流道位于冷却板本体内的下层，水接头安装孔设置在横向流道上，冷却介质由纵向流道流向横向流道，经过阵面模块后又从横向流道流回纵向流道，冷却介质通过水接头安装孔进入阵面模块的循环冷却通道内。
2.根据权利要求1所述的用于有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板，其特征在于，所述纵向流道相邻两个为一组，一组中包括一个纵向供液流道和一个纵向回液流道，即所述纵向供液流道和纵向回液流道为相邻布置；
所述横向流道相邻两个为一组，一组中包括一个横向供液流道和一个横向回液流道，即所述横向供液流道与所述横向回液流道为相邻布置。
3.根据权利要求2所述的用于有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板，其特征在于，所述纵向供液流道与所述横向供液流道通过垂直联通口贯通，所述横向回液流道与所述纵向回液流道也通过垂直联通口贯通。
4.根据权利要求2所述的用于有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板，其特征在于，处于同一横向线上的横向流道上设置有1个以上的水平阻断点。
5.根据权利要求1-4任一项所述的用于有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板，其特征在于，还包括对应于流道各层的静压腔，冷却介质经过静压腔进行流量分配到各流道，回液经由各流道流回静压腔。
6.根据权利要求5所述的用于有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板，其特征在于，所述静压腔设置有两层，分别为上层的供液静压腔和下层的回液静压腔，所述主流道分为供液流道和回液流道，供液静压腔与供液流道连通，回液静压腔与回液流道连通。
7.根据权利要求6所述的用于有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板，其特征在于，所述供液静压腔上设置供液静压腔盖板，所述回液静压腔上设置回液静压腔盖板。
8.根据权利要求6所述的用于有源相控阵天线的集成多级流道的冷却板，其特征在于，还包括主供液口和主回液口，所述供液静压腔前端具有供液静压腔入口，主供液口接在所述供液静压腔入口上，回液静压腔前端具有回液静压腔出口，主回液口接在所述回液静压腔出口上。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 周期性分流微通道的结构设计及散热性能;王晗等;《物理学报》;第70卷(第10期);104401-1至104401-12 * |
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| CN113644401A (zh) | 2021-11-12 |
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