CN114679896A - 一种瓦片式tr组件热管式风冷散热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种瓦片式TR组件热管式风冷散热器，涉及机械、雷达技术领域。在安装多个高热耗功率管的壳体的下部焊接了多个均温热管、均温铜板、多根传导热管和散热翅片。其中均温热管根据多个功率管分布的位置，将多个功率管的大功率热耗传导到均温铜板上。而传导热管将均温热板的热耗通过多根传导热管传导到高达90mm的散热翅片上。以此获得高效对流换热效能来满足风冷散热要求，从而解决了多个分离功率器件高热流密度散热和均温的问题。

Description

一种瓦片式TR组件热管式风冷散热器

技术领域

本发明涉及机械、雷达技术领域，具体为一种瓦片式TR组件热管式风冷散热器，用于大型有源相控阵雷达中局部热密度集中的瓦片式TR组件散热。

背景技术

当今雷达发展的一个重要方向是增大雷达作用距离，提高雷达测量精度，有效对抗各种杂波及低可观测目标。其中TR组件是有源相控阵雷达的核心设备，而温度对TR组件性能影响较大，同时相控阵雷达在使用中要求所有TR组件在工作时基本处于一致的温度范围内，组件中多个功率器件温差要尽可能小，这些高热流密度TR组件散热好坏是实现和保证雷达整机性能的关键所在。

其中瓦片式有源TR组件的结构为多层结构，其TR组件基板和芯片平行于天线阵面组装，信号传输采用层间垂直互联，层间采用三维互连技术(如毛纽扣连接器)，如图1所示。由于瓦片式结构可以实现二维面阵TR组件集成和封装，利于自动化组装，因此集成密度较高。在现在的相控阵雷达得到了大量应用。

由于瓦片式TR组件中的16个功率器件按半波长分布，最大单个功率器件热耗高达40W，同时功率器件尺寸小(25mm×18mm)，单个功率器件热流密度达到8.9W/cm²，同时由于功率管多列错位分布，而且后部空间为TR组件的安装面，TR组件在天线上的空间布局造成有5个大热量的功率器件的上部没有散热翅片，该处位置为天线框架横梁位置，见图2。由于TR组件中在使用时，要求功率管温升不能超过30℃，16个功率管之间的最大温差小于8℃。同时由于瓦片式TR组件组阵后，散热面只能为后部一个面，造成阵面散热集中在后部。一般的风冷散热器难以解决多个高热流密度的热源的散热和均温问题。

现有风冷散热器由于没有热管辅助散热，均温效能较低，往往造成组件内部局部温升高、功率器件之间温差大等问题，温差大会造成个别功率器件的使用寿命严重下降，同时相位差过大难以调整，难以满足雷达使用要求。

发明内容

要解决的技术问题

本发明针对瓦片式TR组件内部多个分散高热流密度功率器件的散热问题，提出了一种瓦片式TR组件热管式风冷散热器装置，该装置可有效解决瓦片式TR组件内部电子器件的散热问题。

技术方案

一种瓦片式TR组件热管式风冷散热器，其特征在于包括壳体、均温热管、均温铜板、传导热管和散热翅片，均温热管嵌入壳体内，均温铜板固定在壳体上，传导热管嵌入在散热翅片内，散热翅片紧邻散热翅片，各个散热结构件之间通过一次性焊接成型。

所述的壳体为异性结构，其形状与天线框架匹配。

所述的均温热管依次为2根并排、2根并排、3根并排、2根并排的分布，放置于异性结构的壳体内。

所述的均温铜板的形状与壳体相匹配。

所述的传导热管为回形结构。

所述的散热翅片高为90mm，内部设有与传导热管相嵌的孔。

有益效果

本发明提出的一种瓦片式TR组件热管式风冷散热器，设计了均温热管将瓦片式TR组件中热密度大的功率器件热量传导到均温铜板上降低了多个热源之间的温差以满足均温要求，再利用传导热管将热量传导到高达90mm的散热翅表面上，以此获得高效对流换热效能来满足风冷散热要求，从而解决了多个分离功率器件高热流密度散热和均温的问题。该发明可解决对散热要求较高的军用和民用产品领域中的瓦片式TR组件中多个功率器件均温和散热问题。

本发明运用热管超高导热特性，采用均温和传导等散热方式，实现了瓦片式TR组件大功率高热流密度并多点分布功率器件的散热难题。该散热装置解决了传统风冷散热方式下TR组件内部多个功率器件之间的散热不均匀和散热能力差的难题。与常用的液冷散热方式对比，具备重量轻、成本低、可靠性高、维修性好等优点，适用解决大型高机动有源相控阵雷达天线内电子设备散热问题。

本发明已应用于某雷达，应用表明：瓦片式TR组件热管式风冷散热器可将T/R组件内部多个大热量的功率器件进行有效散热，同时实现了T/R组件各个功率器件之间可在高温下正常在工作，和多个功率器件处于一致的温度范围内等要求。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1瓦片式T/R组件典型结构；

图2本发明5个功率管上方没有散热齿；

图3是瓦片式TR组件热管式风冷散热器组成示意图；

图4是瓦片式TR组件热管式风冷散热器散热翅片的示意图；

图5a、图5b是瓦片式TR组件散热器在某大型有源相控阵雷达上的应用。

1-壳体、2-均温热管、3-均温铜板、4-传导热管、5-散热翅片、6-天线框架、7-螺钉、8-防尘网、9-风机、10-风机罩、11-瓦片式TR组件热管式风冷散热器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

瓦片式TR组件热管式风冷散热器工作原理是：将多个功率器件的热量通过均温热管传导到组件底部的均温铜板上，利用焊接到铜板上的传导热管将热量传导到高达90mm的散热翅上，吹过翅面的冷空气将热量从翅面吹出到天线外。普通风冷散热器由于铝制散热齿传导能力的限制，超过40mm高的散热齿，从根部的热量传导到散热出顶端后，齿顶端的温度一般下降了20℃左右，造成散热齿面顶端部分表面温度和环境空气之间的温度变小，从而降低了普通风冷散热器强迫风冷散热效能。而利用该装置提供了比普通风冷散热器更高的散热效能，解决了风冷散热中瓦片式TR组件大量热的散热问题。

瓦片式TR组件热管式风冷散热器主要由壳体、均温热管、均温铜板、传导热管和散热翅等组成，其中根据功率器件的安装位置在壳体底部上布置了多根直径为8mm的均温热管。相比以往TR组件风冷散热散热器方式，本发明利用TR组件内功率器件之间的固定间距，安装均温热管，利用热管的超高的导热性能，一方面降低了壳体底部的多个大热量的功率器件的温度，同时降低了多个功率器件之间的温差，满足了多个功率器件使用时的均温性要求。同样利用传导热管的高导热特性，将多个功率器件产生的大量的热量传导到超高翅面散热翅面(翅高不低于70mm)上。再通过进入天线内的冷空气将散热翅上的热量带入空气中，依靠均温和传导热管相结合的方式对TR组件进行散热，提高了TR组件散热效能。其均温热管和传导热管的布置是本瓦片式TR组件热管式风冷散热器的核心结构。通过均温和传导热管增大散热翅的换热效率，减少了散热器导热路径中多个热阻产生环节。这种热管式风冷散热器相对传统的风冷散热器，提供了更高的散热效率和更均匀稳定温度梯度，进一步提高了TR组件的整体热交换效率和使用寿命。

如图3所示，在安装多个高热耗功率管的壳体1的下部焊接了多个均温热管2、均温铜板3、多根传导热管4和散热翅片5。为降低热传导热阻，各个散热结构件之间通过一次性焊接成型。其中均温热管2根据多个功率管分布的位置，将多个功率管的大功率热耗传导到均温铜板3上。而传导热管将均温热板3的热耗通过多根传导热管4传导到高达90mm的散热翅片5上。均温热管的数量和分布可以根据热源的数量和大小进行设计。

所述的均温热管2、均温铜板3、传导热管4和散热翅片5均为铝合金壁板焊接成形，以保证散热器的高散热效能。

所述的均温热管2为打扁的铜水烧结热管，传导热管4(铜水烧结热管)一端打扁与均温铜板3焊接，另一端为圆形与散热翅片5焊接，传导热管4形成回型结构，与散热翅片5焊接成型。

如图4所示，传导热管长度和片状散热翅5高度和数量根据TR组件内部热源共640W的散热要求进行设计。翅片的高度过高(90mm)，所以通过两个高度的热管传热到翅片上。低位置的热管将热量传导到翅片中部(45mm处)，高位置的热管将热量传导到翅片高处(75mm处)。通过两层传导热管将640W的热量传导翅片上，提高了翅片上温度，以此提高翅片对流换热的能力，解决了TR组件大功率器件的散热问题。多层热管数量和分布可以根据热量的大小进行设计。

如图5a所示，瓦片式TR组件热管式风冷散热器在某大型有源相控阵雷达上应用，在该雷达中安装了多个瓦片式TR组件热管式风冷散热器11。瓦片式TR组件热管式风冷散热器通过螺钉7安装在天线框架6上，在天线框架6的背面通过螺钉安装有风机9和风机罩10形成出风口，天线框架6的两侧设计有进风口，在进风口上安装有防尘网8；瓦片式TR组件热管式风冷散热器已应用于该雷达，瓦片式TR组件热管式风冷散热器可对该雷达的瓦片式T/R组件进行有效散热，同时实现了各T/R组件之间在工作时基本处于一致的温度范围内、组件之间的温差小等要求。相对于传统风冷散热器而言，减少了发热组件之间的相互影响，散热效率更高，适用于解决大型高机动有源相控阵雷达天线内电子设备散热问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种瓦片式TR组件热管式风冷散热器，其特征在于包括壳体(1)、均温热管(2)、均温铜板(3)、传导热管(4)和散热翅片(5)，均温热管(2)嵌入壳体(1)内，均温铜板(3)固定在壳体(1)上，传导热管(4)嵌入在散热翅片(5)内，散热翅片(5)紧邻散热翅片(5)，各个散热结构件之间通过一次性焊接成型。

2.根据权利要求1所述的一种瓦片式TR组件热管式风冷散热器，其特征在于所述的壳体(1)为异性结构，其形状与天线框架匹配。

3.根据权利要求1所述的一种瓦片式TR组件热管式风冷散热器，其特征在于所述的均温热管(2)依次为2根并排、2根并排、3根并排、2根并排的分布，放置于异性结构的壳体(1)内。

4.根据权利要求1所述的一种瓦片式TR组件热管式风冷散热器，其特征在于所述的均温铜板(3)的形状与壳体(1)相匹配。

5.根据权利要求1所述的一种瓦片式TR组件热管式风冷散热器，其特征在于所述的传导热管(4)为回形结构。

6.根据权利要求1所述的一种瓦片式TR组件热管式风冷散热器，其特征在于所述的散热翅片(5)高为90mm，内部设有与传导热管(4)相嵌的孔。

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