CN115529756A - 一种蒙皮天线子阵机箱结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒙皮天线子阵机箱结构，包括一级子阵结构和二级骨架结构，一级子阵结构包括天线辐射层、第一铝合金腔体、第二铝合金腔体、第三铝合金腔体和底盖板；第一铝合金腔体用于安装波珠连接器和第一电路板；第二铝合金腔体(5)用于安装毛纽扣连接器(15)、第二电路板(17)和第三电路板(18)；第三铝合金腔体(6)用于安装毛纽扣连接器(15)、第四电路板(19)、第五电路板(20)和两对定位导向螺钉；底盖板(7)用于安装第五电路板(20)和毛纽扣连接器(15)，底盖板(7)上安装有两对定位导向螺纹销套；多个一级子阵结构(1)通过两对定位导向螺纹销套进行定位、导向后固定在二级骨架结构(2)上。本发明利用多个铝合金腔体结构，在小尺寸范围上实现了天线基本硬件系统的集成安装。

Description

一种蒙皮天线子阵机箱结构

技术领域

本发明属于机载电子设备技术领域、智能蒙皮天线技术领域、微流道散热技术领域领域，涉及一种蒙皮天线子阵机箱结构。

背景技术

智能蒙皮天线技术是近年来国外大力发展的机载天线技术，又称可承载共形天线技术，国内目前仍旧处于实验室试验阶段。蒙皮天线与传统的机载天线相比，具有更宽的频带带宽和覆盖角度，对飞行器气动外形影响更小，不仅具有蒙皮本身结构件的作用，又兼具有隐身、监视、预警和通信等电子功能，有利于进一步提高现代飞行器的探测。总的来说，该技术涉及学科和技术包括有材料学、机械学、结构动力学、电子学、光电子学、神经网络学、控制学、计算机及制造工艺学等。目前，通过采用基于LTCC技术、垂直互联技术等的SiP封装技术已经可以实现天线子阵硬件系统的设计，但是同时也对相应的天线子阵机箱的物理尺寸和散热能力提出了更严苛的设计要求，相比于传统硬件系统而言更加不利于元器件散热，而元器件本身的工作温度直接影响了其工作寿命。因此，天线子阵机箱结构作为天线模块、高压电源、TR组件、各类连接器等电子部件的载体，需要以更小的物理尺寸、更高效的散热方法、更科学的互联方式和更合理的模块化结构型式，来满足天线系统日益严苛的光电液结构功能一体化设计需求。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种蒙皮天线子阵机箱结构，用以解决微型跨波段高功耗蒙皮天线子阵带来安装问题、阵列问题和冷却问题，实现蒙皮天线子阵微系统的光电液结构一体化设计，促进机载智能蒙皮技术的进一步发展和实际应用。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种蒙皮天线子阵机箱结构，包括一级子阵结构1和二级骨架结构2，一级子阵结构1包括天线辐射层3、第一铝合金腔体4、第二铝合金腔体5、第三铝合金腔体6和底盖板7；第一铝合金腔体4用于安装波珠连接器13和第一电路板16；第二铝合金腔体5用于安装毛纽扣连接器15、第二电路板17和第三电路板18；第三铝合金腔体6用于安装毛纽扣连接器15、第四电路板19、第五电路板20和两对定位导向螺钉；底盖板7用于安装第五电路板20和毛纽扣连接器15，底盖板7上安装有两对定位导向螺纹销套；多个一级子阵结构1通过两对定位导向螺纹销套进行定位、导向后固定在二级骨架结构2上；天线辐射层3上的阵元数量、二级骨架结构2上安装的一级子阵结构1的数据、以及是否需要更多级骨架结构根据需求进行设定。

较佳地，天线辐射层3与第一电路板16通过第一铝合金腔体4中的波珠连接器13垂直互联，第一电路板16与第二电路板17通过第二铝合金腔体5上表面的毛纽扣连接器15互联，第二电路板17与第四电路板19通过第二铝合金腔体5中的毛纽扣连接器15互联，第三电路板18与第四电路板19通过第二铝合金腔体5下表面的毛纽扣连接器15互联，第四电路板19与第五电路板20通过第三铝合金腔体6中的毛纽扣连接器15互联，第一电路板16与第五电路板20通过射频连接器14互联，第五电路板20与二级骨架结构2中的骨架电路板23通过底盖板7组件中的毛纽扣连接器15互联。

较佳地，第一电路板16与第一铝合金腔体4通过焊接安装固定，第三电路板18与第二铝合金腔体5通过焊接安装固定，第二电路板17从第二铝合金腔体5侧面放入后使用螺钉固定，第四电路板19与第三铝合金腔体6通过螺钉固定，第五电路板20与底盖板7内表面通过螺钉固定；

天线辐射层3与第一铝合金腔体4通过导电胶固定并保持金属壳共地，第一铝合金腔体4和第二铝合金腔体5、第二铝合金腔体5和第三铝合金腔体6通过焊接固定，第三铝合金腔体6和底盖板7组件通过螺钉固定。

较佳地，第一铝合金腔体4为上开口盒状结构，第一铝合金腔体4底部具有毛纽扣连接器15安装通槽；波珠连接器13包括有多个波珠和用于固定多个波珠的铝合金框架，波珠连接器13的底端与第一电路板16连接固定，顶端外与天线辐射层3连接，同时通过螺钉固定在第一铝合金腔体4侧壁。

较佳地，第二铝合金腔体5为对外开口筒状金属结构，第二铝合金腔体5的上外表面及下外表面具有毛纽扣连接器15安装通槽，第二铝合金腔体5的开口侧面与侧盖板通过螺钉固定。

较佳地，第三铝合金腔体6为下开口盒状金属结构，第三铝合金腔体6上外表面具有毛纽扣连接器15安装通槽，内部有用于固定多个毛纽扣连接器15的铝合金安装框，铝合金安装框两斜对角下分别具有两对定位导向螺钉的安装孔位。

较佳地，底盖板7上具有毛纽扣连接器15的安装通槽。

较佳地，二级骨架结构2包括：铝合金上冷板10、铝合金框架11和铝合金下盖板12，用于安装骨架电路板23和骨架连接器；骨架电路板23包括对外接口模块、电源模块、光模块；骨架连接器包括对外光连接器、对外电连接器和对内毛纽扣连接器15。

较佳地，二级骨架结构2底部具有对外的一对液冷接头，用于外部供液和出液；二级骨架结构2内部具有分液流道，将冷却液流量分配给二级骨架结构2顶部的八个液冷接头，给一级子阵结构1供液和集液；一级子阵结构1中，第三铝合金腔体6的斜对角下具有安装一对液冷接头的螺纹孔，螺纹孔底部具有贯通至上表面微流道的微型通液过孔，液冷接头安装在第三铝合金腔体6上的螺纹孔；第一铝合金腔体4和第二铝合金腔体5通过焊接封闭成型第一层冷板流道，第二铝合金腔体5和第三铝合金腔体6通过焊接封闭成型第二层冷板流道，第二铝合金腔体5未开口的侧壁上具有贯通上下外表面冷板流道的通液过孔。

较佳地，由多个第二铝合金腔体5组合焊接，形成具有更多液冷冷板层数的一级子阵结构1。

本发明的有益效果在于：

与现有技术相比较，本发明提供的一种蒙皮天线子阵机箱，一方面利用多个铝合金腔体结构，不仅在小尺寸范围上实现了天线基本硬件系统的集成安装，还通过焊接成型的多层冷板流道实现了对天线硬件系统的高效液冷散热，另一方面，利用二级骨架结构2实现了一级子阵结构1的阵列安装拓展功能，具有设计简单、模块化程度高、易于加工制造、维护简单、易于散热的特点。更有甚至，实施本发明的蒙皮天线子阵机箱结构，能够轻松根据不同型号项目中天线系统的具体硬件需求，自定义天线子阵机箱的液冷冷板层数、自定义多级的骨架结构2、自定义二级骨架结构2上的一级子阵结构1安装数目，方案自由度高、衍生性强。因此，本发明的技术方案普遍适用于新一代飞行器的蒙皮天线系统的使用，具有不可忽视的经济价值。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的蒙皮天线子阵机箱结构的立体结构示意图；

图2是本发明的蒙皮天线子阵机箱结构的平面结构示意图；

图3是本发明的一级子阵结构的爆炸结构示意图；

图4是本发明的二级骨架结构的爆炸结构示意图。

其中，1-一级子阵结构、2-二级骨架结构、3-天线辐射层、4-第一铝合金腔体、5-第二铝合金腔体、6-第三铝合金腔体、7-底盖板、8-第一侧盖板、9-第二侧盖板、10-铝合金上冷板、11-铝合金框架、12-铝合金下盖板、13-波珠连接器、14-射频连接器、15-毛纽扣连接器、16-第一电路板、17-第二电路板、18-第三电路板、19-第四电路板、20-第五电路板、21-液冷插头、22-液冷插座、23-骨架电路板、24-冷却液。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

作为举例说明，参见图1和图2所示，本实施例所示的一种蒙皮天线子阵机箱结构，包括一级子阵结构1和二级骨架结构2。一级子阵结构1包括天线辐射层3、第一铝合金腔体4、第二铝合金腔体5、第三铝合金腔体6和底盖板7。第一铝合金腔体4用于安装波珠连接器13和第一电路板16。第二铝合金腔体5用于安装毛纽扣连接器15、第二电路板17和第三电路板18。第三铝合金腔体6用于安装毛纽扣连接器15、第四电路板19、第五电路板20和两对定位导向螺钉。底盖板7用于安装第五电路板20和毛纽扣连接器15，底盖板7上安装有两对定位导向螺纹销套。多个一级子阵结构1通过两对定位导向螺纹销套进行定位、导向后固定在二级骨架结构2上。在本实施例中，一级子阵结构1中的天线辐射层3包括8×8天线阵元，二级骨架结构2安装四个一级子阵结构1，即包括16×16个天线阵元。不同项目中可以根据具体蒙皮天线系统的硬件需求，采用自定义阵元数量的一级子阵结构1、自定义一级子阵安装数量的二级骨架结构2、自定义是否需要三级或更多级骨架结构的技术方案，用以满足不同蒙皮天线系统的设计需求。二级骨架结构2既可以直接安装在飞行器桁架上，又可以安装在三级或更多级骨架结构2上，每级骨架结构均可以参考二级骨架结构2进行设计。第一电路板、第二电路板可以是共同具有馈电、收发、储能等功能的电路板，第三电路板可以是具有波控、电源等功能的电路板，第四电路板和第五电路板可以是共同具有变频和背板等功能的电路板。

天线辐射层3与第一电路板16通过第一铝合金腔体4中的波珠连接器13垂直互联，第一电路板16与第二电路板17通过第二铝合金腔体5上表面的毛纽扣连接器15互联，第二电路板17与第四电路板19通过第二铝合金腔体5中的毛纽扣连接器15互联，第三电路板18与第四电路板19通过第二铝合金腔体5下表面的毛纽扣连接器15互联，第四电路板19与第五电路板20通过第三铝合金腔体6中的毛纽扣连接器15互联，第一电路板16与第五电路板20可以通过射频连接器14互联，第五电路板20与骨架电路板23通过底盖板7组件中的毛纽扣连接器15互联。其中，第一电路板16和第三电路板18分别与第一铝合金腔体4和第二铝合金腔体5通过焊接安装固定，第二电路板17从第二铝合金腔体5侧面放入后使用螺钉固定，第四电路板19与第三铝合金腔体6通过螺钉固定。第五电路板20与底盖板7内表面通过螺钉固定。

天线辐射层3与第一铝合金腔体4通过导电胶固定并保持金属壳共地，第一铝合金腔体4和第二铝合金腔体5、第二铝合金腔体5和第三铝合金腔体6通过焊接固定，第三铝合金腔体6和底盖板7组件通过螺钉固定，第二铝合金腔体5两侧分别与第一侧盖板8和第二侧盖板9通过螺钉固定。

第一铝合金腔体4为上开口盒状结构，第一铝合金腔体4底部具有毛纽扣连接器15安装通槽。波珠连接器13包括有多个波珠和用于固定多个波珠的铝合金框架，波珠连接器13的底端与第一电路板16连接固定，顶端外与天线辐射层3连接，同时通过螺钉固定在第一铝合金腔体4侧壁。第一电路板16底面与第一铝合金腔体4通过焊接固定。

第二铝合金腔体5为对外开口筒状金属结构，第二铝合金腔体5的上外表面及下外表面具有毛纽扣连接器15安装通槽，开口的侧壁上安装侧盖板，本实施例中是以2*2个一级子阵结构1举例说明，因此，未开口的侧壁的二个，开口的侧壁也有二个，通过第一侧盖板8和第二侧盖板9安装在开口侧壁上。第二电路板17与第二铝合金腔体5上内表面通过螺钉固定，第三电路板18与结构件下内表面通过焊接固定。

第三铝合金腔体6为下开口盒状金属结构，第三铝合金腔体6上外表面具有毛纽扣连接器15安装通槽，内部有用于固定多个毛纽扣连接器15的铝合金安装框，铝合金安装框两斜对角下分别具有两对定位导向螺钉的安装孔位。第四电路板19与第三铝合金腔体6上内表面通过焊接固定。毛纽扣连接器15与第三铝合金腔体6侧壁通过螺钉固定。

底盖板7上具有毛纽扣连接器15安装通槽。

二级骨架结构2包括：铝合金上冷板10、铝合金框架11和铝合金下盖板12，用于安装骨架电路板23和骨架连接器等部件。骨架电路板23包括对外接口模块、电源模块、光模块等处理模块。骨架连接器包括对外光连接器、对外电连接器和对内毛纽扣连接器15等。

较佳地，为了能满足液冷冷却的需要，二级骨架结构2底部具有对外的一对液冷接头，用于外部供液和出液，在一级子阵结构1与二级骨架结构2通过两对不锈钢导向螺纹销套进行定位、导向后固定，在固定后同时完成液冷接头的对接。二级骨架结构2内部具有分液流道，将冷却液24流量分配给二级骨架结构2顶部的八个液冷接头，给一级子阵结构1供液和集液。一级子阵结构1中，第三铝合金腔体6的斜对角下具有安装一对液冷接头的螺纹孔，螺纹孔底部具有贯通至上表面微流道的微型通液过孔，液冷接头安装在第三铝合金腔体6上的螺纹孔。第一铝合金腔体4和第二铝合金腔体5通过焊接封闭成型第一层冷板流道，第二铝合金腔体5和第三铝合金腔体6通过焊接封闭成型第二层冷板流道，第二铝合金腔体5未开口的侧壁上具有贯通上下外表面冷板流道的通液过孔。第一电路板16和第三电路板18上的元器件通过印制板底部进行液冷散热，第二电路板17和第四电路板19上的元器件通过顶部导热介质和金属凸台进行液冷散热。同时，由于二级骨架同样具有液冷流道，因此第五电路板20与骨架电路板23上的元器件同样是通过其顶部导热介质和金属凸台进行液冷散热。蒙皮天线子阵机箱结构共具有三层焊接成型的冷板，形成了六个液冷散热面，相较于常规的单层冷板机箱结构，极大地提高了机箱结构的散热能力，整体结构简单，空间利用率高，易于加工制造，模块化程度高，阵列自由度高，易于维修更换，有利于机载智能蒙皮技术的进一步发展和实际应用。另外，根据具体蒙皮天线系统的硬件需求，可以使用更多的第二铝合金腔体5组合焊接，形成具有更多液冷冷板层数的一级子阵结构1，可以安装更多的电路板。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种蒙皮天线子阵机箱结构，包括一级子阵结构(1)和二级骨架结构(2)，其特征在于一级子阵结构(1)包括天线辐射层(3)、第一铝合金腔体(4)、第二铝合金腔体(5)、第三铝合金腔体(6)和底盖板(7)；第一铝合金腔体(4)用于安装波珠连接器(13)和第一电路板(16)；第二铝合金腔体(5)用于安装毛纽扣连接器(15)、第二电路板(17)和第三电路板(18)；第三铝合金腔体(6)用于安装毛纽扣连接器(15)、第四电路板(19)、第五电路板(20)和两对定位导向螺钉；底盖板(7)用于安装第五电路板(20)和毛纽扣连接器(15)，底盖板(7)上安装有两对定位导向螺纹销套；多个一级子阵结构(1)通过两对定位导向螺纹销套进行定位、导向后固定在二级骨架结构(2)上；天线辐射层(3)上的阵元数量、二级骨架结构(2)上安装的一级子阵结构(1)的数据、以及是否需要更多级骨架结构根据需求进行设定。

2.根据权利要求1所述的一种蒙皮天线子阵机箱结构，其特征在于天线辐射层(3)与第一电路板(16)通过第一铝合金腔体(4)中的波珠连接器(13)垂直互联，第一电路板(16)与第二电路板(17)通过第二铝合金腔体(5)上表面的毛纽扣连接器(15)互联，第二电路板(17)与第四电路板(19)通过第二铝合金腔体(5)中的毛纽扣连接器(15)互联，第三电路板(18)与第四电路板(19)通过第二铝合金腔体(5)下表面的毛纽扣连接器(15)互联，第四电路板(19)与第五电路板(20)通过第三铝合金腔体(6)中的毛纽扣连接器(15)互联，第一电路板(16)与第五电路板(20)通过射频连接器(14)互联，第五电路板(20)与二级骨架结构(2)中的骨架电路板(23)通过底盖板(7)组件中的毛纽扣连接器(15)互联。

3.根据权利要求1所述的一种蒙皮天线子阵机箱结构，其特征在于第一电路板(16)与第一铝合金腔体(4)通过焊接安装固定，第三电路板(18)与第二铝合金腔体(5)通过焊接安装固定，第二电路板(17)从第二铝合金腔体(5)侧面放入后使用螺钉固定，第四电路板(19)与第三铝合金腔体(6)通过螺钉固定，第五电路板(20)与底盖板(7)内表面通过螺钉固定；

天线辐射层(3)与第一铝合金腔体(4)通过导电胶固定并保持金属壳共地，第一铝合金腔体(4)和第二铝合金腔体(5)、第二铝合金腔体(5)和第三铝合金腔体(6)通过焊接固定，第三铝合金腔体(6)和底盖板(7)组件通过螺钉固定。

4.根据权利要求1所述的一种蒙皮天线子阵机箱结构，其特征在于第一铝合金腔体(4)为上开口盒状结构，第一铝合金腔体(4)底部具有毛纽扣连接器(15)安装通槽；波珠连接器(13)包括有多个波珠和用于固定多个波珠的铝合金框架，波珠连接器(13)的底端与第一电路板(16)连接固定，顶端外与天线辐射层(3)连接，同时通过螺钉固定在第一铝合金腔体(4)侧壁。

5.根据权利要求1所述的一种蒙皮天线子阵机箱结构，其特征在于第二铝合金腔体(5)为对外开口筒状金属结构，第二铝合金腔体(5)的上外表面及下外表面具有毛纽扣连接器(15)安装通槽，第二铝合金腔体(5)的开口侧面与侧盖板通过螺钉固定。

6.根据权利要求1所述的一种蒙皮天线子阵机箱结构，其特征在于第三铝合金腔体(6)为下开口盒状金属结构，第三铝合金腔体(6)上外表面具有毛纽扣连接器(15)安装通槽，内部有用于固定多个毛纽扣连接器(15)的铝合金安装框，铝合金安装框两斜对角下分别具有两对定位导向螺钉的安装孔位。

7.根据权利要求1所述的一种蒙皮天线子阵机箱结构，其特征在于底盖板(7)上具有毛纽扣连接器(15)的安装通槽。

8.根据权利要求1所述的一种蒙皮天线子阵机箱结构，其特征在于二级骨架结构(2)包括：铝合金上冷板(10)、铝合金框架(11)和铝合金下盖板(12)，用于安装骨架电路板(23)和骨架连接器；骨架电路板(23)包括对外接口模块、电源模块、光模块；骨架连接器包括对外光连接器、对外电连接器和对内毛纽扣连接器(15)。

9.根据权利要求1所述的一种蒙皮天线子阵机箱结构，其特征在于二级骨架结构(2)底部具有对外的一对液冷接头，用于外部供液和出液；二级骨架结构(2)内部具有分液流道，将冷却液流量分配给二级骨架结构(2)顶部的八个液冷接头，给一级子阵结构(1)供液和集液；一级子阵结构(1)中，第三铝合金腔体(6)的斜对角下具有安装一对液冷接头的螺纹孔，螺纹孔底部具有贯通至上表面微流道的微型通液过孔，液冷接头安装在第三铝合金腔体(6)上的螺纹孔；第一铝合金腔体(4)和第二铝合金腔体(5)通过焊接封闭成型第一层冷板流道，第二铝合金腔体(5)和第三铝合金腔体(6)通过焊接封闭成型第二层冷板流道，第二铝合金腔体(5)未开口的侧壁上具有贯通上下外表面冷板流道的通液过孔。

10.根据权利要求9所述的一种蒙皮天线子阵机箱结构，其特征在于由多个第二铝合金腔体(5)组合焊接，形成具有更多液冷冷板层数的一级子阵结构(1)。

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