CN116387791A - 相控阵天线的散热结构及应用其的相控阵天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及相控阵天线的散热结构及应用其的相控阵天线，所述相控阵天线的散热结构包括：散热冷板，所述散热冷板的一侧表面具有发射天线安装区和接收天线安装区，所述散热冷板的另一侧表面具有信号模块安装区；第一散热翅区，位于所述散热冷板的另一侧表面上与所述发射天线安装区相对的位置；第二散热翅区，位于所述散热冷板的另一侧表面上与所述接收天线安装区相对的位置；其中，所述第一散热翅区和所述第二散热翅区均包括多个散热翅片，每两个相邻所述散热翅片之间均间隔形成条形槽，各所述条形槽底部均设置热管。本发明的散热结构简单轻便，具有良好的散热效率，应用于相控阵天线，可保证天线阵面温度一致性，确保相控阵天线运行性能。

Description

相控阵天线的散热结构及应用其的相控阵天线
技术领域
本发明涉及航天热控制技术领域，具体涉及一种相控阵天线的散热结构及应用其的相控阵天线。
背景技术
当前5G通信和宽度低轨卫星通信发展迅猛，毫米波有源相控阵天线开始前所未有的大发展。传统相控阵天线包括砖式和瓦片式两种，瓦片式相控阵天线采用高集成度芯片与天线阵面平行布局，具有剖面低、重量轻、易于载荷平台集成共形等特点，广泛适用于卫星通信终端，卫星载荷天线、5G天线等应用场景。同时，由于收发芯片以及各类电路密度极高，导致天线阵面温度急剧增高，影响天线的电性能。
现有的瓦式相控阵天线的采用倒装芯片，将收发芯片的热量传递到均热板上，通过风机提高散热效率，由于天线阵面布局中心热流密度高，仅采用风冷系统无法及时将高热流密度处热量导至低热流密度处，无法使阵面温度差降低，难以满足阵面均温性要求，因此这种结构的散热效果有限，造成许多热量无法有效散出。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在解决上述问题，提出一种相控阵天线的散热结构及应用其的相控阵天线，能够有效的提高芯片的散热效率，降低芯片的温度，保证天线阵面温度一致性，满足相控阵天线电性能要求。
第一方面，本发明第一实施例提供一种相控阵天线的散热结构，所述相控阵天线的散热结构包括：散热冷板，所述散热冷板的一侧表面具有发射天线安装区和接收天线安装区，所述散热冷板的另一侧表面具有信号模块安装区；第一散热翅区，位于所述散热冷板的另一侧表面上与所述发射天线安装区相对的位置；第二散热翅区，位于所述散热冷板的另一侧表面上与所述接收天线安装区相对的位置；其中，所述第一散热翅区和所述第二散热翅区均包括多个散热翅片，每两个相邻所述散热翅片之间均间隔形成条形槽，各所述条形槽底部均设置热管。
进一步地，各所述散热翅片沿着所述散热冷板的宽度方向排布。
进一步地，所述发射天线安装区和所述接收天线安装区沿着所述散热冷板的长度方向布置。
进一步地，所述信号模块安装区位于所述发射天线安装区和所述接收天线安装区之间，所述信号模块安装腔包括沿着所述散热冷板的宽度方向排布的多个信号模块子安装腔。
进一步地，在所述散热冷板上，与所述发射天线安装区和所述接收天线安装区的同一表面上，还具有位于所述发射天线安装区和所述接收天线安装区之间的天线隔离通道。
进一步地，所述散热冷板呈长方体腔体结构，所述散热冷板的侧面还具有对外接口安装腔。
进一步地，所述相控阵天线的散热结构还包括天线罩，所述天线罩设置于所述散热冷板上且至少覆盖所述发射天线安装区和接收天线安装区。
进一步地，所述散热冷板的一侧表面具有第一传热凸台和第二传热凸台，所述第一传热凸台的顶面为所述发射天线安装区，所述第二传热凸台的顶面为所述接收天线安装区；其中，所述第一传热凸台和所述第二传热凸台的顶部还均设置有导热胶垫用于与天线单元接触。
进一步地，所述第一散热翅区和所述第二散热翅区内，各所述散热翅片的中部凹陷，形成位于所述第一散热翅区和所述第二散热翅区中部的风扇安装槽；所述散热冷板还包括底板，所述底板与所述散热冷板的所述第一散热翅区和所述第二散热翅区所在的表面连接，所述底板上具有多个风孔，且所述风孔至少部分地与各所述散热翅片之间形成的散热风道连通。
第二方面，本发明第二实施例提供一种相控阵天线，包括如第一方面任一项所述的相控阵天线的散热结构，所述相控阵天线还包括：发射天线阵面，设置于所述发射天线安装区；接收天线阵面，设置于所述接收天线安装区；信号处理模块，设置于所述信号模块安装腔。
本发明的相控阵天线散热结构，散热冷板可传导天线阵列产生的热量至第一散热翅区和第二散热翅区，由于若干散热翅片具备更大的表面积，热量转移到各散热翅片上，并结合散热翅片之间的热管，可高效散热，确保相控阵天线的运行性能。尤其是散热翅片位于天线阵列的对侧表面，天线阵列无论是局部高温或全表面高温，均可通过与高温局部相对侧的部分翅片或全部翅片转移热量，结合热管的高导热性能，及时散热，使天线阵面的高温部位温度降低，保证阵面温度一致性。另外，天线阵面可通过导热胶垫与散热冷板接触，一方面有助于快速传导天线阵面的温度至散热冷板，另一方面具有减振缓冲作用，保护天线阵列芯片。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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为本发明第一实施例的相控阵天线的散热结构的俯视视角下的结构示意图；
图2为本发明第一实施例的相控阵天线的散热结构的仰视视角下的结构示意图；
图3为本发明第二实施例的相控阵天线的分解示意图；
图4为本发明第二实施例的相控阵天线的仰视视角下的结构示意图。
附图标记说明：
散热冷板1，发射天线安装区2，接收天线安装区3，信号模块安装区4，第一信号子模块腔41，第二信号子模块腔42，第三信号子模块腔43，第一散热翅区5，第二散热翅区6，散热翅片7，条形槽8，天线隔离通道9，对外接口安装腔10，天线罩11，第一传热凸台12，第二传热凸台13，导热胶垫14，风扇安装槽15，底板16，第一风孔区17，第二风孔区18，发射天线阵面19，接收天线阵面20，信号处理模块21，散热开孔22，对外接口模块23。
具体实施方式
此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。
此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。
如图1和图2所示，是本发明第一实施例的相控阵天线的散热结构的结构示意图。所述散热结构包括散热冷板1，散热冷板1的一侧表面具有发射天线安装区2和接收天线安装区3。散热冷板1的另一侧表面具有信号模块安装区4。在散热冷板1的与信号模块安装区4的同一表面上，与发射天线安装区2相对的位置还具有第一散热翅区5，以及在与接收天线安装区3相对的位置还具有第二散热翅区6。其中，第一散热翅区5和第二散热翅区6均包括多个散热翅片7，每两个相邻散热翅片7之间均间隔形成条形槽8，各条形槽8底部均设置热管(未标示)。散热翅片7具有较大的散热表面积和较轻的质量。热管具有高导热性能，可以将狭窄空间内高热流密度处热量高效传导至低热流密度处。
如图1和图2所示，在本实施例中，散热冷板1呈长方体腔体结构。发射天线安装区2和接收天线安装区3沿着散热冷板1的长度方向布置。在第一散热翅区5和第二散热翅区6中，各散热翅片7沿散热冷板1的宽度方向排布。信号模块安装区4位于发射天线安装区2和接收天线安装区3之间，信号模块安装区4包括沿着散热冷板1的宽度方向排布的多个信号模块子安装腔，如第一信号子模块腔41、第二信号子模块腔42和第三信号子模块腔43。在散热冷板1上，与发射天线安装区2和接收天线安装区3的同一表面上，还具有位于发射天线安装区2和接收天线安装区3之间的天线隔离通道9，天线隔离通道9中可以布置隔离件(未标示)用于隔离接收天线阵面19和发射天线阵面20的信号。散热冷板1的侧面还具有对外接口安装腔10，对外接口安装腔10内可包括若干不同类型的对外接口，如射频接口(射频接口可包括接收四个波束的射频接口、发射四个波束的射频接口，共八个接口，可为八个SMP插座)、供电接口、控制接口和调试接口等(均未标示)。散热冷板1上方还可设置有天线罩11，天线罩11至少覆盖发射天线安装区2和接收天线安装区3，用于保护接收天线阵面19和发射天线阵面20。另外，为避免图示标记过多，图中未标注第二散热翅区6内的散热翅片7和条形槽8，本领域技术人员可以根据第一散热翅区5的相关标注理解第二散热翅区6的结构。
如图1和图2所示，在本实施例中，散热冷板1的一侧表面具有第一传热凸台12和第二传热凸台13，第一传热凸台12的顶面为发射天线安装区2，第二传热凸台13的顶面为接收天线安装区3，采用上述传热凸台的优点是通过传热凸台可实现与收发芯片的充分接触，进一步提高芯片的散热效率。其中，第一传热凸台12和第二传热凸台13的顶部还均设置有导热胶垫14用于与收发芯片接触，导热胶垫14具有提高散热传导效率的作用，同时还具有减振功能，对天线芯片起到保护作用。通过上述设置，天线单元上产生的热量可以通过导热胶垫14和传热凸台更高效地传导到散热冷板1上，可提高散热的效率。
如图1-图4所示，在本实施例中，第一散热翅区5和第二散热翅区6内，各散热翅片7的中部凹陷，形成位于第一散热翅区5和第二散热翅区6中部的风扇安装槽15，风扇安装槽15是沿着散热冷板1的长度方向延伸，风扇安装槽15内可设置若干风扇(未标示)。散热冷板1的侧面还有多个连通到第一散热翅区5和第二散热翅区6的散热开孔22，散热开孔22可为多个，沿着散热冷板1的宽度方向排布。散热冷板1还包括底板16，底板16与散热冷板1的第一散热翅区5和第二散热翅区6所在的表面连接，底板16上具有多个风孔17，18，风孔17，18包括与第一散热翅区5相对的第一风孔区17，和与第二散热翅区6相对的第二风孔区18，第一风孔区17和第二风孔区18可包括若干并排排布的条形通孔，若干条形通孔至少部分地与第一散热翅区5和第二散热翅区6内各散热翅片7之间形成的散热风道所连通。
在本实施例中，散热冷板1采用铝制材料加工而成，利于传导热量，同时自身结构强度高且重量较轻，散热冷板1和散热翅片7可由机加而成。天线罩11采用蜂窝夹层结构透明材料制作，具有透波性好、强度高、耐低温冲击的特点，可以有效保护天线单元。底板16可设有若干螺接孔(未标示)与散热翅片区域螺接以形成位于结构内部中空的散热风道。
根据本实施例的散热结构，当天线单元运行时产生大量热量，热量通过导热胶垫19传导至散热冷板1上，再通过散热冷板1扩散到第一散热翅区5和第二散热翅区6的各散热翅片7上，由于第一散热翅区5和第二散热翅区6是分别与发射天线安装区2和接收天线安装区3对侧设置，因此上述热量传导的过程是高效的、均匀的。然后通过风扇安装槽15内若干风扇强迫风冷对流的方式，将各散热翅片7上的热量经过结构内部散热风道分别由第一风孔区17、第二风孔区18和散热开孔22散出结构外部。
如图3-图4所示，本发明第二实施例提供一种相控阵天线，包括如第一实施例所述的相控阵天线的散热结构，还包括设置于发射天线安装区2上的发射天线阵面19、设置于接收天线安装区3上的接收天线阵面20、设置于信号模块安装区4的信号处理模块21和设置于对外接口安装腔10的对外接口模块23。其中，发射天线阵面19可包括2×2天线子阵，接收天线阵面20可包括2×6天线子阵。信号处理模块21可包括主控板、上下变频器和惯导模块，分别设置于第一信号子模块腔41、第二信号子模块腔42和第三信号子模块腔43。
本发明的相控阵天线散热结构，散热冷板可传导天线阵列产生的热量至第一散热翅区和第二散热翅区，由于若干散热翅片具备更大的表面积，热量转移到各散热翅片上，并结合散热翅片之间的热管，可高效散热，确保相控阵天线的运行性能。尤其是散热翅片位于天线阵列的对侧表面，天线阵列无论是局部高温或全表面高温，均可通过与高温局部相对侧的部分翅片或全部翅片转移热量，结合热管的高导热性能，及时散热，使天线阵面的高温部位温度降低，保证阵面温度一致性。另外，天线阵面可通过导热胶垫与散热冷板接触，一方面有助于快速传导天线阵面的温度至散热冷板，另一方面具有减震缓冲作用，保护天线阵列芯片。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种相控阵天线的散热结构，其特征在于，所述相控阵天线的散热结构包括：
散热冷板(1)，所述散热冷板(1)的一侧表面具有发射天线安装区(2)和接收天线安装区(3)，所述散热冷板(1)的另一侧表面具有信号模块安装区(4)；
第一散热翅区(5)，位于所述散热冷板(1)的另一侧表面上与所述发射天线安装区(2)相对的位置；
第二散热翅区(6)，位于所述散热冷板(1)的另一侧表面上与所述接收天线安装区(3)相对的位置；
其中，所述第一散热翅区(5)和所述第二散热翅区(6)均包括多个散热翅片(7)，每两个相邻所述散热翅片(7)之间均间隔形成条形槽(8)，各所述条形槽(8)底部均设置热管。
2.根据权利要求1所述的相控阵天线的散热结构，其特征在于，各所述散热翅片(7)沿着所述散热冷板(1)的宽度方向排布。
3.根据权利要求1所述的相控阵天线的散热结构，其特征在于，所述发射天线安装区(2)和所述接收天线安装区(3)沿着所述散热冷板(1)的长度方向布置。
4.根据权利要求1所述的相控阵天线的散热结构，其特征在于，所述信号模块安装区(4)位于所述发射天线安装区(2)和所述接收天线安装区(3)之间，所述信号模块安装区(4)包括沿着所述散热冷板(1)的宽度方向排布的多个信号模块子安装腔。
5.根据权利要求1所述的相控阵天线的散热结构，其特征在于，在所述散热冷板(1)上，与所述发射天线安装区(2)和所述接收天线安装区(3)的同一表面上，还具有位于所述发射天线安装区(2)和所述接收天线安装区(3)之间的天线隔离通道(9)。
6.根据权利要求1所述的相控阵天线的散热结构，其特征在于，所述散热冷板(1)呈长方体腔体结构，所述散热冷板(1)的侧面还具有对外接口安装腔(10)。
7.根据权利要求1所述的相控阵天线的散热结构，其特征在于，所述相控阵天线的散热结构还包括天线罩(11)，所述天线罩(11)设置于所述散热冷板(1)上且至少覆盖所述发射天线安装区(2)和接收天线安装区(3)。
8.根据权利要求1-7任一项所述的相控阵天线的散热结构，其特征在于，所述散热冷板(1)的一侧表面具有第一传热凸台(12)和第二传热凸台(13)，所述第一传热凸台(12)的顶面为所述发射天线安装区(2)，所述第二传热凸台(13)的顶面为所述接收天线安装区(3)；
其中，所述第一传热凸台(12)和所述第二传热凸台(13)的顶部还均设置有导热胶垫(14)用于与天线单元接触。
9.根据权利要求1-7任一项所述的相控阵天线的散热结构，其特征在于，所述第一散热翅区(5)和所述第二散热翅区(6)内，各所述散热翅片(7)的中部凹陷，形成位于所述第一散热翅区(5)和所述第二散热翅区(6)中部的风扇安装槽(15)，所述散热冷板(1)的侧面还有多个连通到所述第一散热翅区(5)和所述第二散热翅区(6)的散热开孔(22)；
所述散热冷板(1)还包括底板(16)，所述底板(16)与所述散热冷板(1)的所述第一散热翅区(5)和所述第二散热翅区(6)所在的表面连接，所述底板(16)上具有多个风孔(17，18)，且所述风孔(17，18)至少部分地与各所述散热翅片(7)之间形成的散热风道所连通。
10.一种相控阵天线，包括如权利要求1-9任一项所述的相控阵天线的散热结构，其特征在于，所述相控阵天线还包括：
发射天线阵面(19)，设置于所述发射天线安装区(2)；
接收天线阵面(20)，设置于所述接收天线安装区(3)；
信号处理模块(21)，设置于所述信号模块安装区(4)。
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