CN117039390B - 一种相控阵天线及通讯设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于天线技术领域，特别是涉及一种相控阵天线及通讯设备。相控阵天线包括散热框架、天线板和天线罩；散热框架包括传热底板和多个围栏式散热齿，传热底板在其厚度方向上具有相对设置的第一表面和第二表面，天线板贴附在传热底板的第一表面上，天线罩罩设在天线板上，多个围栏式散热齿围绕传热底板的外周壁设置，相邻两个围栏式散热齿之间形成散热流道，以使得位于传热底板厚度方向上的相对两侧的空气能够形成对流。本发明中，围栏式散热齿的温度升高时，散热流道附近的空气膨胀，热空气上升，环境中的空气从四周的散热流道中加速向上流动，雷诺数加大，从而减薄了散热流道内围栏式散热齿的边界层厚度，提高了围栏式散热齿的对流换热系数。

Description

一种相控阵天线及通讯设备

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别是涉及一种相控阵天线及通讯设备。

背景技术

平板相控阵天线正常工作时，热源器件不可避免地会产生大量的热量，如果不能将产生的热量及时导出设备，则会导致热源器件温度升高。温度超过极限状态后，势必会影响功能的实现。尤其现有的相控阵天线高度集成化，其散热问题则更加尖锐和突出，为此通常会选用液冷和强迫风冷对设备进行降温和控温，但是由于某些特殊使用环境的限制以及可靠性的需求，自然散热成为了唯一选择。

由于平板相控阵天线的组成与工作状态，电磁辐射面朝上，需要朝向太空与卫星进行连通，散热翅朝下，热源器件位于天线板底部，能够与散热齿接触传导热量，通过底部散热齿的辐射、对流进行热交换，且由于无液冷和强迫风冷措施，仅靠温度差形成自然对流，散热齿表面对流热交换系数会非常低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有的相控阵天线的散热齿表面对流热交换系数会非常低的问题，提供一种相控阵天线及通讯设备。

为解决上述技术问题，一方面，本发明实施例提供一种相控阵天线，包括散热框架、天线板和天线罩；

所述散热框架包括传热底板和多个围栏式散热齿，所述传热底板在其厚度方向上具有相对设置的第一表面和第二表面，所述天线板贴附在所述传热底板的第一表面上，所述天线罩罩设在所述天线板上，多个所述围栏式散热齿围绕所述传热底板的外周壁设置，相邻两个所述围栏式散热齿之间形成散热流道，以使得位于所述传热底板厚度方向上的相对两侧的空气能够形成对流。

可选地，所述围栏式散热齿包括第一围栏式散热齿和第二围栏式散热齿，所述传热底板的外周壁包括第一壁面和多个第二壁面，所述第一围栏式散热齿设置在所述第一壁面上，所述第二围栏式散热齿设置在所述第二壁面上。

可选地，所述第一围栏式散热齿连接在所述传热底板的外周壁上且在所述传热底板的厚度方向上不凸出于所述传热底板；相邻两个所述第一围栏式散热齿之间的所述散热流道沿所述传热底板的厚度方向延伸。

可选地，所述第二围栏式散热齿包括第一齿部和第二齿部，所述第一齿部连接在所述传热底板的外周壁上，所述第二齿部向着所述传热底板中心轴的方向延伸并连接在所述传热底板的第二表面上，多个所述第二齿部的远离所述第一齿部的一端围合形成有导流区，所述第二表面露出于所述导流区。

可选地，相邻两个所述第二围栏式散热齿之间的所述散热流道包括第一流道和第二流道，所述第一流道形成于相邻两个所述第一齿部之间并沿所述传热底板的厚度方向延伸，所述第二流道形成于相邻两个所述第二齿部之间并沿所述传热底板的第二表面延伸。

可选地，所述散热框架还包括围板，所述围板包围所述传热底板，所述围栏式散热齿连接在所述传热底板的外周壁和所述围板的内壁之间，所述围板的外周壁上设置有反射涂层。

可选地，所述第一表面上设置有第一凸缘和第二凸缘，所述第一凸缘包围所述天线板，所述第二凸缘环绕所述第一凸缘，所述第一凸缘和所述第二凸缘之间形成有环形槽，所述天线罩连接在所述环形槽中。

可选地，所述相控阵天线还包括界面层，所述界面层设置在所述天线板和所述第一表面之间。

可选地，所述相控阵天线还包括多个相变热管，所述相变热管内封装有相变介质，多个所述相变热管安装在所述第一表面上，所述第一表面上设置有朝向所述第二表面凹陷的多个凹槽，每一所述相变热管嵌装在对应的所述凹槽中。

另一方面，本发明实施例提供一种通讯设备，包括如前所述的相控阵天线。

本发明实施例提供的相控阵天线，当天线工作时，热源器件产生的大量热量通过传热底板传导到四周的围栏式散热齿上，围栏式散热齿的温度升高，散热流道附近的空气膨胀，密度降低，热空气上升，靠温度差产生密度差，从而产生浮生力带动环境中的空气不断涌向传热底板，并从传热底板四周的散热流道中加速向上流动，将传热底板下侧的冷空气导流至传热底板上侧，对围栏式散热齿进行降温。随着散热流道内的空气流动速度加快，雷诺数加大，从而减薄了散热流道内围栏式散热齿的边界层厚度，提高了围栏式散热齿的对流换热系数。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的相控阵天线的示意图；

图2是本发明一实施例提供的相控阵天线的分解图；

图3是图2中A处的放大示意图；

图4是本发明一实施例提供的相控阵天线的另一分解图；

图5是本发明一实施例提供的相控阵天线的截面图；

图6是本发明一实施例提供的围板高度增加时的示意图。

说明书中的附图标记如下：

1、散热框架；11、传热底板；12、围栏式散热齿；121、第一围栏式散热齿；122、第二围栏式散热齿；1221、第一齿部；1222、第二齿部；13、散热流道；15、围板；16、第一凸缘；17、第二凸缘；

2、天线板；

3、天线罩；

4、界面层；

5、相变热管。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

平板相控阵天线终端内安装有大量的收发芯片、电源芯片、变频芯片等各类有/无源器件。在工作时，这些芯片由于各自能量转化效率，将产生大量热耗，由于平板相控阵天线的组成与工作状态，天线的电磁辐射面需要朝向太空与卫星进行连通，热源器件位于天线板的底部。当天线终端工作时，热源器件产生的热量传导到散热齿上，由于天线上没有液冷和强迫措施，随着散热齿温度的升高，气流密度降低，仅靠温度差产生密度差，从而产生浮生力带动外界空气流动形成自然对流。但是由于散热齿位于底部，热面朝下，在自然对流条件下，温度升高，气流膨胀，导致散热齿的边界层厚度较厚，在层流边界层内在垂直于散热齿壁面的方向上的热量主要依靠热传导进行热交换，散热齿表面的对流换热系数会非常低，按照常规的增加散热齿数量、厚度、高度等措施，无法明显提高天线在自然散热条件下的散热能力。

如图1至图6所示，本发明一实施例提供的一种相控阵天线，包括散热框架1、天线板2和天线罩3。天线罩3能够保护天线板2免受外部环境影响，在电气性能上具有良好的电磁波穿透特性，机械性能上保护天线板2免受风雨、冰雪、沙尘和太阳辐射等的影响，使天线系统工作性能比较稳定可靠，同时减轻天线板2的磨损、腐蚀和老化，延长使用寿命。

散热框架1包括传热底板11和多个围栏式散热齿12，传热底板11在其厚度方向上具有相对设置的第一表面和第二表面，天线板2贴附在传热底板11的第一表面上，天线罩3连接在传热底板11的第一表面上并罩设在天线板2上，多个围栏式散热齿12围绕传热底板11的外周壁间隔设置，改变了现有的散热齿设置在天线底部的布局，相邻两个围栏式散热齿12之间形成有散热流道13，散热流道13能够上下连通，以使得位于传热底板11厚度方向上的相对两侧的空气能够形成对流。

热源器件设置在天线板2上的朝向传热底板11的一侧，当天线工作时，热源器件产生的大量热量通过传热底板11传导到四周的围栏式散热齿12上，围栏式散热齿12的温度升高，散热流道13附近的空气膨胀，密度降低，热空气上升，靠温度差产生密度差，从而产生浮生力带动环境中的空气不断涌向传热底板11中，并从传热底板11四周的散热流道13中加速向上流动，将传热底板11下侧的冷空气导流至传热底板11上侧，对围栏式散热齿12以及上升的热空气进行降温。随着散热流道13内的空气流动速度加快，雷诺数加大，从而减薄了散热流道13内围栏式散热齿12的边界层厚度，提高了围栏式散热齿12的对流换热系数，在同等对流换热面积下，极大的提高了自然对流能力。

可以理解的是，围栏式散热齿12的长度或高度可根据具体热耗做相应设计，与常规的设置在天线底部的围栏式散热齿12对比，本实施例中围栏式散热齿12的对流换热系数最多能提高几十倍。

在一实施例中，如图1、图6所示，围栏式散热齿12垂直于传热底板11的外周壁，或者围栏式散热齿12与传热底板11的外周壁之间形成锐角，能够增加传热底板11的散热面积，可以根据实际情况调整围栏式散热齿12的倾斜角度和齿形间距，从而达到最佳的散热效果。

在一实施例中，传热底板11作为热源器件和围栏式散热齿12之间的热传导部件，其厚度会影响热传导面积及传导热阻，可根据实际热传导需求进行设置。本实施例中，增加传热底板11的厚度为4～10mm，能够增大传热底板11的热传导面积，传导热阻与热传导面积呈反比例关系，从而降低传导热阻，使得天线板2上的热源器件产生的热量能够快速的传导到四周的围栏式散热齿12上，进而通过散热流道13内的自然对流对围栏式散热齿12进行降温。

在一实施例中，如图2、图4所示，围栏式散热齿12包括第一围栏式散热齿121和第二围栏式散热齿122，传热底板11的外周壁包括第一壁面和多个第二壁面，第一壁面和多个第二壁面连接形成闭合结构，第一壁面上间隔设置多个第一围栏式散热齿121，第二壁面上间隔设置多个第二围栏式散热齿122，定义传热底板11的厚度方向为竖直方向，第一围栏式散热齿121在竖直方向上的截面面积小于第二围栏式散热齿122在竖直方向上的截面面积，散热框架1上具有连接在传热底板11上的连接部，连接部可用于天线与其他部件的连接，通过设置截面面积较小的第一围栏式散热齿121可对于连接部进行避让。

相邻两个第一围栏式散热齿121之间的散热流道13的延伸方向和相邻两个第二围栏式散热齿122之间的散热流道13的延伸方向不同，相邻两个第一围栏式散热齿121之间的散热流道13能够在竖直方向上进行导流，相邻两个第二围栏式散热齿122之间的散热流道13除了能够在竖直方向上导流外，还能够将靠近传热底板11底部的中心位置的热气流导流至传热底板11的上方，增大传导面积，使得传热底板11底部的温度更加均匀。

在一实施例中，如图4所示，第一围栏式散热齿121连接在传热底板11的外周壁上且在传热底板11的厚度方向上不凸出于传热底板11，相邻两个第一围栏式散热齿121之间形成的散热流道13位于传热底板11的外周处，能够使得位于外周处的传热底板11的相对两侧的空气形成自然对流。

在一实施例中，第一围栏式散热齿121可以为但不限于平板状或者弧形，相邻两个第一围栏式散热齿121之间的散热流道13为筒状结构并沿传热底板11的厚度方向延伸，筒状结构的散热流道13上下连通，环境中的冷气流沿着竖直方向向上流动，进行对流降温。

在一实施例中，如图4、图5所示，第二围栏式散热齿122包括第一齿部1221和第二齿部1222，第二齿部1222连接在第一齿部1221上，第一齿部1221连接在传热底板11的外周壁上，第一齿部1221位于传热底板11的外周，第二齿部1222向着传热底板11中心轴的方向延伸并连接在传热底板11的第二表面上，第二齿部1222位于传热底板11的下部，使得相邻两个第二围栏式散热齿122之间形成的散热流道13的通道面积更大，增大散热面积。

第二齿部1222的上边缘紧密贴合在第二表面上，所有的第二齿部1222能够承托传热底板11，多个第二围栏式散热齿122的第二齿部1222的远离第一齿部1221的一端围合形成有导流区，第二表面露出于导流区，环境中的空气向着传热底板11涌动，能够与导流区处的第二表面进行热传导，相邻两个第二围栏式散热齿122之间的散热流道13与导流区连通，能够对导流区内的热空气进行导流。需要说明的是，围栏式散热齿12呈平板状且垂直于传热底板11的外周壁时，除了传热底板11的连接部处设置第一围栏式散热齿121外，还会在传热底板11的拐角处会设置第一围栏式散热齿121，以免在朝向传热底板11的中心轴方向上，第二齿部1222之间发生干涉。

在一实施例中，如图5所示，相邻两个第二围栏式散热齿122之间的散热流道13包括第一流道和第二流道，第一流道形成于相邻两个第一齿部1221之间并沿传热底板11的厚度方向延伸，第一流道上下连通，第二流道形成于相邻两个第二齿部1222之间并沿传热底板11的第二表面延伸，散热流道13内热空气上升，环境中的空气涌向传热底板11时，在进入散热流道13时，一部分空气进入第二流道中并沿着第二表面流向第一流道，能够对传热底板11进行降温，另一部分空气向上流动直接进入第一流道中，两部分空气在第一流道中汇流，能够对第二围栏式散热齿122和传热底板11进行降温，具有较大的传导面积。

在一实施例中，如图2所示，散热框架1还包括围板15，围板15包围传热底板11，围板15整体可呈环形、矩形或者多边形。围栏式散热齿12连接在传热底板11的外周壁和围板15的内壁之间，通过传热底板11的外周壁、围板15的内壁以及多个围栏式散热齿12限定出多个上下连通的散热流道13。在竖直方向上，围板15的长度尺寸等于围栏式散热齿12的远离传热底板11一侧的边缘的长度尺寸。或者，如图6所示，围板15的长度尺寸大于围栏式散热齿12的远离传热底板11一侧的边缘的长度尺寸，使得围板15在竖直方向上能够突出于传热底板11，通过增高的围板15能够增强烟囱效应，有助于推动对流通风。

在一实施例中，围板15的外周壁上设置有反射涂层，在围板15的外周壁上通过喷涂形成高漫反射涂层。现有的天线中会在表面喷涂普通油漆来提高表面的辐射发射率，但是相控阵天线位于太阳曝晒下时，普通油漆对于太阳辐射的反射能力较一般，导致相控阵天线会吸收大量的太阳辐射热量，从而导致温度升高。

本实施例中，高漫反射涂层是一种高分子纳米材料涂层，相较于普通油漆添加了二氧化钛、硫酸钡等颗粒，提高了高漫反射涂层对可见光以及红外线波长的反射率，对可见光及红外线可达到92％的高反射率，普通白色油漆的反射率通常仅为60％--80％。太阳辐射中可见光约占44.6％，红外线约占45.4％，紫外线约占8.7％，提高对可见光及红外线的反射率将大大降低相控阵天线对太阳辐射的吸收率，减少太阳辐射对相控阵天线的温度影响。同时高漫反射涂层也具有极高的辐射发射率，发射率高达0.95，极高的发射率能让相控阵天线工作时产生的热量通过辐射能发射出去。涂层中添加氧化锌也可增大辐射发射率。使得喷涂高漫反射涂层的相控阵天线同时具有高太阳辐射反射率和高辐射发射率，将极大提高相控阵天线的自然散热能力。

在一实施例中，如图3所示，第一表面上设置有第一凸缘16和第二凸缘17，第一凸缘16包围天线板2，天线板2通过螺钉固定安装在散热框架1上，第一凸缘16的内轮廓与天线板2的外轮廓一致，第二凸缘17环绕第一凸缘16设置，第一凸缘16和第二凸缘17之间形成有环形槽，天线罩3通过螺钉固定连接在环形槽中，从而将天线板2保护在天线罩3内，避免天线板2受外界环境影响。

优选地，第一表面上设置有向着第二表面凹陷的容纳腔，天线板2容纳在容纳腔中，使得容纳腔与环形槽之间具有一定的高度差，进而使得天线罩3与天线板2之间具有一定的高度差，避免天线罩3与天线板2上的器件发生干涉。

在一实施例中，如图2、图5所示，相控阵天线还包括界面层4，界面层4设置在天线板2和第一表面之间，界面层4具有较高的导热率，通过在天线板2和散热框架1之间填充界面层4，有助于天线板2的热源器件与传热底板11之间的导热。

在一实施例中，如图2、图5所示，相控阵天线还包括多个相变热管5，相变热管5可以为烧结式热管、沟槽式均温板或者金属丝网热管，相变热管5内封装有相变介质，多个相变热管5安装在第一表面上。第一表面上设置有朝向第二表面凹陷的多个凹槽，每一相变热管5嵌装在对应的凹槽中，相变热管5焊接连接在传热底板11上，由于相变热管5是一种超高导热率的材料，导热率能达到10000W/mK以上，能轻易的起到将散热框架1做到整体均温的作用，天线板2上的热源器件产生的大量热量经过界面层4传导至传热底板11上，通过相变热管5使得传热底板11整体均温，再将热量均匀传导至四周的围栏式散热齿12上，通过散热流道13内产生对流进行散热，能够使得相控阵天线的温度较为均匀。

另一方面，本发明实施例提供一种通讯设备，包括上述实施例的相控阵天线。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种相控阵天线，其特征在于，包括散热框架、天线板和天线罩；

所述散热框架包括传热底板和多个围栏式散热齿，所述传热底板在其厚度方向上具有相对设置的第一表面和第二表面，所述天线板贴附在所述传热底板的第一表面上，所述天线罩罩设在所述天线板上，多个所述围栏式散热齿围绕所述传热底板的外周壁设置，相邻两个所述围栏式散热齿之间形成散热流道，以使得位于所述传热底板的厚度方向上的相对两侧的空气能够形成对流；

所述围栏式散热齿包括第一围栏式散热齿和第二围栏式散热齿，所述传热底板的外周壁包括第一壁面和多个第二壁面，所述第一围栏式散热齿设置在所述第一壁面上，所述第二围栏式散热齿设置在所述第二壁面上；

所述第二围栏式散热齿包括第一齿部和第二齿部，所述第一齿部连接在所述传热底板的外周壁上，所述第二齿部向着所述传热底板中心轴的方向延伸并连接在所述传热底板的第二表面上，多个所述第二齿部的远离所述第一齿部的一端围合形成有导流区，所述第二表面露出于所述导流区。

2.如权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述第一围栏式散热齿连接在所述传热底板的外周壁上且在所述传热底板的厚度方向上不凸出于所述传热底板；相邻两个所述第一围栏式散热齿之间的所述散热流道沿所述传热底板的厚度方向延伸。

3.如权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，相邻两个所述第二围栏式散热齿之间的所述散热流道包括第一流道和第二流道，所述第一流道形成于相邻两个所述第一齿部之间并沿所述传热底板的厚度方向延伸，所述第二流道形成于相邻两个所述第二齿部之间并沿所述传热底板的第二表面延伸。

4.如权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述散热框架还包括围板，所述围板包围所述传热底板，所述围栏式散热齿连接在所述传热底板的外周壁和所述围板的内壁之间，所述围板的外周壁上设置有反射涂层。

5.如权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述第一表面上设置有第一凸缘和第二凸缘，所述第一凸缘包围所述天线板，所述第二凸缘环绕所述第一凸缘设置，所述第一凸缘和所述第二凸缘之间形成有环形槽，所述天线罩连接在所述环形槽中。

6.如权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述相控阵天线还包括界面层，所述界面层设置在所述天线板和所述第一表面之间。

7.如权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述相控阵天线还包括多个相变热管，所述相变热管内封装有相变介质，所述第一表面上设置有朝向所述第二表面凹陷的多个凹槽，每一所述相变热管嵌装在对应的所述凹槽中。

8.一种通讯设备，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的相控阵天线。