CN117096569A - 适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置，采用风冷装置、液冷装置兼容设计的方式对相控阵天线进行风冷与液冷兼容散热，既可以在有流动空气的机舱内实现对相控阵天线的风冷散热，又可以在密闭机舱内实现对相控阵天线的燃油液冷散热；且风冷装置、液冷装置兼容设计共用一套硬件，无需针对性更换组件，只需通过程序控制风冷装置与液冷装置的切换即可实现散热方式的灵活便捷切换，且风冷与液冷兼容的散热结构大大减小了相控阵天线工作时的高温风险，提高了大功率相控阵天线的环境适应性。

Description

适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置

技术领域

本发明属于的天线散热技术领域，涉及适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置及其重构方法。

背景技术

无人机机载SAR系统不仅可以获取地面场景的二维高分辨图像，且具有成本低、体积小等独特优势，在军事和民用领域具有广阔的应用前景。无人机机载SAR系统所使用的相控阵天线具有体积小、功耗大的特点。与常规的机械式扫描的天线相比，相控阵天线具有快速扫描、快速变化波束形状、空间定向与空域滤波等能力。

相控阵天线一般由无源天线阵列、馈电网络、TR组件、波控模块及电源模块等几大部分组成。而TR组件是相控阵天线的关键部件，其功能是对射频信号进行放大、移相、衰减等。在实现上述功能的过程中，受芯片材料与芯片制程工艺限制，目前大部分TR组件芯片效率只有20％左右，其余80％的能量则转化为热量。

目前常用的相控阵天线主要使用风冷的方式对相控阵天线进行散热，在FXX型无人机中，相控阵天线可以通过机舱内的流动空气实现散热，但在CXX型无人机系统中，机舱是密闭无流动空气的，无法进行风冷散热。在此种机型中只能利用无人机燃油进行液冷散热。为了使同一款相控阵天线能适应不同机型的散热条件，需要将相控阵天线设计成既能风冷散热，又能液冷散热，并且两种散热模式可以根据不同机型的安装条件快速切换。

发明内容

本发明的目的在于提供适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置，针对无人机机载SAR相控阵天线在不同型号无人机上所处不同环境下的散热问题，实现可以兼容风冷和液冷工作模式对相控阵天线进行散热，并能在风冷和液冷两种散热模式下实现快速切换。

本发明通过下述技术方案实现：

适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置，包括外壳，所述外壳的内部分隔为相互独立的第一腔室与第二腔室，所述第一腔室中设置有控制母板，所述控制母板的一侧连接有TR模组，所述第一腔室与第二腔室的顶部设置有风冷装置，所述TR模组的内部对应风冷装置的出风端设置有散热风道，所述TR模组的一侧紧贴设置有液冷装置，所述液冷装置的一侧紧贴设置有天线阵模块；所述第二腔室中设置有馈电模块、冷媒循环器、电源模块，所述馈电模块通过射频通道与TR模组连接，所述馈电模块对应风冷装置的出风端设置，所述电源模块紧贴馈电模块的一侧设置，所述冷媒循环器与液冷装置连接并用于循环输送液冷装置内部的冷却液。

通过控制风冷装置与液冷装置实现风冷与液冷切换：

风冷模式下，风冷装置启动，液冷装置停机。此时电源模块产生的热量，通过电源模块的壳体传导至馈电模块的外壳。进一步地，热量从馈电模块的外壳传导至TR模组。此时风冷装置产生的气流通过TR模组内部的散热风道，进而对TR模组进行风冷降温。

液冷模式下，风冷装置停机，液冷装置启动，电源模块产生的热量，通过电源模块的壳体传导至馈电模块的外壳；进一步地，热量从馈电模块的外壳传导至TR模组的外壳。而TR模组中的SOC芯片产生的热量和来自电源模块的热量一起经过TR模组的外壳传导至液冷装置；此时液冷装置中的液流通道中充满冷媒，通过冷媒循环器带动冷媒进行循环流动，进而将液冷装置上的热量带走，从而实现相控阵天线的散热。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述TR模组包括若干紧贴排列设置的TR单元，所述TR单元包括相互拼合的第一散热部与第二散热部，所述第一散热部远离第二散热部的一侧上贴合设置有第一PCB板，所述第二散热部远离第一散热部的一侧上紧贴设置有第二PCB板；所述第一散热部的拼合面与第二散热部的拼合面之间设置有若干散热风道。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述第一散热部的拼合面上阵列设置有第一散热齿，所述第二散热部的拼合面上阵列设置有第二散热齿，所述第一散热齿与第二散热齿之间构成若干散热风道。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述第一散热部远离第二散热部的一侧上设置有第一隔热盖板，所述第二散热部远离第一散热部的一侧上设置有第二隔热盖板。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述液冷装置包括冷板模块，所述冷板模块的内部设置有若干排列设置的冷却液流道，所述冷却液流道的进端与出端均与冷媒循环器连接；所述冷板模块的端面上位于相邻的冷却液流道之间的区域设置有若干散热孔。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述冷媒循环器包括冷媒输入连接器、冷媒输出连接器，所述冷媒输入连接器与冷却液流道的进端连接，所述冷媒输出连接器与冷却液流道的出端连接。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述冷板模块的两侧面上均设置有接触导热片。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述外壳的顶部设置有进风口，所述进风口处设置有风冷装置，所述风冷装置包括若干排列设置的风扇单元，若干风扇单元能够独立启停以及同步启停，所述外壳的底部设置有出风口。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述外壳的内部中间位置设置有隔板，所述隔板将外壳的内部分隔为第一腔室与第二腔室。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明采用风冷装置、液冷装置兼容设计的方式对相控阵天线进行风冷与液冷兼容散热，既可以在有流动空气的机舱内实现对相控阵天线的风冷散热，又可以在密闭机舱内实现对相控阵天线的燃油液冷散热；且风冷装置、液冷装置兼容设计共用一套硬件，无需针对性更换组件，只需通过程序控制风冷装置与液冷装置的切换即可实现散热方式的灵活便捷切换，且风冷与液冷兼容的散热结构大大减小了相控阵天线工作时的高温风险，提高了大功率相控阵天线的环境适应性。

附图说明

图1为散热装置的整体结构示意图；

图2为TR模组的外部结构示意图；

图3为TR模组的爆炸结构示意图；

图4为冷板模块的半剖视图。

其中：101-外壳；102-控制母板；103-TR模组；104-液冷装置；105-天线阵模块；106-馈电模块；107-冷媒输入连接器；108-冷媒输出连接器；109-风冷装置；1010-电源模块；1011-外部盖板；201-第一隔热盖板；202-第一PCB板；203-第一散热部；204-第二散热部；205-第二PCB板；206-第二隔热盖板。

具体实施方式

以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

实施例1：

本实施例的适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置，如图1所示，包括外壳101，外壳101的内部分隔为相互独立的第一腔室与第二腔室，第一腔室中设置有控制母板102，控制母板102的一侧连接有TR模组103，第一腔室与第二腔室的顶部设置有风冷装置109，TR模组103的内部对应风冷装置的出风端设置有散热风道，TR模组103的一侧紧贴设置有液冷装置104，液冷装置104的一侧紧贴设置有天线阵模块105；第二腔室中设置有馈电模块106、冷媒循环器、电源模块1010，馈电模块106通过射频通道与TR模组103连接，馈电模块106对应风冷装置109的出风端设置，电源模块1010紧贴馈电模块106的一侧设置，冷媒循环器与液冷装置104连接并用于循环输送液冷装置104内部的冷却液。

外壳101通过铝合金材质整体CNC加工成型，保证外壳101具有良好的强度。外壳101的内部分隔为第一腔室与第二腔室，第一腔室中设置有控制母板102、TR模组103、液冷装置104、天线阵模块105，第二腔室中设置有馈电模块106、冷媒循环器、电源模块1010，第一腔室与第二腔室的顶部则设置有风冷装置109，通过风冷装置109向第一腔室与第二腔室中输送气流。

控制母板102的外壳为铝合金材质，控制母板102的外壳内部设置有控制PCB板，通过控制PCB板控制TR模组103工作，同时通过控制PCB板控制风冷装置109和液冷装置104切换工作。

馈电模块106的外壳为铝合金材质，馈电模块106的外壳内部设置有射频通道，通过射频通道能够将TR模组103中的多路射频信号整合为一个通道的信号。

电源模块1010的外壳为铝合金材质，电源模块1010的外壳内部设置有电源PCB板，通过电源PCB板输出电压为整个相控阵天线供电，包括射频发射电源、射频接收电源、波控电源、信道电源和风冷装置电源等。液冷装置104内部循环流动有冷却液，通过液冷装置104对电源模块1010以及TR模组103进行液冷散热。风冷装置109则朝向第一腔室与第二腔室内部输送气流，使得气流经过TR模组103内部的散热风道，通过风冷的方式对电源模块1010以及TR模组103进行散热。

实施例2：

本实施例的适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置，如图2和图3所示，TR模组103包括若干紧贴排列设置的TR单元，TR单元包括相互拼合的第一散热部203与第二散热部204，第一散热部203远离第二散热部204的一侧上贴合设置有第一PCB板202，第二散热部204远离第一散热部203的一侧上紧贴设置有第二PCB板205；第一散热部203的拼合面与第二散热部204的拼合面之间设置有若干散热风道。

第一PCB板202紧贴第一散热部203的导热面设置，保证了第一PCB板202工作时产生的热量能够快速高效的传递至第一散热部203。同理，第二PCB板205紧贴第二散热部204的导热面设置，保证了第二PCB板205工作时产生的热量能够快速高效的传递至第二散热部204。第一散热部203与第二散热部204的拼合面之间则设置有若干散热风道，若干散热风道不仅仅形成了足够热量快速散失的空间，同时散热风道还提供了供风冷装置109输送的气流快速流动的空间，使得气流流经散热风道的过程中能够迅速将第一散热部203与第二散热部204上积攒的热量带走至外壳101的外部，实现高效风冷散热。

进一步的，第一散热部203的拼合面上阵列设置有第一散热齿，第二散热部204的拼合面上阵列设置有第二散热齿，第一散热齿与第二散热齿之间构成若干散热风道。通过设置第一散热齿与第二散热齿，能够有效增加与风冷装置109输送的低温气流之间的换热面积，进而保证了第一散热部203与第二散热部204上积攒能够高效散失。同时，第一散热齿与第二散热齿的齿面相互拼合构成了导向面，能够对气流进行导向，使得气流顺利沿着散热风道快速流动。

进一步的，第一散热部203远离第二散热部204的一侧上设置有第一隔热盖板201，第二散热部204远离第一散热部203的一侧上设置有第二隔热盖板206。

由于相邻的TR单元相互紧贴设置，为了降低相邻的TR单元之间的热传递，使得TR单元的热量基本只传递至散热风道，因此设置了第一隔热盖板201与第二隔热盖板206，通过第一隔热盖板201与第二隔热盖板206隔绝相邻的TR单元之间的热传递。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例的适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置，如图1和图4所示，液冷装置104包括冷板模块，冷板模块的内部设置有若干排列设置的冷却液流道，冷却液流道的进端与出端均与冷媒循环器连接；冷板模块的端面上位于相邻的冷却液流道之间的区域设置有若干散热孔。

进一步的，冷媒循环器包括冷媒输入连接器107、冷媒输出连接器108，冷媒输入连接器107与冷却液流道的进端连接，冷媒输出连接器108与冷却液流道的出端连接。

冷媒输入连接器107与冷媒输入泵连接，通过冷媒输入泵将低温冷媒液体输送至冷却液流道中，进而通过换热使得低温冷媒液体将冷板模块上积攒的热量带走。冷媒输出连接器108则与发动机油管连接，低温冷媒液体，如低温燃油经过冷却液流道后换热升温，升温后的燃油通过冷媒输出连接器108流动至发动机油管参与燃烧，由于燃油预先升温，使得燃油输送至发动机后的燃烧更加充分。

进一步的，冷板模块的两侧面上均设置有接触导热片，通过设置导热片能够增加冷板模块与TR模组103以及天线阵模块105之间的换热面积，进而提升热交换效率。

本实施例的其他部分与实施例1或2相同，故不再赘述。

实施例4：

适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置，如图1所示，外壳101的顶部设置有进风口，进风口处设置有风冷装置109，风冷装置109包括若干排列设置的风扇单元，若干风扇单元能够独立启停以及同步启停，外壳101的底部设置有出风口。

若干风扇单元与TR模组103中的若干TR单元一一对应设置，通过温度传感器检测每一个TR单元的温度，当TR单元之间的温差低于标定温差值时，证明此时各个TR单元单元之间的温度相当，此时若干风扇单元以相同功率同步启停工作。当TR单元之间的温差高于标定温差值时，此时对应温度更高的TR单元的风扇单元以更高的功率进行独立工作。

进一步的，外壳101的内部中间位置设置有隔板，隔板将外壳101的内部分隔为第一腔室与第二腔室，通过设置隔板便于TR模组103以及馈电模块106的便捷安装。

进一步的，外壳101的外部设置有外部盖板1011，通过外部盖板1011封闭外壳101以保护内部元件。

以上，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置，包括外壳(101)，其特征在于，所述外壳(101)的内部分隔为相互独立的第一腔室与第二腔室，所述第一腔室中设置有控制母板(102)，所述控制母板(102)的一侧连接有TR模组(103)，所述第一腔室与第二腔室的顶部设置有风冷装置(109)，所述TR模组(103)的内部对应风冷装置的出风端设置有散热风道，所述TR模组(103)的一侧紧贴设置有液冷装置(104)，所述液冷装置(104)的一侧紧贴设置有天线阵模块(105)；所述第二腔室中设置有馈电模块(106)、冷媒循环器、电源模块(1010)，所述馈电模块(106)通过射频通道与TR模组(103)连接，所述馈电模块(106)对应风冷装置(109)的出风端设置，所述电源模块(1010)紧贴馈电模块(106)的一侧设置，所述冷媒循环器与液冷装置(104)连接并用于循环输送液冷装置(104)内部的冷却液。

2.根据权利要求1所述的适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置，其特征在于，所述TR模组(103)包括若干紧贴排列设置的TR单元，所述TR单元包括相互拼合的第一散热部(203)与第二散热部(204)，所述第一散热部(203)远离第二散热部(204)的一侧上贴合设置有第一PCB板(202)，所述第二散热部(204)远离第一散热部(203)的一侧上紧贴设置有第二PCB板(205)；所述第一散热部(203)的拼合面与第二散热部(204)的拼合面之间设置有若干散热风道。

3.根据权利要求2所述的适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置，其特征在于，所述第一散热部(203)的拼合面上阵列设置有第一散热齿，所述第二散热部(204)的拼合面上阵列设置有第二散热齿，所述第一散热齿与第二散热齿之间构成若干散热风道。

4.根据权利要求3所述的适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置，其特征在于，所述第一散热部(203)远离第二散热部(204)的一侧上设置有第一隔热盖板(201)，所述第二散热部(204)远离第一散热部(203)的一侧上设置有第二隔热盖板(206)。

5.根据权利要求1-4任一项所述的适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置，其特征在于，所述液冷装置(104)包括冷板模块，所述冷板模块的内部设置有若干排列设置的冷却液流道，所述冷却液流道的进端与出端均与冷媒循环器连接；所述冷板模块的端面上位于相邻的冷却液流道之间的区域设置有若干散热孔。

6.根据权利要求5所述的适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置，其特征在于，所述冷媒循环器包括冷媒输入连接器(107)、冷媒输出连接器(108)，所述冷媒输入连接器(107)与冷却液流道的进端连接，所述冷媒输出连接器(108)与冷却液流道的出端连接。

7.根据权利要求6所述的适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置，其特征在于，所述冷板模块的两侧面上均设置有接触导热片。

8.根据权利要求1-4任一项所述的适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置，其特征在于，所述外壳(101)的顶部设置有进风口，所述进风口处设置有风冷装置(109)，所述风冷装置(109)包括若干排列设置的风扇单元，若干风扇单元能够独立启停以及同步启停，所述外壳(101)的底部设置有出风口。

9.根据权利要求8所述的适应多机型的机载相控阵天线兼容散热装置，其特征在于，所述外壳(101)的内部中间位置设置有隔板，所述隔板将外壳(101)的内部分隔为第一腔室与第二腔室。