CN210075886U - 一种风水冷一体式功率吸收设备 - Google Patents

Abstract

一种风水冷一体式功率吸收设备，包括：负载腔体、尾部盖板、波导管、集成散热齿、吸收体；所述负载腔体的尾部设置有开口，所述开口用于将吸收体放入所述负载腔体的内部，所述负载腔体的尾部通过尾部盖板固定；所述负载腔体与尾部相对的端面作为负载腔体的头部，所述头部设置有用于连接待测转发器转接波导的波导管，所述负载腔体的外壁设置有集成散热齿，所述集成散热齿的齿牙截面为楔形，集成散热齿的齿牙高度由负载腔体的头部至尾部依次递减，且两相邻齿距依次增加，集成散热齿的齿牙开有散热孔。本实用新型功率吸收设备适用于常温常压下功率吸收，又适用于热真空环境下功率吸收。

Description

一种风水冷一体式功率吸收设备

技术领域

本实用新型涉及一种风水冷一体式功率吸收设备，可用于通信卫星转发器常温常压和热真空工况下有线测试期间的射频功率吸收，属于卫星测试测量及射频大功率吸收领域。

背景技术

随着通信卫星技术不断发展，多波束载荷得到广泛应用，通过多点波束及高层次频率复用技术，极大提升系统容量。区别于传统广播卫星的大区域覆盖，多波束载荷利用多个较窄的点波束分别进行小范围覆盖，窄点波束具有更好的方向性和天线增益，从而提高通信信噪比，传输更高速率的数据业务，获得更优频谱效率。

通信卫星转发器在有线测试及热真空试验过程中，需要对转发器的每一个射频大功率输出端口进行功率吸收。传统广播卫星转发器测试时，由于转发器射频大功率输出端口较少，因此采用每一个端口都分别连接一只功率吸收负载的吸收方案，各个负载彼此独立，之间无关联。每只负载在各阶段试验前布局安装在卫星表面，待测转发器的每一个输出端口与对应负载之间通过转接波导相连。常温常压环境下测试时，选用风冷负载，测试时需要对负载进行吹风；热真空试验时，选用水冷负载，测试时需要对负载通循环水进行散热。

对于多波束转发器而言，射频大功率输出端口数极多(目前在研通信卫星最多有超过100个射频大功率输出端口)，若采用现行功率吸收方案，则会有如下局限性：1、负载需求量极大(以100个射频大功率输出端口为例，则需要100只风冷负载及100只水冷负载)，测试成本极高；2、单只负载的体积与重量较大。当数量较多时，在星表布局安装困难。常温常压测试与热真空试验需分别考虑负载布局，且需分别进行安装实施操作，试验流程繁琐；3、热真空试验时，需要针对水冷负载进行循环水路设计。当负载较多时，需要的循环水路就多，热真空容器壁的水路穿墙数量无法满足试验要求；若多只负载串联共用一个循环水路，则当循环水路满足第一只负载对水压的要求时，最后一只负载的水流速要求无法满足。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种风水冷一体式功率吸收设备，能够灵活布局，操作流程简单，工程实用性好；设备中的功率吸收模块与散热模块彼此独立，可根据测试需求自由组合使用，散热模块同时具备风冷与水冷功能，使得设备既能在常温常压环境下完成功率吸收，又能在真空环境下完成功率吸收。

本实用新型的技术方案是：

一种风水冷一体式功率吸收设备，包括：负载腔体、尾部盖板、波导管、集成散热齿、吸收体、集成散热板、单体散热齿；

所述负载腔体的尾部设置有开口，吸收体通过所述开口放入负载腔体的内部，所述负载腔体的尾部通过尾部盖板固定；

所述负载腔体与尾部相对的端面作为负载腔体的头部，所述头部设置有用于连接待测转发器转接波导的波导管，所述负载腔体的外壁设置有集成散热齿，所述集成散热齿的齿牙截面为楔形，集成散热齿的齿牙高度由负载腔体的头部至尾部依次递减，且两相邻齿距依次增加，集成散热齿的齿牙开有散热孔，所述散热孔的孔径D和齿牙的高度h满足关系如下：

其中，h_max为集成散热齿的中最高的齿牙高度，h_min为集成散热齿的中最低的齿牙高度，p的取值范围为2～4；

所述波导管、集成散热齿、负载腔体加工为一个整体结构；

负载腔体的内壁与吸收体之间紧密配合且不填充任何导热介质。

所述负载腔体和所述波导管均为矩形结构，所述负载腔体与所述波导管的表面光滑过渡；所述波导管开有波导口。

所述集成散热板内部设置有冷水循环管路的板件，所述集成散热板的一侧或两侧端面上固定有多个负载腔体；波导管突出集成散热板的端面，所述集成散热齿位于负载腔体远离集成散热板的一侧上。

所述集成散热板的材料为铝合金，具体牌号为LF6，所述集成散热板做硬质氧化处理。

集成散热板上设置有入水口和出水口，所述入水口和出水口设置在集成散热板的同一端面上；所述集成散热板内的冷水循环管路走向为S型。

所述单体散热齿为并排安装有多个齿牙的平板结构，所述齿牙的高度依次递减、且两相邻齿距依次增加；所述单体散热齿安装在负载腔体的外侧；单体散热齿的齿牙截面为楔形，齿牙的高度由负载腔体的头部至尾部依次递减。

所述单体散热齿的材料与所述整体结构的材料相同，所述单体散热齿的表面阳极氧化处理。

单体散热齿与负载腔体之间的采用涂胶和螺钉紧固的方式固定连接，胶层厚度不超过0.2mm，硅橡胶的牌号具体为GD414。

吸收体的一端紧贴尾部盖板，吸收体的另一端不接触所述波导管。

所述整体结构的材料为铝合金，具体牌号为LF6，所述整体结构的表面阳极氧化处理。所述集成散热齿的齿牙高度取值范围为15mm～30mm。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

1)本实用新型中既可用于常压测试，也可用于真空测试，因此负载需求量较现有方案缩减一半，测试成本降低；

2)本实用新型将功率吸收模块与散热模块分离，且散热模块有集成散热板和单体散热齿两种形式供选择，因此可根据被测转发器实际技术状态，选择组合后使用，工程灵活性更高。当使用集成散热板作为散热模块时，其在常温常压与热真空环境下测试时，装星状态及射频连接状态完全一致，因此本实用新型的功率吸收设备在整星测试全阶段中仅需在初期安装一次即可，大大降低工程实施复杂度；

3)本实用新型的功率吸收设备集成度更高，在相同功率吸收路数要求下，其体积和重量远低于现有方案，且外形尺寸规则，易于在星表的布局设计和安装实施；

4)本实用新型多只单体负载集成安装于一块散热板上时，其在热真空试验中仅需一条循环水路即可，且对循环水的水压及流速要求更低，这样能大大降低循环水路设计难度与实施难度；当用于常温常压环境测试时，所有负载的散热齿方向一致，易于风道设计。

附图说明

图1为本实用新型中功率吸收模块示意图；

图2为本实用新型功率吸收模块装配示意图；

图3为本实用新型集成散热齿的齿牙截面示意图；

图4为本实用新型集成散热板结构示意图；

图5为本实用新型一实施例中单体负载与集成散热板装配示意图；

图6为本实用新型单体散热齿结构示意图；

图7为本实用新型单体负载与单体散热齿装配示意图；

图8为本实用新型一实施例中单体负载与集成散热板装配示意图；

图9为本实用新型中尾部盖板与负载腔体装配示意图。

具体实施方式

本实用新型一种风水冷一体式功率吸收设备集成度高，能够同时吸收多路射频大功率，还包括多种独立的散热模块，可根据测试需求自由组合使用。散热模块具备风冷与水冷功能，使得功率吸收设备既能在常温常压环境下完成功率吸收，又能在真空环境下完成功率吸收。本实用新型提出风水冷一体式功率吸收设备适用于多波束通信卫星的转发器电测工作。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的描述。

一种风水冷一体式功率吸收设备包括：功率吸收模块和散热模块，功率吸收模块即单体负载，功率吸收模块用于吸收被测转发器单个射频大功率输出口的微波功率。散热模块用于散去功率吸收模块产生的热量，散热模块包括：单体散热齿8和集成散热板9。

功率吸收模块即为单体负载，包括：负载腔体1、尾部盖板2、波导管5、集成散热齿6、吸收体7。负载腔体1的尾部设置有开口，吸收体7通过所述开口放入负载腔体1的内部，待吸收体7放入负载腔体内部后，负载腔体1的尾部通过尾部盖板2压紧固定，如图2和图9所示。负载腔体1与尾部相对的端面作为负载腔体1的头部，负载腔体1的头部设置有用于连接待测转发器转接波导的波导管5，波导管5端面设置有法兰面4，法兰面开有6个螺纹孔，转接波导的法兰面尺寸和波导管5端面的法兰面4的尺寸完全一样，也有6个通孔，两个法兰面对齐拼接，并通过螺钉紧固。所述负载腔体1的外壁设置有集成散热齿6。如图3所示，所述集成散热齿6的齿牙截面为楔形，集成散热齿6的齿牙高度由负载腔体1的头部至尾部依次递减，两相邻齿距依次增加，此种结构是以使负载腔体1发热量较大的头部具有更大的散热面积与更好的热交换性能，同时发热量较小的尾部仅配置较小的散热面积以减小负载体积和重量。集成散热齿6的齿牙开有散热孔，所述散热孔的孔径D和散热孔所在齿牙的高度h满足关系如下：

其中，h_max为集成散热齿6的中最高的齿牙高度，h_min为集成散热齿6的中最低的齿牙高度，p的取值范围为2～4。

本实用新型实施例中齿牙最大高度为25.5mm、齿牙最小高度为15.5mm，齿牙共有20片，其高度按照0.5mm的间隔递减，齿间距为前11个间距为3mm，后8个间距为6mm。

如图1所示，波导管5、集成散热齿6和负载腔体1三者整体加工，以避免分开加工再装配后带来的接触热阻问题，同时做表面阳极氧化处理，以增加表面热辐射性能，进一步提升设备散热能力。尾部盖板2的材料为铝合金，具体牌号为LF6，通过螺钉安装在负载腔体1的尾部。负载腔体1壁上预留有若干M3型通孔与螺纹孔，用与将负载腔体1与散热模块固定。波导管5开有作为波导口的通孔，负载腔体1和所述波导管5均为矩形结构，所述负载腔体1与所述波导管5的表面光滑过渡且波导管5加粗处理，以增大吸收体热量传递至波导法兰的热阻，进一步降低波导法兰处的温度，同时也降低了与其接触的被测转发器波导输出口的温度，保证了被测转发器的安全与性能稳定。吸收体7采用碳化硅吸波材料，用于吸收射频功率。

如图2所示为本实用新型中吸收体7装配示意图。吸收体7从负载腔体1的尾部装入负载腔体1的内部，负载腔体1的内壁与吸收体7之间紧密配合且不填充任何导热介质。吸收体7装入腔体后，安装尾部盖板2，并利用螺钉穿过尾部盖板2通孔拧入负载腔体1的尾部。负载腔体1、尾部盖板2、波导管5、集成散热齿6、吸收体7整体作为单体负载。单体负载中的负载腔体1、波导管5和集成散热齿6加工为一个整体，可在保证负载腔体1与吸收体的接触面积的前提下，进一步减小接触热阻，提升设备整体散热能力。且尾部盖板2采用内嵌腔体的形式，可以防止单体负载底面涂抹导热介质时出现爬油现象。吸收体7放置在负载腔体1内部靠后的位置，即远离负载腔体1的的头部，实施例中吸收体7的头部距离波导管5端面距离大于15mm，吸收体7在腔体内部靠后4/5的位置，吸收体7尾部紧贴尾部盖板2，以使热源后移，同时使得负载腔体1前壁更厚，增大腔体与法兰面之间的热阻，降低法兰处的温度，从而减小与待测转发器之间的热传导。

散热模块包括：集成散热板9和单体散热齿8。如图4所示，集成散热板9是采用一块实心板件，然后采用一种工艺把内部掏出冷水循环管路，所述集成散热板9的一侧或两侧端面上固定有多个单体负载如图5和图8所示。单体负载的波导管5端面突出集成散热板9的端面，单体负载的集成散热齿6位于单体负载远离集成散热板9的一侧端面上。集成散热板9的材料为铝合金，具体牌号为LF6，所述集成散热板9做硬质氧化处理。集成散热板9上设置有入水口和出水口，所述入水口和出水口设置在集成散热板9的同一端面上，以方便本设备整体与循环水路设备的连接安装。本实用新型实施例中，一块集成散热板9的两侧分别安装固定5只单体负载；集成散热板9可以根据待测卫星结构的不同，专门设计安装孔，以通过安装支架安装于星体表面。

集成散热板9的水管接头垂直于散热板安装，以使包络尺寸最小，且两个水管接头互易，即均可作为入水口或出水口。水管接头选用与现有真空容器循环水路匹配的标准不锈钢接头。集成散热板9内部含有水道作为冷水循环管路，水道采用深孔钻加工工艺，且串联处利用氩弧焊接工艺，保证集成散热板9漏率优于1.0X10^-9Pa*m³/s，耐受水压优于0.8MPa。集成散热板9的水道走向为沿着水冷板长边的S型，且水道根据设备热性能仿真结果进行设计，均分布在单体负载发热点的下方。

如图6所示，单体散热齿8为并排安装有多个齿牙的平板结构，单体散热齿8的齿牙的高度依次递减、且两相邻齿距依次增加；所述单体散热齿8安装在单体负载的底面，所述单体散热齿8的安装面与所述集成散热齿6的设置面相对；单体散热齿8的材料与所述单体负载的材料相同，所述单体散热齿8的表面阳极氧化处理。单体散热齿8与负载腔体1之间的安装面为一个整面，以增加单体负载与散热装置之间的热交换面积。安装面采用涂胶和螺钉紧固的方式固定连接，可在真空下使用的硅橡胶GD414作为导热材料进行填充，从而减小接触热阻。安装面的整面设计保证了硅橡胶GD414不会通过缝隙渗入负载腔体1内部，从而影响吸波性能。安装面要求加工平面度达到0.05mm/100x100mm²，胶层厚度不超过0.2mm。如图7所示，实施例中，单体负载通过负载安装面3固定在单体散热齿8上，负载安装面3设计有4个M3型螺纹孔，用以与集成散热板9或单体散热齿8之间的安装紧固，提高锁紧力度以增加热传导面积，改善设备整体散热性能。单体散热齿8的安装面与负载安装面3尺寸完全相同，且预留有4个M3型通孔，其位置分别与负载安装面3上的4个螺纹孔位置相对应，用以与负载安装面3之间的安装紧固。安装固定时，首先在负载安装面3上涂抹硅橡胶GD414，其涂抹工艺需要严格控制，要求涂抹均匀，不能有气泡，且厚度不超过0.2mm；之后将单体散热齿8的安装面与负载安装面3对齐，接触压紧；最后利用带垫圈的4个螺钉分别从单体散热齿8顶面插入，穿过单体散热齿8的4个通孔，拧入负载安装面3上相应位置的螺纹孔中，将二者紧固安装。设备集成完毕后，硅橡胶GD414需要在常温下固化30～60min。

单体散热齿8的齿牙截面为楔形，所述齿牙开有散热孔，所述散热孔的孔径和齿牙的高度之间的尺寸关系与集成散热齿6的散热孔和齿牙的高度之间的尺寸关系相同。

多只单体负载通过负载安装面3固定在所述集成散热板9上。集成散热板9的单面安装不超过5只单体负载，总共不超过10只单体负载。集成散热板9的的安装面上设置有与负载安装面3上的4个螺纹孔位置对应的通孔，用以与负载安装面3之间的安装紧固。安装固定时，首先在负载安装面3上涂抹硅橡胶GD414，其涂抹工艺需要严格控制，要求涂抹均匀，不能有气泡，且厚度不超过0.2mm；之后将负载安装面3与集成散热板9的安装面接触压紧；最后利用带垫圈的4个螺钉分别从集成散热板9的通孔拧入负载安装面3上相应位置的螺纹孔中，将二者紧固安装。设备集成完毕后，硅橡胶GD414需要在常温下固化30～60min。

单体负载和单体散热齿8联合使用，可用于常温常压下；另一种使用方式是单体负载和集成散热板9联合使用，可以用于真空环境中或常温常压环境。下文分别描述本实用新型中设备在选用不同散热模块时的实际工作状态。

1、散热模块选用单体散热齿8

当待测转发器的大功率射频输出口较少，即对负载的需求量较小时，可使用单体散热齿8作为散热装置。将单只负载腔体1按上述要求安装于一块单体散热齿8上，组成一套功率吸收设备。此组合状态下的设备仅具有风冷散热能力，因此仅可用于常温常压环境下的转发器测试。转发器测试时的连接状态具体为：转发器输出段波导连接测试耦合器的入口，测试耦合器的出口连接转接波导，转接波导的另一端连接单体负载的波导管5。测试耦合器的耦合口通过测试电缆与地面测试设备相连，以完成转发器射频性能测试。每套功率吸收设备均安装固定在卫星表面，设备的星表布局设计需考虑转接波导走向。此组合状态下的单套功率吸收设备仅能完成对转发器一个射频出口的功率吸收，若待测转发器有N个大功率射频输出口(即N个输出测试耦合器)，则需要配置N套设备。

2、散热模块选用集成散热板9

当待测转发器的大功率射频输出口较多，即对负载的需求量较大时，可使用集成散热板9作为散热装置。将10只单体负载按上述要求安装于一块集成散热板9上，组成一套功率吸收设备。此组合状态下的设备兼具风冷散热和水冷散热能力，因此既可用于常温常压环境下的转发器测试，又可用于热真空环境下的转发器测试。常温常压环境下的转发器测试过程中，每套功率吸收设备均安装固定在卫星表面，且星上每个输出测试耦合器的直通出口都通过转接波导与对应的功率吸收设备中的一只负载腔体1相连，耦合口通过测试电缆与地面测试设备相连，以完成转发器射频性能测试。热真空环境下的转发器测试过程中，功率吸收设备的装星状态与射频连接状态与常温常压下完全一致，因此整星测试全阶段仅需在初期安装一次该设备即可，仅需用循环水路连接集成散热板9上的水管接头即可。设备的星表布局设计需考虑转接波导走向、循环水路走向以及散热齿朝向，建议所有设备的散热齿朝向一致，即集成散热板9并排摆放。此组合状态下的单套功率吸收设备能完成对转发器多个射频出口的功率吸收，若待测转发器有N个大功率射频输出口，即N个输出测试耦合器，且设备集成散热板9上装有10只负载腔体1，则需要配置

套设备，即N/10的值向上取整。

单体负载的工作频率和功率容量可根据被测转发器实际情况进行定制。一般情况下，基于多波束转发器的星上工作原理，其单个射频输出口的输出功率将不会超过星上单路功率放大器的最大输出功率，星上单路功率放大器的最大输出功率一般为200W，在考虑实际中降额使用，因此单体负载的功率容量通常为300W即可。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种风水冷一体式功率吸收设备，其特征在于，包括：负载腔体(1)、尾部盖板(2)、波导管(5)、集成散热齿(6)、吸收体(7)；

所述负载腔体(1)的尾部设置有开口，吸收体(7)通过所述开口放入负载腔体(1)的内部，所述负载腔体(1)的尾部通过尾部盖板(2)固定；

所述负载腔体(1)与尾部相对的端面作为负载腔体(1)的头部，所述头部设置有用于连接待测转发器转接波导的波导管(5)，所述负载腔体(1)的外壁设置有集成散热齿(6)，所述集成散热齿(6)的齿牙截面为楔形，集成散热齿(6)的齿牙高度由负载腔体(1)的头部至尾部依次递减，且两相邻齿距依次增加，集成散热齿(6)的齿牙开有散热孔，所述散热孔的孔径D和齿牙的高度h满足关系如下：

其中，h_max为集成散热齿(6)的中最高的齿牙高度，h_min为集成散热齿(6)的中最低的齿牙高度，p的取值范围为2～4；

所述波导管(5)、集成散热齿(6)、负载腔体(1)加工为一个整体结构；

负载腔体(1)的内壁与吸收体(7)之间紧密配合且不填充任何导热介质。

2.根据权利要求1所述的一种风水冷一体式功率吸收设备，其特征在于，所述负载腔体(1)和所述波导管(5)均为矩形结构，所述负载腔体(1)与所述波导管(5)的表面光滑过渡；所述波导管(5)开有波导口。

3.根据权利要求2所述的一种风水冷一体式功率吸收设备，其特征在于，还包括：集成散热板(9)；

所述集成散热板(9)内部设置有冷水循环管路的板件，所述集成散热板(9)的一侧或两侧端面上固定有多个负载腔体(1)；波导管(5)突出集成散热板(9)的端面，所述集成散热齿(6)位于负载腔体(1)远离集成散热板(9)的一侧上。

4.根据权利要求3所述的一种风水冷一体式功率吸收设备，其特征在于，所述集成散热板(9)的材料为铝合金，具体牌号为LF6，所述集成散热板(9)做硬质氧化处理；

集成散热板(9)上设置有入水口和出水口，所述入水口和出水口设置在集成散热板(9)的同一端面上；所述集成散热板(9)内的冷水循环管路走向为S型。

5.根据权利要求2所述的一种风水冷一体式功率吸收设备，其特征在于，还包括单体散热齿(8)；

所述单体散热齿(8)为并排安装有多个齿牙的平板结构，所述齿牙的高度依次递减、且两相邻齿距依次增加；所述单体散热齿(8)安装在负载腔体(1)的外侧；单体散热齿(8)的齿牙截面为楔形，齿牙的高度由负载腔体(1)的头部至尾部依次递减。

6.根据权利要求5所述的一种风水冷一体式功率吸收设备，其特征在于，所述单体散热齿(8)的材料与所述整体结构的材料相同，所述单体散热齿(8)的表面阳极氧化处理。

7.根据权利要求6所述的一种风水冷一体式功率吸收设备，其特征在于，所述单体散热齿(8)与负载腔体(1)之间的采用涂胶和螺钉紧固的方式固定连接，胶层厚度不超过0.2mm，硅橡胶的牌号具体为GD414。

8.根据权利要求4或7之一所述的一种风水冷一体式功率吸收设备，其特征在于，所述吸收体(7)的一端紧贴尾部盖板(2)，吸收体(7)的另一端不接触所述波导管(5)。

9.根据权利要求8所述的一种风水冷一体式功率吸收设备，其特征在于，所述整体结构的材料为铝合金，具体牌号为LF6，所述整体结构的表面阳极氧化处理。

10.根据权利要求9所述的一种风水冷一体式功率吸收设备，其特征在于，所述集成散热齿(6)的齿牙高度取值范围为15mm～30mm。

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