CN213601997U - 一种循环液冷相控阵天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种循环液冷相控阵天线，属于相控阵天线技术领域，解决了现有技术相控阵天线的天线阵面的热流密度很大，导致天线阵面温度升高影响天线性能的问题。本实用新型的相控阵天线，其特征在于，包括：天线盘、TR组件、射频同轴连接器和液冷系统；液冷系统包括依次连接的液冷源、进液管路、液冷板和回液管路；液冷源用于提供冷却换热所需的冷却液；进液管路用于向液冷板中注入冷却液；回液管路用于回收液冷板中换热后的冷却液；天线盘和TR组件分别安装在液冷板的上表面和下表面，并通过射频同轴连接器连接；液冷板中的冷却液能够对相控阵天线进行冷却散热，实现了对相控阵天线的循环散热。

Description

一种循环液冷相控阵天线

技术领域

本实用新型涉及相控阵天线技术领域，尤其涉及一种循环液冷相控阵天线。

背景技术

有源相控阵天线在民用上的应用越来越广泛，一个天线阵面上分布着成百上千个T/R组件。飞行器环境下，它们排列紧凑，散热空间小，系统集成耦合度高，这使得天线阵面的热流密度很大，若这些热量不能及时从天线阵面带走，会导致天线阵面温度升高，引起T/R组件性能下降甚至失效，从而影响天线电性能，导致雷达性能恶化。因而有源相控阵天线的热设计直接关系到天线的电性能指标，并最终影响有源相控阵雷达的探测、跟踪等性能。

液冷板技术即利用液冷装置腔体内的液体与腔体间进行强制对流换热，用持续不断的供液耗散热源的发热，从而对发热器件进行散热。液体冷却工质的传热系数是空气传热系数的20倍以上，因此强迫液冷通常用于大热流密度的情况下。强迫液冷的优点是散热性能较为均匀，散热效率高。

飞行器雷达空间异形且狭小、相控阵天线阵元间距必须符合半波长设计等约束，而共口径双频双极化天线在空间体积严重受限的情况下要求收发通道数翻2～4倍，引起空间排布设计、高集成度密集连接、大功率热耗问题等难度急剧上升。需要在直径230mm的天线内排布近千个射频连接器，且相控阵天线总发热功率可以达到3000W以上，相控阵天线的结构设计需同时满足结构强度、刚度、散热、连接可靠度、维修性等要求。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种循环液冷相控阵天线，用以解决现有相控阵天线的天线阵面的热流密度很大，若这些热量不能及时从天线阵面带走，会导致天线阵面温度升高，引起T/R组件性能下降甚至失效，从而影响天线电性能的问题。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种循环液冷相控阵天线，其特征在于，包括：天线盘、TR组件、射频同轴连接器和液冷系统；液冷系统包括依次连接的液冷源、进液管路、液冷板和回液管路；液冷源用于提供冷却换热所需的冷却液；进液管路用于向液冷板中注入冷却液；回液管路用于回收液冷板中换热后的冷却液；天线盘和TR组件分别安装在液冷板的上表面和下表面，并通过射频同轴连接器连接；液冷板中的冷却液能够对相控阵天线进行冷却散热。

进一步地，液冷系统还包括：控制器；控制器用于控制液冷系统的工作状态。

进一步地，进液管路上安装进液监测器，回液管路上安装回液监测器；进液监测器用于监测进液管路中液体的压力、温度和流量；回液监测器用于监测回液管路中液体的压力、温度和流量；

进一步地，相控阵天线上安装温度传感器，用于监测天线的温度。

进一步地，进液管路包括：第一液冷管，回液管路包括：第二液冷管；第一液冷管与液冷板的进液口连通；第二液冷管与液冷板的出液口连通。

进一步地，天线盘上设有多个阵列分布的天线辐射单元；天线辐射单元上设有第二射频通道；TR组件上设有第三射频通道；射频同轴连接器的两端通过第二射频通道和第三射频通道与天线辐射单元和TR组件实现信号连接。

进一步地，天线盘与液冷板的金属基体固定连接；TR组件上设有支耳，并通过支耳与液冷板的金属基体固定连接。

进一步地，TR组件设有多个，且多个TR组件并列排布。

进一步地，TR组件的外部套设支撑结构；支撑结构为罩体结构，支撑结构罩在多个TR组件的外部。

进一步地，支撑结构与TR组件之间通过螺钉连接；且支撑结构与液冷板的金属基体固定连接。

本实用新型技术方案至少能够实现以下效果之一：

1.本实用新型的相控阵天线的液冷系统，传热路径短、传递热阻小，散热效率高，结构集成度高，液冷循环系统连接可靠，且对振动、冲击等环境有较好的适应性。对相控阵天线温度、液冷管路状态实时监控。并依据温度和运行状态，调整冷却液流量和温控方式。

2.本实用新型提供的一种液冷相控阵天线的液冷板，与液冷循环系统连接可靠、结构紧凑，散热效果显著。结构主体采用铝合金为支撑，结构强度高，液冷板换热面积大，与热源之间传热路径短，对振动、冲击等环境有较好的适应性，使天线的散热、连接可靠度、维修性等满足要求。

3.本实用新型的一种液冷相控阵天线的液冷板，在分水腔和汇水腔内加工有贯穿腔体、且无序排布的扰流器。扰流器能够使冷却液在腔体内无序流动，能够促使冷却液均匀分流至各个并行流道，同时促使流体进入湍流流动状态，进一步提高冷却液和金属腔体之间的换热效率。

4.本实用新型的一种液冷相控阵天线的液冷板，设有上下两层并行流道，通过两层并行流道中的冷却液增加冷却液与金属基板的换热面积，提高换热效率。

5.本实用新型的由进液接头和出液接头组成的相控阵天线的进出液接头，整体结构紧凑，与液冷系统间连接可靠性高，水密性好，操作简单省力。同时，进出液接头与液冷循环系统连接可靠，能够适用于振动、冲击等环境有较好的适应性。

6.本实用新型的液冷装置的进出液接头拔插安装操作简单，在进液接头和出液接头的插接、接通和拔出过程中，进液阀块与出液通道贴合，出液阀块与圆推台贴合，且出液接头金属基的外表面始终与弹性外阻挡圈挤压接触。本实用新型的进出液接头，不会发生漏液，能够保证冷却液只会在金属基体的出液通道和进液通道之间流过，而不会从出液接头和进液接头渗出。

本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本实用新型的液冷相控阵天线分解图；

图2为相控阵天线的液冷系统；

图3为本实用新型的液冷相控阵天线仰视图；

图4为本实用新型的液冷相控阵天线俯视图；

图5为液冷系统的剖视图；

图6为液冷板视图一；

图7为液冷板视图二；

图8为液冷板和转接头；

图9为液冷板的横向剖视图；

图10为液冷板的纵向剖视图；

图11为TR组件视图一；

图12为TR组件视图二；

图13为TR组件和支撑结构；

图14为支撑结构组装图；

图15为支撑结构分解图；

图16为转接头；

图17为转接头半剖结构；

图18为出液接头结构图；

图19为进液接头结构图；

图20为活动套筒立体图；

图21为活动套筒主视图；

图22为进出液接头使用状态图；

图23为相控阵天线冷却系统的原理图。

附图标记：

1-液冷板；2-天线盘；3-TR组件；4-射频同轴连接器；5-密封圈；6-转接头；7-支撑结构；8-进出液接头；9-第一液冷管；10-第二液冷管；

101-进液口；102-出液口；103-第一射频通道；104-分水腔；105-扰流器；106-并行通道；107-汇水腔；108-第一固定螺钉；106-1-下层并行通道；106-2-上层并行通道；

301-螺纹孔；302-支耳；303-第一安装孔；304-第二安装孔；305-横梁；306-第三射频通道；307-第二固定螺钉；

61-第三固定螺钉；

71-第一半罩；72-第二半罩；701-第三安装孔；702-第四安装孔；

801-进液接头金属基体；802-进液通道；803-进液阀块；804-第一弹性件；805-第一弹性内阻挡圈；806-弹性外阻挡圈；807-助推销；808-圆推台；809-固定端盖；810-第一推止台；811-活动套筒；812-出液阀块；813-第二弹性内阻挡圈；814-出液通道；815-出液接头金属基体；816-第二弹性件；817-锥螺纹段；818-弧形槽口；819-直线槽口；820-第一限位点；821-第二限位点。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本实用新型一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例1

本实用新型的一个具体实施例，如图1-23所示，公开了一种循环液冷相控阵天线，包括：液冷板1、天线盘2、TR组件3、射频同轴连接器4、转接头6、进出液接头8、第一液冷管9和第二液冷管10；其中，天线盘2上阵列设置多个天线辐射单元；TR组件3的一端接天线，另一端接中频处理单元，从而构成一个无线收发系统。天线盘2和TR组件分别固定设置在液冷板1的上下两侧，并通过射频同轴连接器4进行信号连接。液冷板1两端安装转接头6，转接头6通过进出液接头8与液冷管连接，将液冷板1接入液冷系统，使液冷板1内部流通冷却液，对相控阵天线进行冷却。

液冷系统，包括：液冷板1、进液管路、回液管路、进液监测器、回液监测器、液冷源和智能微控制器。

其中，液冷系统的工作区在液冷板1和液冷源，液冷源处的冷却液通过进液管路通入液冷板1，冷却液在液冷板1处冷却液吸热带走相控阵天线工作发出的热量，冷却液升温；升温后的冷却液经回液管路流回液冷源；冷却液在液冷源处流经冷凝器放热后，冷却液降温，降温后的冷却液回液至循环管路中，进入下一次冷却循环。

进液管路包括：第一液冷管9、第一进出液接头、第一转接头；回液管路包括：第二液冷管9、第二进出液接头、第二转接头。

液冷板1的两端连接转接头6，转接头6包括第一转接头和第二转接头；第一转接头通过第一进出液接头与第一液冷管9连接，第二转接头通过第二进出液接头与第二液冷管9连接，将液冷板1接入液冷系统。

液冷板1的主体为具有内部空腔的金属基板，液冷板的内部空腔用于流通冷却液。内部空腔结构包括：分水腔104、并行流道106和汇水腔107；其中，并行流道106为多个并列排布的线形流道。分水腔104和汇水腔107设置在并行流道106的两侧，且分水腔104和汇水腔107通过并行流道107连通。

进一步地，液冷板1的两端设有进液口101和出液口102，进液口101和出液口102与内部空腔连通，用于实现冷却液的流入和流出。具体地，分水腔104一端与进液口101连通，另一端与并行流道106连通；汇水腔107一端与并行流道106连通，另一端与出液口102连通。

进一步地，液冷板1的金属基体上设有多个阵列分布的第一射频通道103，具体地，第一射频通道103设置在相邻的并行流道106之间的金属基体上，且第一射频通道103贯穿金属基体。

第一射频通道103中安装射频同轴连接器4，射频同轴连接器4的两端连接天线盘2和TR组件。其中，TR组件3和天线盘2共同固定连接在液冷板1上，天线盘2贴附在液冷板1的正面，TR组件3贴附在液冷板1的背面，射频同轴连接器4贯穿液冷板1将TR组件3和天线盘2相连，建立起完整信号传输通道。

具体地，液冷板1上设有阵列分布的多个第一射频通道103，射频同轴连接器4安装在第一射频通道103中，或者说，射频同轴连接器4穿过第一射频通道103连接液冷板1两侧的天线辐射单元和TR组件3。

本实用新型的一种具体实施方式中，液冷板1成圆盘状。液冷板1的作用是给贴附在其表面的TR组件3散热，通过通入循环的冷却液(水或其他液体)带走TR组件3工作时散发的热量。

本实用新型的一种具体实施方式中，如图9所示，液冷板1内部自左至右分别设有分水腔104、并行流道106和汇水腔107。分水腔104将输入液冷板1的冷却液疏导至各并行流道106中，汇水腔107将各并行流道106流出的冷却液汇流至出液口102，进而流出液冷板1。

如图9所示，在液冷板1上并列分布的并行流道106构成液冷板1的换热工作区，其完全覆盖与液冷板1与TR组件3的接触区域。液冷板1的工作区开有使射频同轴连接器4穿过的第一射频通道103。

进一步地，第一射频通道103在液冷板1上阵列分布，每间隔两排第一射频通道103间有一组并行流道106，并行流道106的纵截面呈矩形。

进一步地，第一射频通道103的横截面的矩形尺寸通过流体力学仿真确定，矩形长宽比为3:1，此时换热效率最高。

进一步地，连接分水腔104和汇水腔107的并行流道106分为两层流道：下层并行流道106-1和上层并行流道106-2。下层并行流道106-1和上层并行流道106-2两层流道之间的距离为2mm，最大化的增加了单位体积内换热工作区内液体和金属基板的换热面积。

本实用新型的一种具体实施方式中，如图5所示，分水腔104和汇水腔107内加工有贯穿腔体、且无序排布的扰流器105。扰流器105为连通腔体上表面和下表面的柱状结构，扰流器105的直径为3mm。扰流器105能够使冷却液在腔体内无序流动，能够促使冷却液均匀分流至各个并行流道106，同时促使流体进入湍流流动状态，进一步提高冷却液和金属腔体之间的换热效率。

本实用新型的一种具体实施方式中，液冷板1的整体外观如图6所示，液冷板1在并行流道106位置的横向剖视图如图9所示，液冷板1在并行流道106处的纵向剖视图如图10所示。

由于，液冷板1的内部腔体的结构复杂，液冷板1采用多层结构拼合而成，各层之间通过焊接或粘接固定。

进一步地，如图8所示，转接头6与液冷板1之间设置密封圈5保证水密性。

进一步地，如图16所示，转接头6通过端盖上面的安装支耳和液冷板1固定连接，具体地，转接头6上设有螺纹孔，与液冷板1通过螺钉连接。

本实用新型的一种具体实施方式中，如图17所示，转接头6内管道呈L形，使进液口101可以延垂直于液冷板1的方向延伸，可以使液冷板1垂直于第一液冷管9、第二液冷管10接入液冷系统，方便安装与固定。转接头6另一端安装进出液接头8，通过进出液接头8与液冷管路的对接。

进一步的，液冷板1的材质为焊接性能好、导热率高的防锈铝。所述液冷板1通过沿圆周方向均布的通孔108与相控阵雷达固定。

通过液冷板1对相控阵天线进行散热时：

如图5、图9所示，冷却液经转接头6从进液口101流入液冷板1中，先后流经分水腔104、并行流道106和汇水腔107，经出液口102流出液冷板1，并通过转接头6流回冷却系统。

本实用新型的液冷板1包括金属基板、进液口101、出液口102、分水腔104、汇水腔107、并行流道106、扰流器105和第一射频通道103；液冷板1为通过转接头6接入散热系统的散热装置，整体结构紧凑，各功能区分布合理，焊接实现性好，能保证冷却液在液冷结构内充分热交换，同时对振动、冲击等环境有较好的适应性。

相控阵天线的液冷板1是主要的液冷散热装置，如图1-5所示。液冷板1的两侧的进水口、出水口处均安装有转接头6，转接头6与液冷板1连通。转接头6通过法兰与液冷板1在径向固定，且两侧的转接头6通过进出液接头8分别与第一液冷管9和第二液冷管10连接，将液冷板1接入液冷系统内。

具体地，射频同轴连接器4穿过液冷板1，且射频同轴连接器4的两端分别与天线盘2上的天线辐射单元和TR组件3的射频通道进行连接。

进一步地，液冷板1上安装多组TR组件3，多组TR组件3的外部套设支撑结构7，支撑结构7与TR组件通过螺钉连接，并且固定安装在液冷板1上，用于支撑TR组件3。

进一步地，TR组件3一端接天线，另一端接中频处理单元就构成一个无线收发系统。

进一步地，TR组件3为板状结构，多个TR组件3并列安装在液冷板1的下方。

具体地，TR组件3上设有组件安装孔301，组件安装孔301设置在TR组件3上部横梁305两侧的支耳302上；组件安装孔301中安装第二固定螺钉307与液冷板1的金属基体固定。

进一步地，横梁305上设有第三射频通道306，TR组件3通过第三射频通道306与射频同轴连接器4的下端连接。

进一步地，TR组件3的侧面设有第一安装孔303和第二安装孔304；第一安装孔303和第二安装孔304中安装螺钉使TR组件3与支撑结构7固定连接。

进一步地，支撑结构7为罩体结构，能够将TR组件3罩住；支撑结构7包括：第一半罩71和第二半罩72；具体地，第一半罩71和第二半罩72上均设有第三安装孔701和第四安装孔702。支撑结构7上的第三安装孔701和第四安装孔702与TR组件3上的第一安装孔303和第二安装孔304一一对应，且通过螺钉连接。

进一步地，液冷板1的两端均连接转接头6，转接头6与液冷板1的内腔连通，且转接头6与液冷板1之间设置密封圈5。

进一步地，转接头6通过进出液接头8连接液冷管，液冷板1通过转接头6和进出液接头8接入液冷系统。具体地，进出液接头包括：进液接头和出液接头。使用时，进液接头与转接头6固定连接，出液接头与液冷管固定连接，通过进液接头和出液接头的插接固定，进液接头和出液接头内部连通，实现转接头6与液冷管的连通，进而实现将液冷板1接入液冷系统。

进一步地，转接头6有两个，分别为第一转接头和第二转接头；进出液接头8有两个，分别为第一进出液接头和第二进出液接头；液冷管包括：第一液冷管9和第二液冷管10。第一转接头和第二转接头分别连接在液冷板1的两端，具体地，转接头6与液冷板1通过第三固定螺钉61连接固定。第一转接头通过第一进出液接头与第一液冷管9连通，第二转接头通过第二进出液接头与第二液冷管10连通。

如图23所示，本实用新型的液冷板1接入液冷系统后，通过控制器控制液冷系统是否启动冷却液的循环流动和流动速度；液冷源的冷却液通过进液管路流入液冷板1对相控阵天线阵列进行液冷散热，换热后的冷却液通过出液管路流回液冷源。

具体地，第一液冷管9作为进液管路，第二液冷管10作为出液管路；通过第一液冷管9对液冷板1注入冷却液，冷却液通过进出液接头8和转接头6与液冷板1连通，冷却液从进液口101流入分水腔104进而通过扰流器105的扰流作用下分散至各个并行流道106，冷却液流经并行流道106时，能够对安装在液冷板1上的相控阵天线进行冷却换热，换热后的冷却液通过汇水腔107汇聚后从出液口102流出，并通过转接头6、进出液接头8流入第二液冷管10，流回液冷系统。

本实用新型的一种具体实施方式中，具体地，相控阵天线处设有温度传感器；进液管路上设有进液监测器，监测流入液冷板内冷却液的温度、流量和压力。回液管路上设有回液检测器，监测流出液冷板冷却液的温度和压力。

相控阵天线工作时，会伴随有大量的热量产生。若这些热量不能被带走，天线内敏感器件将不能工作。因此，本实用新型的相控阵天线的液冷系统设有温度检测器(未标出)，监测相控阵天线的温度。

进一步地，相控阵天线工作时，进液监测器、回液监测器和相控阵内温度传感器能够实时监测进液管路、回液管路和相控阵天线的温度。

本实用新型的一种具体实施方式中，液冷源内部包括：变频循环泵、电子膨胀阀，所述变频循环泵提供冷却液循环的动力，所述电子膨胀阀能够根据智能微控制器的指令调节进液管路的进液流量。

进一步地，智能微控制器能够控制液冷源处的变频循环泵和电子膨胀阀的启停和电子膨胀阀的开度，并通过电子膨胀阀的开度调节进液管路的流量。

在相控阵天线开机工作前10min，智能微控制器控制液冷源开机工作，对液冷板1上安装的相控阵天线进行循环换热，并控制进液管路的流量和温度为初始设定值。

进一步的，智能微控制器会比较进液监测器与回液监测器传递的进液管路和出液管路中冷却液的温度和压力值，判断液冷板1是否可靠工作，进而判断液冷板1对相控阵天线的冷却效果。

本实用新型的一种具体实施方式中，设定相控阵天线正常工作的上限温度和下限温度；同时，设定回液管路正常工作的上限压力。

进一步地，当回液管路的压力值出现异常时，智能微控制器控制相控阵天线降功率工作，相控阵天线依靠液冷板自身固体热沉工作。

进一步地，当相控阵天线内温度传感器监测到相控阵天线的温度值超过预定上限温度时，智能微控制器控制液冷源增加进液管路的冷却液流量，直到温度传感器监测到的相控阵天线的温度值低于预定上限温度。

进一步地，当相控阵天线内温度传感器监测值低于预定下限温度时，智能微控制器控制液冷源减少进液管路的冷却液流量，直到温度传感器监测到相控阵天线的温度值高于预定的下限温度。

本实用新型的液冷系统的具体结构及工作原理为：

本实用新型的一种具体实施方式中，进液管路包括：第一液冷管9、进出液接头8和转接头6；回液管路包括：第二液冷管10、进出液接头8和转接头6。

进一步地，相控阵天线安装在液冷板1上，液冷板1中能够流通冷却液对相控阵天线进行散热；具体地，液冷板1的两端安装转接头6，且液冷板1的内部空腔与转接头6的内部流道连通；转接头6和进出液接头8均设有两组，液冷板1的两端通过转接头6和进出液接头8分别与第一液冷管9和第二液冷管10连通；如图2所示。第一液冷管9用于向液冷板1中注入冷却液，第二液冷管10用于回收冷却液。

本实用新型的一种具体实施方式中，液冷板1的两端均连接转接头6，转接头6与液冷板1的内腔连通，且转接头6与液冷板1之间设置密封圈5。

本实用新型的一种具体实施方式中，转接头6通过进出液接头8连接液冷管，液冷板1通过转接头6和进出液接头8接入液冷系统。具体地，进出液接头包括：进液接头和出液接头。使用时，进液接头与转接头6固定连接，出液接头与液冷管固定连接，通过进液接头和出液接头的插接固定，进液接头和出液接头内部连通，实现转接头6与液冷管的连通，进而实现将液冷板1接入液冷系统。

进一步地，转接头6与液冷板1通过第三固定螺钉61连接固定。

转接头6有两个，分别为第一转接头和第二转接头；进出液接头8有两个，分别为第一进出液接头和第二进出液接头；液冷管包括：第一液冷管9和第二液冷管10。第一转接头和第二转接头分别连接在液冷板的两端，第一转接头通过第一进出液接头与第一液冷管9连通，第二转接头通过第二进出液接头与第二液冷管10连通。

本实用新型的一种具体实施方式中，如图17所示，转接头6内管道呈L形。L形流道的转接头6能够使进液口101可以延垂直于液冷板1的方向延伸，可以使液冷板1垂直于第一液冷管9、第二液冷管10接入液冷系统，方便安装于固定。转接头6另一端安装进出液接头8，通过进出液接头8与液冷管路的对接。

下面介绍进出液接头8的结构：

本实用新型的进出液接头8，如图18、图19、图22所示，包括：进液接头和出液接头。

出液接头和进液接头沿轴线对接，使二者内部实现连通，用于流通冷却液；本实用新型通过进出液接头能够将相控阵天线的液冷板1接入相控阵天线液冷循环系统中。

其中：

进液接头包括：进液接头金属基体801、进液阀块803、第一弹性件804和圆推台808，第一弹性件804、圆推台808和进液阀块803均设置进液接头金属基体801的内腔中；圆推台808与进液接头金属基体801固定连接；进液阀块803套设在圆推台808上，用于密封进液通道802；进液阀块803与进液接头金属基体801之间设有第一弹性件804。

出液接头包括：出液接头金属基体815、出液阀块812和第二弹性件816；出液接头金属基体815的内部空腔中设置出液阀块812和第二弹性件816；出液阀块812用于密封出液接头金属基体815的出液通道，且出液阀块812与出液接头金属基体815之间设置第二弹性件816。

如图22所示，进液接头与出液接头对接后，能够实现进出液接头的连通。连通时，出液接头能够插入进液接头的内腔中，进液接头与出液接头部分重叠，此时，圆推台808推动出液阀块812向内(远离出液通道方向)移动，并压缩第二弹性件816；出液接头金属基体815推动进液阀块803向内(远离进液通道方向)移动，并压缩第一弹性件804，冷却液从出液通道流出，出液接头与进液接头连通。

如图19所示，进液接头的具体结构为：

进一步地，圆推台808为柱状，且圆推台808与进液接头金属基体801同轴；并且，圆推台808与进液接头金属基体801固定连接或为一体结构。具体地，圆推台808的端面与进液接头金属基体801的端面齐平。

进一步地，进液阀块803为圆环形结构，其内径与圆推台808的外表面间隙配合，与出液接头金属基体801的内表面间隙配合。

具体地，环形的进液阀块803套设在圆推台808的外侧，且进液阀块803能够密封进液接头金属基体801的进液通道802；即进液阀块803的内侧与圆推台808的外表面配合，进液阀块803的外侧与进液接头金属基体801的内壁面配合。

进一步地，第一弹性件804和进液阀块803并列套设在圆推台808的外侧，且第一弹性件804与进液阀块803沿圆推台808的轴线并列设置；第一弹性件804设置在进液阀块803与进液接头金属基座801的内腔端面之间，即第一弹性件804设置在进液阀块803的侧面与进液接头金属基体801的内腔端面之间。

进一步地，为了保证进液阀块803对进液通道802的密封效果，设置第一弹性内阻挡圈805和弹性外阻挡圈806对进液通道802进行密封；具体地，进液阀块803与圆推台808之间设有第一弹性内阻挡圈805，第一弹性内阻挡圈805用于密封进液阀块803与圆推台808之间的间隙；进液阀块803与进液接头金属基体801的内壁面之间设有弹性外阻挡圈806，弹性外阻挡圈806用于密封进液阀块803与进液接头金属基体801之间的间隙。

进一步地，第一弹性内阻挡圈805和弹性外阻挡圈806分别固定安装在圆推台808和进液接头金属基体801上。

具体地，第一弹性内阻挡圈805通过粘接或卡接的方式固定安装在圆推台808的圆柱侧面上，弹性外阻挡圈806通过粘接或卡接的方式固定安装在进液接头金属基体801的内壁面上。第一弹性内阻挡圈805凸出圆推台808的外表面，弹性外阻挡圈806凸出出液接头金属基体801的内壁面，进液阀块803与第一弹性内阻挡圈805、弹性外阻挡圈806间过盈配合，维持进液通道的密闭性。

进一步地，进液接头的外侧面上设置助推销807，助推销用于与活动套筒811进行配合；进液接头的一端设置进液通道802，另一端设置固定端盖809，固定端盖809用于与转接头6连接。

如图18所示，出液接头的具体结构为：

出液接头包括：出液接头金属基体815、出液阀块812和第二弹性件816；出液阀块812用于密封出液接头金属基体815的出液通道814，出液阀块812和出液接头金属基体815的左侧端面之间设置第二弹性件816，按压出液阀块812使其向左侧滑移，能够开启出液接头，使出液接头内部的冷却液从出液通道814流出。

进一步地，出液阀块812和出液接头金属基体815的内壁面之间设置第二弹性内阻挡圈813。

具体地，第二弹性内阻挡圈813通过粘接或卡合连接的方式固定在出液阀块812上，能够跟随出液阀块812移动。第二弹性内阻挡圈813凸出于出液阀块812的表面，出液阀块812在第二弹性件816的推力作用下堵住出液通道814，并通过第二弹性内阻挡圈813进行密封，如图18所示。

进一步地，出液接头金属基体815的一端设有出液通道814，另一端设有锥螺纹段817，通过锥螺纹段817与第一冷却管9螺纹连接。

进一步地，出液接头金属基体815的外侧套设活动套筒811。并且活动套筒811卡套在出液接头金属基体815上，活动套筒811和出液接头金属基体815能够相对旋转但不能沿轴线方向相对移动。

具体地，活动套筒811上开设导向槽，导向槽包括：弧形槽口818和直线槽口819；直线槽口819沿所述活动套筒811的轴线方向延伸；所述弧形槽口818一端与所述直线槽口819连通，另一端延伸至所述活动套筒811的开口处。进一步地，直线槽口819的两端分别为第一限位点820和第二限位点821。

当进液接头与出液接头进行对接时，通过活动套筒811进行对接时，进液接头的助推销807能够沿弧形槽口818滑移，助推销807移动至第一限位点820后，松开施加外力，第一弹性件804和第二弹性件816推动出液接头和进液接头相互远离，助推销807从第一限位点820移动至第二限位点821，完成进液接头和出液接头的对接，如图22所示。

本实用新型的一种具体实施方式中，第一弹性件804和第二弹性件816均为金属弹簧。

进一步的，本实用新型的一种具体实施方式中：进液接头的进液通道802处设有第一推止台810。第一推止台810凸出于进液通道802的内壁，用于阻挡进液阀块803；出液接头的出液通道814内壁上设置凸出的第二推止台，第二推止台用于阻挡出液阀块812。

如图18所示，出液接头的出液通道814处通过出液阀块812和出液接头金属基体815配合封堵漏液，出液阀块812在左侧第二弹性件816的推动下抵在出液通道814的第二推止台处，出液阀块受右侧推止台限位在金属基体内固定位置。出液阀块812为圆柱形结构，其外径与金属基体内径间隙配合。第二弹性内阻挡圈813凸出出液阀块812外表面，第二弹性内阻挡圈813与金属基体间过盈配合，维持出液通道814的密闭性。

如图19所示，进液接头的进液通道802处有进液阀块803和圆推台808配合封堵漏液，进液阀块803在右侧第一弹性件804的推动下抵在进液通道802的第一推止台810处，进液阀块803受左侧推止台限位在金属基体内固定位置。

进一步地，进液阀块803、圆推台808与进液通道802(进液接头金属基体801的端面)之间有一定距离，即进液阀块803和圆推台808凹入进液通道802内，方便出液通道813沿着进液通道802的内壁面对接。

如图22所示，当进液接头与出液接头插接时，即出液通道814插入进液通道802时，出液通道814与进液阀块803接触挤压，第一弹性件804被压缩，进液阀块803往右移动，进液阀块803与第一弹性内阻挡圈805、弹性外阻挡圈806分离，进液通道802贯通(打开)。同时圆推台808的左端与出液阀块812接触挤压，第二弹性件816被压缩，出液阀块812往左移动，出液阀块812与第二弹性内阻挡圈813和出液通道814分离，出液通道814贯通(打开)，此时流体通过出液通道814流入进液通道802中，从而实现进液接头与出液接头的连通。

具体地，在进行进液接头和出液接头的插接时，先将进液接头的助推销807与活动套筒811的开口处对齐。在外力的挤压下，伴随着活动套筒811的转动，助推销807沿着弧形槽口818从开口处滑至第一限位点820。此时省去施加的外力，使进液接头和出液接头在第一弹性件804和第二弹性件816的作用下自然分离。助推销807将沿直线槽口819滑至最终的第二限位点821，对接完毕。

在进行进液接头和出液接头的拔出操作时，在外力的挤压下，将助推销807从第二限位点821滑至第一限位点820。此时省去施加的外力，使进液接头和出液接头在第一弹性件804和第二弹性件816的作用下自然分离。助推销807将从第一限位点820延弧形槽口818从开口处滑出，完成拔出。

本实用新型的由液冷板1、进液管路、回液管路、进液监测器、回液监测器、液冷源、智能微控制器组成组成的相控阵天线液冷系统，整体结构紧凑，可靠性高，兼顾被动与主动流量控制策略，能保证冷却液在液冷结构内发生充分热交换，使相控阵天线工作在稳定的环境内，同时对飞行器的振动、冲击等环境有较好的适应性。

实施例2

本实施例提供一种实施例1的液冷相控阵天线的散热方法，包括以下步骤：

步骤S1：智能微控制器控制液冷系统中的冷却液启动循环；

具体地，所述步骤S1中，在相控阵天线开机工作前10min，智能微控制器控制液冷源的开机工作，智能微控制器控制液冷源处的变频循环泵和电子膨胀阀打开；通过液冷源对液冷板1提供循环的冷却液，冷却液对液冷板1上安装的相控阵天线进行循环换热，并通过智能微控制器控制进液管路的流量和温度为初始设定值。

步骤S2：冷却液循环启动后，变频循环泵将储存箱中的冷却液泵入进液管路。

冷却液通过进液回路流入液冷板1，并且冷却液流经液冷板1的过程中对液冷板1上的相控阵天线进行冷却换热；换热过程为：液冷板1中的冷却液与金属基体进行热交换，金属基体与射频同轴连接器4进行热交换，射频同轴连接器4与天线辐射单元和TR组件3进行热交换，最终实现对相控阵天线的冷却。

所述步骤S2中，通过智能微控制器调节电子膨胀阀的开度，能够调节进液管路中冷却液的流量，进而控制冷却液的换热效率。

步骤S3：换热后的冷却液从回液管路流回冷却源；

所述步骤S3中，回液管路中流通换热后的温度升高的冷却液，回液管路中设有冷凝器，冷却液通过冷凝器冷凝降温后流回液冷源的储存箱中，以备下一次冷却液循环(液冷散热循环)。

步骤S4：重复步骤S2和步骤S3对相控阵天线进行循环散热。

所述步骤S2和步骤S3中，通过进液监测器、回液监测器和相控阵内的温度传感器分别实时监测进液管路、回液管路和相控阵天线的温度；并将进液管路、回液管路和相控阵天线的温度信息传递至智能微控制器。

所述步骤S2-S4中，智能微控制器会比较进液监测器与回液监测器传递的进液管路和出液管路中冷却液的温度和压力值，判断液冷板1是否可靠工作，进而判断液冷板1对相控阵天线的冷却效果。

所述步骤S3中，当回液管路的压力值出现异常时，智能微控制器控制相控阵天线降功率工作，相控阵天线依靠液冷板自身固体热沉工作。

所述步骤S2-S4中，当相控阵天线内温度传感器监测到相控阵天线的温度值超过预定上限温度时，智能微控制器控制液冷源增加进液管路的冷却液流量，直到温度传感器监测到的相控阵天线的温度值低于预定上限温度。

所述步骤S2-S4中，当相控阵天线内温度传感器监测值低于预定下限温度时，智能微控制器控制液冷源减少进液管路的冷却液流量，直到温度传感器监测到相控阵天线的温度值高于预定的下限温度。

所述步骤S1中，在启动液冷系统的循环散热前，先连通液冷系统的循环管路，具体地，将液冷板1的进液口101和出液口102均与转接头6连通，两个转接头6分别与两个进出液接头8的进液接头连通，两个进出液接头8的出液接头分别连接第一液冷管9和第二液冷管10。

进一步地，进出液接头的进液接头和出液接头对插连通后，液冷系统的循环管路连通完成。

进液接头和出液接头的连通方式为：

步骤S11：将进液接头的助推销807对准活动套筒811上的弧形槽口818；

步骤S12：施加外力使出液接头的出液通道814插入进液接头的进液通道802中，进液接头和出液接头连通；同时，进液接头助推销807沿弧形槽口818滑移至第一限位点820；

步骤S13：去掉外力，出液接头和进液接头在第一弹性件804和第二弹性件816的弹力作用下相互远离；助推销807沿直线槽口819滑移，从第一限位点820滑移至第二限位点821；进液接头和出液接头插接完成；

步骤S14：需要进液接头与出液接头分离时，施加外力使进液接头和出液接头相向移动，助推销807从第二限位点821滑移至第一限位点820；旋转活动套筒811，使助推销807能够沿弧形槽口818滑移，松开外力，出液接头在第一弹性件804和第二弹性件816的弹性推力下从进液接头的进液通道802中拔出；出液接头与进液接头分离。

所述步骤S11中，将进液接头与出液接头轴线对齐，旋转活动套筒811使助推销807与弧形槽口818的端部对齐。

所述步骤S12中，在外力作用下，进液接头和出液接头相向移动时，即出液接头的出液通道814插入进液通道802的过程中：

出液接头与进液阀块803接触挤压，出液接头金属基体815推动进液阀块803向右移动并压缩第一弹性件804；进液阀块803与第一弹性内阻挡圈805、弹性外阻挡圈806分离，进液通道802打开；

同时，进液接头的圆推台808的左端与出液阀块812接触挤压，圆推台808推动出液阀块812向左移动并压缩第二弹性件816；出液阀块812与第二弹性内阻挡圈813和出液通道814分离，出液通道814打开；

冷却液能够通过出液通道814流入进液通道802中，从而实现进液接头与出液接头的连通。

所述步骤S13中，助推销807位于第二限位点821时，进液接头与出液接头仍然处于连通状态，即第一弹性件804和第二弹性件816处于压缩状态，进液通道802和出液通道814均处于打开状态。

所述步骤S14中，当出液接头拔出进液接头时，即是进液通道802与出液通道814分离时，首先进液阀块803在第一弹性件804的弹力作用下复位对进液通道802实现再次封堵，出液阀块812在第二弹性件816的弹力作用下复位对出液通道814实现再次封堵。

在进液接头和出液接头的插接、接通和拔出过程中，一方面，在第一弹性件804和第二弹性件816的作用下，进液阀块803保持与出液通道814贴合，出液阀块812保持与圆推台808贴合。另一方面，出液接头金属基815的外表面始终与弹性外阻挡圈806挤压接触。

本实用新型的进出液接头，能够保证冷却液只会在金属基体的出液通道814和进液通道802之间流过，而不会从出液接头和进液接头渗出。

本实用新型的由出液接头和进液接头组成的相控阵天线液冷板接头，整体结构紧凑，可靠性高，水密性好，操作简单省力。同时对振动、冲击等环境有较好的适应性。

进一步地，所述步骤S2中，液冷板1中的冷却液对天线的冷却过程包括：

步骤S21：冷却液从进液口101流入液冷板1；具体地，液冷板1与转接头6固定连接，转接头6的内部通道与液冷板1的进液口101连通；转接头6与液冷系统连通。

步骤S22：冷却液从进液口101流入液冷板1的分水腔104，并通过分水腔104分流至并行流道106；冷却液流过并行流道106的过程中能够对安装在液冷板1上的相控阵天线进行冷却；

具体地，相邻的并行流道106中间的金属基体上设有第一射频通道103，第一射频通道103中安装射频同轴连接器4，射频同轴连接器4的两端分别连接天线辐射单元和TR组件3。

换热时，并行流道106中的冷却液与金属基体进行热交换，金属基体与射频同轴连接器4进行热交换，射频同轴连接器4与天线辐射单元和TR组件3进行热交换，最终实现对相控阵天线的冷却。

步骤S23：冷却换热后的冷却液从并行流道106流出，流过汇水腔107，并通过汇水腔107汇聚至出液口102处，最后从出液口102流出。

所述步骤S22和步骤S23中，分水腔104和汇水腔107中均设有多个扰流器105；冷却液在分水腔104和汇水腔107中流通时，分水腔104中的扰流器105能够使冷却液均匀地分散至多个并行流道106中；汇水腔107中的扰流器105能够汇聚冷却液至出液口102处。

进一步地，扰流器105能够使冷却液在腔体内无序流动，能够促使冷却液均匀分流至各个并行流道106，同时促使流体进入湍流流动状态，进一步提高冷却液和金属腔体之间的换热效率。

进一步地，连接分水腔104和汇水腔107的并行流道106分为两层流道：下层并行流道106-1和上层并行流道106-2。下层并行流道106-1和上层并行流道106-2两层流道之间的距离为2mm，最大化的增加了单位体积内换热工作区内液体和金属基板的换热面积。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种循环液冷相控阵天线，其特征在于，包括：天线盘(2)、TR组件(3)、射频同轴连接器(4)和液冷系统；所述液冷系统包括依次连接的液冷源、进液管路、液冷板(1)和回液管路；所述液冷源用于提供冷却换热所需的冷却液；所述进液管路用于向液冷板(1)中注入冷却液；所述回液管路用于回收液冷板(1)中换热后的冷却液；所述天线盘(2)和TR组件(3)分别安装在所述液冷板(1)的上表面和下表面，并通过射频同轴连接器(4)连接；所述液冷板(1)中的冷却液能够对相控阵天线进行冷却散热。

2.根据权利要求1所述的循环液冷相控阵天线，其特征在于，所述液冷系统还包括：控制器；所述控制器用于控制所述液冷系统的工作状态。

3.根据权利要求1或2所述的循环液冷相控阵天线，其特征在于，所述进液管路上安装进液监测器，所述回液管路上安装回液监测器；所述进液监测器用于监测进液管路中液体的压力、温度和流量；所述回液监测器用于监测回液管路中液体的压力、温度和流量。

4.根据权利要求1所述的循环液冷相控阵天线，其特征在于，所述相控阵天线上安装温度传感器，用于监测天线的温度。

5.根据权利要求1所述的循环液冷相控阵天线，其特征在于，所述进液管路包括：第一液冷管(9)，所述回液管路包括：第二液冷管(10)；所述第一液冷管(9)与液冷板(1)的进液口(101)连通；所述第二液冷管(10)与液冷板(1)的出液口(102)连通。

6.根据权利要求1所述的循环液冷相控阵天线，其特征在于，所述天线盘(2)上设有多个阵列分布的天线辐射单元；所述天线辐射单元上设有第二射频通道；所述TR组件(3)上设有第三射频通道(306)；所述射频同轴连接器(4)的两端通过第二射频通道和第三射频通道(306)与所述天线辐射单元和所述TR组件(3)实现信号连接。

7.根据权利要求1所述的循环液冷相控阵天线，其特征在于，所述天线盘(2)与所述液冷板(1)的金属基体固定连接；所述TR组件(3)上设有支耳，并通过所述支耳与所述液冷板(1)的金属基体固定连接。

8.根据权利要求1所述的循环液冷相控阵天线，其特征在于，所述TR组件(3)设有多个，且多个TR组件(3)并列排布。

9.根据权利要求1所述的循环液冷相控阵天线，其特征在于，所述TR组件(3)的外部套设支撑结构(7)；所述支撑结构(7)为罩体结构，所述支撑结构(7)罩在多个TR组件(3)的外部。

10.根据权利要求9所述的循环液冷相控阵天线，其特征在于，所述支撑结构(7)与TR组件(3)之间通过螺钉连接；且所述支撑结构(7)与所述液冷板(1)的金属基体固定连接。

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