CN213816431U - 一种相控阵天线 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种相控阵天线，涉及热控制技术领域，包括结构支架，其底面上设有多个依次平铺在底面上的散热板形成第一散热区和第二散热区；第一散热区上设有多个子阵形成的阵面，每个子阵上均设有多个阵列排布的芯片和位于阵列间隙的连接器，组阵后，阵面上的多个连接器在同一方向呈直线排布，多个连接器和相邻子阵的连接位均位于第一散热区内相邻散热板的间隙内；第二散热区位于第一散热区四周靠近结构支架的周壁，周壁设有多个出风口，阵面产生的热量通过第一散热区传递给第二散热区，并通过出风口散出。连接器和相邻子阵的连接位均位于第一散热区内相邻散热板之间的间隙内，避免结构干涉，散热板标准化，降低成本。

Description

一种相控阵天线

技术领域

本申请涉及热控制技术领域，具体涉及一种相控阵天线。

背景技术

相控阵天线是有众多电子元器件及有源模块集成的复杂系统。电子元器件大多数会产生热量，同时这些电子元器件对于工作温度有明确的界定，超过正常工作温度范围会导致器件损坏，甚至导致无法工作。这些发热器件产生的热量，必须通过一定的措施，让热量散出去，以确保器件在正常工作温度范围内工作可靠。

在相控阵众多的发热器件中，热耗最多的地方是来自收发组件的芯片其尺寸较小，其热阻非常大，难以有效的传递出去。在KA频段(KA频段指频率范围在34.4GHz-35.2GHz范围内无线电波)相控阵天线中，由于单元间距很小，单元数量非常多，将收发组件的热量有效散出去是相控阵整机热设计的关键所在。

同一个阵列规模的相控阵整机，同等热耗下，一般体积较大、导热距离更短的情况下，其散热越容易，因为体积越大其热流密度较低，散热器更易布置，导热链路短，热阻越小。但是在实际设计中，小型化，低剖面、子阵标准化互换，成为产品结构设计的必然追求，这就导致与散热设计形成了一组矛盾，并且，散热器件还需考虑和其他器件的干涉问题，使在KA相控阵天线小型化、高热流密度下，导热路径封闭等前提下，不易进行低成本、高效的散热。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种相控阵天线，能够进行高效、低成本散热。

本申请实施例的一方面，提供了一种相控阵天线，包括结构支架，所述结构支架的底面上设有多个依次平铺在所述底面上的散热板，多个所述散热板之间热传导，以在所述底面上形成相互连接的第一散热区和第二散热区；所述第一散热区上设有多个子阵形成的阵面，每个所述子阵上均设有多个阵列排布的芯片和位于阵列间隙的连接器，所述多个子阵组阵后形成的所述阵面上的多个所述连接器在同一方向呈直线排布，所述阵面上的多个所述连接器和相邻所述子阵的连接位均位于所述第一散热区内相邻所述散热板之间的间隙内；所述第二散热区位于所述第一散热区的四周且靠近所述结构支架的周壁，所述结构支架的周壁设有多个出风口，所述阵面产生的热量通过所述第一散热区传递给所述第二散热区，并通过所述出风口散出。

可选地，所述散热板为均温板，所述均温板为矩形体结构，所述矩形体的顶面与所述阵面贴合。

可选地，均温板上设有导热层。

可选地，相邻所述子阵通过螺钉连接，所述螺钉位于相邻所述均温板之间的间隙内。

可选地，所述均温板设在所述底面的凹槽内，所述结构支架的底面上设有多个散热器，多个所述散热器均位于所述第二散热区的多个所述均温板的投影方向，所述均温板和所述散热器之间热传导。

可选地，散热器包括与均温板贴合的承载板以及多个并排设置承载板上的散热片，以使散热器形成齿形结构。

可选地，相邻散热片之间形成散热间隙，散热间隙朝向出风口。

可选地，结构支架上扣合有底板，底板上设有多个风扇以对结构支架散热。

可选地，风扇连通第一散热区和第二散热区。

本申请实施例提供的相控阵天线，设置多个依次平铺在底面上的散热板以形成第一散热区和第二散热区，第二散热区和第一散热区在底面上相互连接，第二散热区位于所述第一散热区的四周且靠近所述结构支架的周壁，阵面设在第一散热区，阵面通过多个子阵形成，每个子阵上均设有多个阵列排布的芯片和位于阵列间隙的连接器，形成阵面后，多个子阵上的连接器在同一方向呈直线排布，这样就使得阵面上的多个连接器均位于第一散热区内相邻散热板之间的间隙内，同时，相邻子阵的连接位也位于间隙内，芯片贴合在散热板上，这样一来，散热板就避开了连接器和相邻子阵的连接位，不需在散热板上定制开孔，避免连接器、相邻子阵的连接位和散热板发生干涉，降低了散热板和整机的成本。芯片的热量传导到散热板上，通过第一散热区将阵面上芯片的热量传导给第二散热区，第二散热区再将热量通过结构支架周壁上的出风口散出，达到散热的目的。第一散热区和第二散热区以及出风口之间的热传导为水平方向的传导，形成水平散热链，解决了盲插子阵架构，垂直方向上散热链路被阻挡的问题，有效散热，降低器件热阻，保证器件能够在正常工作温度范围内可靠工作。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本实施例提供的阵面结构示意图；

图2是本实施例提供的盲插子阵结构示意图；

图3是本实施例提供的相控阵天线结构示意图之一；

图4是本实施例提供的相控阵天线结构示意图之二；

图5是本实施例提供的相控阵天线结构示意图之三；

图6是本实施例提供的相控阵天线结构示意图之四；

图7是本实施例提供的相控阵天线结构示意图之五；

图8是本实施例提供的相控阵天线结构示意图之六；

图9是本实施例提供的相控阵天线局部结构示意图；

图10是图9中A处放大图；

图11是本实施例提供的相控阵天线的散热器结构示意图之一；

图12是本实施例提供的相控阵天线的散热器结构示意图之二；

图13是本实施例提供的相控阵天线结构示意图之七；

图14是本实施例提供的相控阵天线散热链路径示意图。

图标：10A-发射阵面；10B-接收阵面；101-子阵；102-芯片；103-波控功分模块；104-功能模块；105-低频连接器；106-射频连接器；107-螺钉孔；20-结构支架；201-底面；202-第一散热区；203-第二散热区；204-出风口；205-底板；206-风扇；207-天线罩；21-均温板；211-导热层；22-散热器；220-承载板；221-散热片；L-冷空气；Q-热空气。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

相控阵天线中的子阵101是作为一种标准化模块，天线的阵面一般用不同数量的子阵101按照一定的形状进行拼装组合成大规模的天线阵面。若干个子阵101组成一个阵面，每个子阵101上有若干个芯片102，阵面又可分为发射阵面10A和接收阵面10B。例如图1中所示，9个子阵101组成一个发射阵面10A，12个子阵101组成一个接收阵面10B。发射阵面10A上的芯片102共64*9＝576颗，接收阵面10B上的芯片102共64*12＝768颗。如图2和图3所示，芯片102接触结构支架20的底面201，阵面上设置波控功分模块103。

在相控阵众多的发热器件中，芯片102是热耗最多的器件，为发热源，其尺寸较小，其热阻非常大，难以有效的传递出去。在KA频段相控阵天线中，由于单元间距很小，单元数量非常多，一般4个单元共用一个芯片102，通常一个口径0.6米的相控阵整机动则上千颗芯片102或者更多。因此绝大多数热量是由收发组件的芯片102产生，将收发组件的热量有效散出去是相控阵整机热设计的关键所在。

在热设计时，单个芯片102的热耗，决定了系统的总发热量，根据以往经验数据，在KA相控阵整机中芯片102热量一般0.5瓦到1.5瓦之间，一个整机的收发组件芯片102的总热量动则几百万，上千瓦，甚至几千瓦，这就要求在热设计时，能首要问题是将热量可靠的导出到散热器件上，在通过散热器件进行风冷交换，将热量排出到空气中。

电子设备散热设计中，导热路径下材料相同的情况下，在距离热源最近的地方设计散热器件，往往热阻较小，这对于散热结构更方便。但是本申请实施例由于综合考虑了子阵101的可扩展性，更换子阵101成本，整机尺寸，且后期拼阵的灵活性，因此采用了盲插子阵101的架构。由于整机拼阵架构的特殊性，所以在子阵101背面的整机结构支架20直接布置散热器件是不可行的，子阵101上设有连接器，例如低频连接器105和射频连接器106，如图4所示，结构支架20的底面201上还设有波控功分模块103和其他功能模块104，连接器和波控功分模块103阻挡了散热器件的布置。

针对这种架构下收发组件芯片102在垂直方向散热链路被阻挡，热阻大的问题，其导热路径就需要特殊考虑了，本申请实施例基于可拼盲插子阵101的KA频段相控阵天线，采用均温板21，将连接器和相邻子阵101的连接位布置在相邻均温板21的间隙内，不需在均温板21上定制开孔，避免连接器、相邻子阵的连接位和均温板21发生干涉，这样就降低了成本。同时，均温板21使热量在水平方向快速导出，使热量传递到整机结构支架20中其他未安装模块的区域，可在这些区域安装散热器22，即可实现热量的快速到出到散热器22上。

具体地，如图8所示，本申请实施例提供一种相控阵天线，包括结构支架20，结构支架20的底面201上设有多个依次平铺在底面201上的散热板，散热板为均温板21，多个散热板之间热传导，以在底面201上形成相互连接的第一散热区202和第二散热区203。第一散热区202上设有多个子阵101形成的阵面，阵面上设置有波控功分模块103，每个子阵101上均设有多个阵列排布的芯片102和位于阵列间隙的连接器，示例地，本连接器位于阵列中心间隙，连接器包括低频连接器105和射频连接器106，且形成的阵面上的多个连接器在同一方向呈直线排布，阵面上的多个连接器和相邻子阵101的连接位均位于第一散热区202内相邻散热板之间的间隙内。

第二散热区203位于第一散热区202的四周且靠近结构支架20的周壁，结构支架20的周壁设有多个出风口204，阵面产生的热量通过第一散热区202传递给第二散热区203，并通过出风口204散出。

结构支架20的底面201上形成有第一散热区202和第二散热区203，第一散热区202和第二散热区203相互连接以传导热量。第二散热区203位于第一散热区202的四周，也就是说，第二散热区203可位于第一散热区202的四个侧面，将第一散热区202全部包围，第二散热区203也可以位于第一散热区202的一侧、或二侧、或三侧，将第一散热区202半包围。

阵面位于第一散热区202上，阵面上芯片102的热量通过第一散热区202传导给第二散热区203。

如图2所示，子阵101上设有连接器，低频连接器105和射频连接器106在一条直线上排布，多个子阵101拼成阵面后，形成的阵面上的多个低频连接器105和射频连接器106在同一方向共直线排布。示例地，如图1所示，发射阵面10A上有9个子阵，三个为一排，三个为一列，同列的三个子阵101上的低频连接器105和射频连接器106共直线排布，发射阵面10A的连接器形成三条直线共线排布。同理，接收阵面10B上的连接器形成四条直线共线排布。

如图9和图10所示，这样一来，共线排布的连接器就可布置在相邻散热板的间隙内。同时，相邻子阵101通过子阵101上的螺钉孔107和螺钉配合拼接，螺钉孔107和配合的螺钉构成子阵的连接位，相邻子阵101的连接位也位于相邻散热板的间隙内。

如图2所示，子阵101为矩形，子阵101的四个角和每个边均设有螺钉孔107，四个角的螺钉孔107为四分之一孔，侧边的四个螺钉孔107为二分之一孔，相邻子阵101通过拼接构成完整的孔，再和螺钉配合拼成阵面。

现有技术中，散热器件(现有均温板)需要开孔，以使连接器和安装子阵的螺钉穿过，而不同的子阵布板设计，使得各器件的孔位尺寸和位置均不同，这样现有均温板就需根据不同的布板设计进行定制，使得现有均温板的成本很高，而本相控阵天线，通过将子阵101上的连接器和相邻子阵101的连接位设在相邻散热板(均温板21)的间隙内，散热板就避开了连接器和相邻子阵101的连接位，不需在散热板上定制开孔，散热板上没有过孔，避免连接器、相邻子阵的连接位和散热板发生干涉，使得散热板可批量标准化制作，大大降低了散热板和整机的成本。

芯片的热量传导到第一散热区202的散热板上，第二散热区203靠近结构支架20的周壁，结构支架20的周壁设有多个出风口204，阵面上芯片102产生的热量通过第一散热区202传递给第二散热区203，第二散热区203将热量从出风口204散出，完成散热。

第二散热区203和第一散热区202在底面201上水平设置，第一散热区202和第二散热区203之间的热量传导为水平方向传导，将位于中心的芯片102的热量通过水平方向传导置结构支架20的周壁，再通过周壁上的出风口204散出，这就解决了对于盲插子阵101的这种架构，无法在子阵101背面的整机结构支架20直接布置散热器22件，垂直方向上散热链路被阻挡，热阻大的问题。

本实施例提供的相控阵天线，设置多个依次平铺在底面201上的散热板以形成第一散热区202和第二散热区203，第二散热区203和第一散热区202在底面201上相互连接，第二散热区203位于第一散热区202的四周且靠近结构支架20的周壁，阵面设在第一散热区202，阵面通过多个子阵101形成，每个子阵101上均设有多个阵列排布的芯片102和位于阵列间隙的连接器，形成阵面后，多个子阵101上的连接器在同一方向呈直线排布，这样就使得阵面上的多个连接器均位于第一散热区202内相邻散热板之间的间隙内，同时，相邻子阵101的连接位也位于间隙内，芯片102贴合在散热板上，这样一来，散热板就避开了连接器和相邻子阵101的连接位，不需在散热板上定制开孔，避免连接器、相邻子阵101的连接位和散热板发生干涉，降低了散热板和整机的成本。芯片102的热量传导到散热板上，通过第一散热区202将阵面上芯片102的热量传导给第二散热区203，第二散热区203再将热量通过结构支架20周壁上的出风口204散出，达到散热的目的。第一散热区202和第二散热区203以及出风口204之间的热传导为水平方向的传导，形成水平散热链，解决了盲插子阵101架构，垂直方向上散热链路被阻挡的问题，有效散热，降低器件热阻，保证器件能够在正常工作温度范围内可靠工作。

具体地，通过均温板21实现热传导。如图6所示，在第一散热区202和第二散热区203均设置多个依次平铺在底面201上的均温板21，多个均温板21之间热传导，阵面位于第一散热区202的均温板21上。

需要说明的是，均温板21在底面201的凹槽内设置，多个均温板21依次并排设置，通过均温板21散热，设置有均温板21的区域形成散热区。散热区包括第一散热区202和第二散热区203，为了更清楚地理解，才将散热区人为划分为第一散热区202和第二散热区203。因此，可能存在一个均温板21的一部分位于第一散热区202，另一部分位于第二散热区203的现象，均温板21根据具体结构灵活排布。根据这种划分，更确切地说，第一散热区202就是设有阵面的区域，第二散热区203是设有散热器22的区域，散热器22在均温板21的基础上进一步快速散热，后叙中有详细说明。

均温板21作为一种快速导热的装置，在热量集中、热量较大、导热路径不畅、无法直接散热的场合下广泛应用，适合于盲插子阵101架构。

均温板21为矩形体结构，如图7所示，矩形体的顶面和阵面贴合，矩形体的底面201和结构支架20的底面201贴合，均温板21水平面积大，相比热管(只能在水平方向一维快速传热)而言，均温板21这种在水平方向具备较大的水平面积的设置，可实现水平方向全方向的快速传热。

如图7所示，均温板21上还可设置导热层211，提高导热速度。并且，导热层211可为胶体，导热的同时，还具有粘贴固定的功能，可使均温板21直接粘贴在结构支架20的底面201的凹槽内，同时还可使阵面直接粘结在均温板21上。

均温板21可采用纯铝或铜制作，其内部设置了非常多的毛细结构孔，或后槽，并填充着相变材料。其水平方向热传导率可达100000W/m.k，垂向热传导率也比一般铝合金高，这样就可以将局部的高温点热源，迅速分散开，热量快速沿着水平方向传导，最终传递到散热器上。

均温板21由于阵面结构设计不同(特别形状不规则的传热区域)的需要，往往采用非标定制加工的手段制作，其成本高昂。在相控阵中，尤其是KA频相控阵天线中，由于子阵101芯片102热源共面，排列分布较规则，因此在结构设计中，通过合理的排布，可以选择采用一种形似热管，但是宽度比热管大得多的标准无孔均温板21。这种均温板21，长度，厚度，宽度均已系列化，多种规格选择，已实现规模化生产，价格比定制化的均温板21便宜很多。因此在相控阵天线中选择这种均温板21，既维持了均温板21的传热效率，又保持了成本低廉。

为更快速地散热，在第二散热区203的多个均温板21的投影方向分别设有多个散热器22，散热器22设在结构支架20的底面201上，散热器22和底面201固定，均温板21设在底面201的凹槽内，散热器22的投影覆盖第二散热区203的均温板21，均温板21和散热器22之间热传导。

第一散热区202上的均温板21将阵面上芯片102的热量水平传导给第二散热区203上的均温板21，第二散热区203的均温板21再将热量传导给散热器22，通过散热器22将热量从出风口204散出，最终实现将芯片102热量导出的目的。

如图11和图12所示，散热器22可采用高密度齿形结构，利于快速散热。示例地，散热器22包括与均温板21贴合的承载板220以及多个并排设置承载板220上的散热片221，以使散热器22形成齿形结构。

承载板220是承载散热片221的载体，承载板220的底面201和均温板21的顶面贴合，在承载板220的顶面上设有多个依次并排的散热片221，相邻散热片221之间形成散热间隙，散热间隙朝向出风口204，便于向出风口204散热。

散热间隙越小，散热片221的密度越大，热量散发的速度越快，具体可根据实际需要设置散热间隙的大小。

散热器22可采用铝型材拉伸模具制造，直接成型，一次加工至需要的尺寸，减少切削加工。且铝材料成本低廉，使制作成本低。

散热器22在整机中，采用直接安装的方式，不需在整机内直接铣削(整机铣削高密齿难度很大)，提高了散热器22的灵活性，方便维护和更改。

如图13所示，在结构支架20的底面201上扣合有底板205，在底板205的相对面还扣合有天线罩207，将结构支架20封闭。

底板205上设有多个风扇206，风扇206可设置在第一散热区202的在底板205上的投影面，也可设置在第二散热区203在底板205上的投影面。

通过风扇206对结构支架20内阵面进行散热。利用风扇206，通过高速流动的冷空气L将结构支架20内的热量对流吹出去。这种强迫对流的散热方式中，均温板21和散热器22的换热面积是关键，在通风顺畅的情况下，换热面积越大，带走热量越多，对应散热效率越高。

底板205上设有通孔和风扇206连接，风扇206可连通第一散热区202和第二散热区203，通过风扇206加速将结构支架20内的热量散出。

风扇206还可不连通第一散热区202和第二散热区203，即底板205上没有设置通孔，风扇206和底板205不打通，那么通过风扇206也可将结构支架20内传导至底板205上的热量散出。

并且，风扇206可吹风，也可吸风。吹风时，向结构支架20内吹，使结构支架20内的热量通过结构支架20周壁的出风口204散出。或者风扇206吸风，将结构支架20内的热量带出。

综上，如图14所示，在结构支架20的底面201上设置均温板21(图6)，均温板21上设置阵面(图8)形成第一散热区202，阵面上设置波控功分模块103，子阵101形成的阵面上的多个连接器沿同一方向共线排布，且连接器和相邻子阵101的连接位均位于相邻均温板21的间隙内(图10)，避免了均温板21和连接器、连接位的干涉，使得均温板21的制作能够标准化，降低批量成本。第一散热区202的四周的均温板21的投影方向上设置散热器22(图5)形成第二散热区203，阵面上芯片102产生的热量依次传导至均温板21和散热器22，再通过出风口204散出。底板205上设置风扇206，风扇206向结构支架20内部吹冷风，进行热交换，产生的热空气Q通过出风口204散出，完成散热。

本申请实施例提供的相控阵天线，通过水平传导热量的方式，解决了芯片102热量在垂直散热链路被阻挡的问题，均温板21和散热器22配合使用，减小了整机的体积，可拆卸式的散热器22增大了散热表面积，提高散热速度。且均温板21和散热器22制作成本低，实现可拼盲插子阵101的KA频段相控阵天线整机低成本散热。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种相控阵天线，其特征在于，包括结构支架，所述结构支架的底面上设有多个依次平铺在所述底面上的散热板，多个所述散热板之间热传导，以在所述底面上形成相互连接的第一散热区和第二散热区；

所述第一散热区上设有多个子阵形成的阵面，每个所述子阵上均设有多个阵列排布的芯片和位于阵列间隙的连接器，所述多个子阵组阵后形成的所述阵面上的多个所述连接器在同一方向呈直线排布，所述阵面上的多个所述连接器和相邻所述子阵的连接位均位于所述第一散热区内相邻所述散热板之间的间隙内；

所述第二散热区位于所述第一散热区的四周且靠近所述结构支架的周壁，所述结构支架的周壁设有多个出风口，所述阵面产生的热量通过所述第一散热区传递给所述第二散热区，并通过所述出风口散出。

2.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述散热板为均温板，所述均温板为矩形体结构，所述矩形体的顶面与所述阵面贴合。

3.根据权利要求2所述的相控阵天线，其特征在于，所述均温板上设有导热层。

4.根据权利要求2所述的相控阵天线，其特征在于，相邻所述子阵通过螺钉连接，所述螺钉位于相邻所述均温板之间的间隙内。

5.根据权利要求2所述的相控阵天线，其特征在于，所述均温板设在所述底面的凹槽内，所述结构支架的底面上设有多个散热器，多个所述散热器均位于所述第二散热区的多个所述均温板的投影方向，所述均温板和所述散热器之间热传导。

6.根据权利要求5所述的相控阵天线，其特征在于，所述散热器包括与所述均温板贴合的承载板以及多个并排设置所述承载板上的散热片，以使所述散热器形成齿形结构。

7.根据权利要求6所述的相控阵天线，其特征在于，相邻所述散热片之间形成散热间隙，所述散热间隙朝向所述出风口。

8.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述结构支架上扣合有底板，所述底板上设有多个风扇以对所述结构支架散热。

9.根据权利要求8所述的相控阵天线，其特征在于，所述风扇连通所述第一散热区和所述第二散热区。

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