CN219553861U - 一种超宽带大功率有源天线阵列散热结构及天线结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种超宽带大功率有源天线阵列散热结构及天线结构，涉及雷达天线结构技术领域。包括主体框架，所述主体框架上阵列设置的从中间向两端辐射的多个热管，以及所述主体框架上靠近两端部的所述热管上设有的主框架散热器。本实用新型使用风冷的散热方式对超宽带大功率有源天线进行整体散热设计，替代了较为常用的液冷方式，使得相控阵系统整体具有了更大的灵活性，无需外界其它冷源设备，减小了整个雷达系统的总重量。

Description

一种超宽带大功率有源天线阵列散热结构及天线结构

技术领域

本实用新型涉及雷达天线结构技术领域，特别涉及一种超宽带大功率有源天线阵列散热结构基天线结构。

背景技术

近年来随着雷达和通信领域的不断发展，超宽带大功率相控阵天线逐渐被广泛的应用，基于超宽带相控阵天线特征，其设备逐渐有了更多的功能、更高的集成度。众所周知任何系统的稳定性对其性能有至关重要的影响，由于相控阵天线的高性能、高集成度发展，其功率要求逐渐增强，主要的有源天线阵列结构及散热问题逐渐被重视。

目前超宽带大功率相控阵天线系统采用较多的散热方式为液冷，其结构设计可以较为轻巧，换热效率通常也比较高，然而其缺点在于可维护性较差，换热设备与组件单元不易形成一体化装置，同时其成本高，外接冷源设备较重，需独立放置；风冷散热方式相较于液冷散热方式其效率低但是其可维护性好，互换性强，成本低，通常也无需外接其它多余设备，实际使用时通常将风冷与其它辅助传热设备结合在一起，提高系统的整体散热能力来达到散热效果，目前采用较多的是辅助设备为铜质热管，将其与铝材散热器设计为整体是常见的。

基于超宽带大功率相控阵天线系统其单元间距尺寸小，发热功耗大的问题，传统铝材散热器紧贴收发组件单元的散热方式，通常不能提供足够的散热面积来实现收发组件单元的散热效果，因此需要更多其它空间产生散热面积来进行补充，其它空间通常在距离收发组件单元较远的地方，由传热学理论可知这时通常会产生较长的热传递路径，虽然散热面积够但是整个系统的热阻力增加，系统整体温差提高，故引入金属铜材质热管来进行高效的热量传递，从而提高整个天线阵列的整体散热效果。

实用新型内容

为了解决背景技术中针对超宽带大功率有源天线阵列结构阵列间距小，发热功耗大的问题，本实用新型提供了一种超宽带大功率有源天线阵列散热结构及天线结构，通过使用风冷的散热方式对超宽带大功率有源天线进行整体散热设计，替代了较为常用的液冷方式，使得相控阵系统整体具有了更大的灵活性，无需外界其它冷源设备，减小了整个雷达系统的总重量。

本实用新型第一方面提供一种超宽带大功率有源天线阵列散热结构，包括主体框架，所述主体框架上阵列设置的从中间向两端辐射的多个热管，以及所述主体框架上靠近两端部的所述热管上设有的主框架散热器。

优选的，所述热管的材质为铜质材料。

优选的，所述主框架散热器的材质为铝合金材料。

优选的，每个所述热管为L型排布，其位于所述主体框架中间的部分与所述主体框架的短边平行；位于所述主体框架中间两侧的部分与所述主体框架的长边平行。

本实用新型第二方面提供一种相控阵雷达系统的天线结构，包括上述的超宽带大功率有源天线阵列散热结构。

优选的，包括：主体框架，所述主体框架上阵列设置的从中间向两端辐射的多个热管，以及所述主体框架上靠近两端部的所述热管上设有的主框架散热器；还包括：

天线单元模块，设置于所述主体框架的位于长边一侧的中部处；

收发组件单元模块，设置于所述主体框架上并位于中间部分的热管上；

功分网络和差单元模块，设置于所述主体框架上并靠近所述收发组件单元模块处；

所述天线单元模块通过射频连接器与所述收发组件单元模块电性连接。

优选的，所述收发组件单元模块底面设有用于嵌入热管的凹槽。

优选的，包括多个收发组件单元模块，其中每个收发组件单元模块底部嵌入两独立的所述热管。

优选的，还包括两个锁紧装置，分别设置于主体框架长边方向的两端。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型提供了一种超宽带大功率有源天线阵列散热结构及天线结构，该散热结构使用风冷的散热方式对超宽带大功率有源天线进行整体散热设计，替代了较为常用的液冷方式，使得相控阵系统整体具有了更大的灵活性，无需外界其它冷源设备，减小了整个雷达系统的总重量。

本实用新型基于电气性能决定的单元阵列间距，考虑相控阵天线系统的规模，结合结构安装方式，设计一种集成散热结构的天线结构，将天线单元模块、收发组件单元模块、功分和差网络单元模块以及散热机构设计为一个结构整体，并引入金属铜材质热管来进行高效的热量传递，从而提高整个天线阵列的整体散热效果，以及提高整个系统的互换性与维修性。

本实用新型将主体框架散热器选择为导热系数较好的铝合金，热管选择为铜质高导热系数材料，通过引入金属铜材质热管来进行高效的热量传递，从而提高整个天线阵列的整体散热效果。

附图说明

图1为本实用新型超宽带大功率有源天线阵列散热结构外观图。

图2为本实用新型超宽带大功率有源天线阵列散热结构正面结构示意图。

图3为本实用新型超宽带大功率有源天线阵列散热结构反面结构示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型的几个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

本实用新型提供了一种超宽带大功率有源天线阵列散热结构及天线结构，使用风冷的散热方式对超宽带大功率有源天线进行整体散热设计，替代了较为常用的液冷方式，使得相控阵系统整体具有了更大的灵活性，无需外界其它冷源设备，减小了整个雷达系统的总重量。

本实用新型针对超宽带大功率有源天线阵列的组件发热具体问题，进行散热理论计算，工艺技术参考，合理分配结构设计尺寸分配，有效解决收发组件单元工作散热问题的同时使得单个阵列结构的尺寸达到最小，结构紧凑。

本实用新型将天线单元模块、收发组件单元模块、功分和差网络单元模块设计为一个结构整体，提高整个系统的互换性与维修性。

实施例1

一种超宽带大功率有源天线阵列散热结构，参见图1～3所示，包括主体框架，主体框架上阵列设置的从中间向两端辐射的多个热管7，以及主体框架上靠近两端部的热管上设有的主框架散热器5。为此本实用新型提供的一种超宽带大功率有源天线阵列的散热结构，使用风冷的散热方式对超宽带大功率有源天线进行整体散热设计，替代了较为常用的液冷方式，使得相控阵系统整体具有了更大的灵活性，无需外界其它冷源设备，减小了整个雷达系统的总重量。

在本实施例中，每个热管7为L型排布，其位于主体框架中间的部分与主体框架的短边平行；位于主体框架中间两侧的部分与主体框架的长边平行。也就是将多个热管整齐排列设置，一端整齐排列在主体框架的中间部分，其所朝方向与主体框架的短边平行，而另一端整齐排列在主体框架的两端，其所朝方向与主体框架的长边平行，主体框架的两端指的是，沿长边方向的两端；参见图3所示，每个热管均成L型整齐排列。从而能够将主体框架中间部分的热量通过热管向主体框架长边方向的两端传导，并通过在主体框架上靠近两端部的热管上设有的主框架散热器进一步散热。

在本实施例中，热管7的材质为铜质材料。主框架散热器5的材质为铝合金材料。通过将主体框架散热器选择为导热系数较好的铝合金，热管选择为铜质高导热系数材料，提升散热效率。

实施例2

一种相控阵雷达系统的天线结构，参见图1～3所示，包括实施例1提供的超宽带大功率有源天线阵列散热结构。具体包括：主体框架，主体框架上阵列设置的从中间向两端辐射的多个热管7，以及主体框架上靠近两端部的热管7上设有的主框架散热器5；还包括：天线单元模块1、收发组件单元模块3以及功分网络和差单元模块4；天线单元模块1设置于主体框架的位于长边一侧的中部处；收发组件单元模块3设置于主体框架上并位于中间部分的热管7上；功分网络和差单元模块4设置于主体框架上并靠近收发组件单元模块3处；天线单元模块1通过射频连接器2与收发组件单元模块3电性连接。为此，将天线单元模块、收发组件单元模块、功分和差网络单元模块以及散热机构设计为一个结构整体，并引入金属铜材质热管来进行高效的热量传递，从而提高整个天线阵列的整体散热效果，以及提高整个系统的互换性与维修性。

通过在收发组件单元模块3底面设有用于嵌入热管的凹槽。将收发组件单元下方机加出凹槽便于将热管嵌入其中，能够及时的将收发组件单元模块产生的热量传导至热管，并导向散热器。

在本实施例中，包括多个收发组件单元模块3，其中每个收发组件单元模块3底部嵌入两独立的热管7。这样的设置主要是目的是为了让每个收发组件单元模块产生的热量尽快散去，避免形成热量的堆积；也就是每个收发组件单元模块对应设置两个热管传导热量进行散热。

在本实施例中，还可以在主体框架长边方向的两端分别设置一个锁紧装置6，主要目的是与其他连接件连接，其中锁紧装置，包含锁紧条，用于和主体框架连接，最外面为螺钉锁紧，框架上有螺纹孔，里面是锁紧条锁紧，框架与线阵配合时预留出间隙，其主要作用是限制整个线阵结构的自由度。

需要说明的是，本实施例是基于电气性能决定的单元阵列间距，考虑相控阵天线系统的规模，结合结构安装方式，设计一种带有超宽带大功率有源天线阵列的散热结构的天线结构，主要包括天线单元模块、收发组件单元模块、功分网络和差单元模块、主框架散热器、热管及锁紧装置。主体框架散热器选择为导热系数较好的铝合金，热管选择为铜质高导热系数材料，天线单元模块通过螺钉固定于主体框架长侧边的中心位置，收发组件单元通过射频连接器与天线单元实现电气性能相连接，通过螺钉固定于主体框架散热器上，功分网络和差单元固定于收发组件单元距离较近位置，将收发组件单元下方机加出凹槽便于将热管嵌入其中。依据热管参数、主框架厚度及收发组件单元发热量确定热管类型，依据收发组件总发热量、考虑芯片耐受温度、结合需求确定主框架中所需散热齿面积，考虑整个阵面的空气流动阻力确定散热齿间距，最终确定热管长度。

在本实用新型中，一种超宽带大功率有源天线阵列的散热结构，结合各单元模块具体尺寸进行综合设计，考虑结构性能、维修性能及各种安装因素。

由于天线单元属于无源设备，此处天线单元的一维尺寸与有源天线阵列的一维尺寸相同，考虑整体安装拆卸维修特性，最终确定天线单元的厚度尺寸为10.5mm，则其它模块的厚度基本尺寸可根据天线单元的结构厚度尺寸来进行分解计算。

结合收发组件单元模块的结构设计，考虑散热器、热管加工的工艺性，依据安装方式，最终确定收发组件的结构厚度尺寸为7mm，则热管散热器的局部的一维尺寸为3.5mm。

每个收发组件单元模块中有四个主要发热芯片，单个芯片热耗为6W，间距11mm，考虑到结构加工性，根据现有成熟工艺，结合热管设备的最大传热量、折弯半径、传热效率、可压扁厚度及组件中单个芯片的热耗参数，最终选用直径为8mm的热管打扁至2.5mm后焊接于散热器基板内，单根热管兼顾两个芯片的散热性能，根据结构的对称性，将热管同时向两边延伸，同时保证热管的折弯半径大于16mm。

基于收发组件单元的发热功耗及总数量，结合相控阵系统使用的环境温度要求，芯片建议温度限制范围，根据牛顿换热理论公式，计算出有源天线阵列所需的散热面积为600cm²；考虑多个有源天线同时阵列安装效果，此时将热管散热器的散热齿间距设计在3mm以上用于减小整个系统的空气流动阻力。

在本实用新型中，考虑到整个结构的长宽比不能过大，设计中尽量使得整个安装结构紧凑，结合收发组件所需散热面积及功分网络和差单元模块的结构设计，最终确定沿空气流动方向的散热齿尺寸为150mm，整个有源天线阵列长度尺寸为560mm，即整体结构为560mm*150mm*10.5mm，此时结构刚性亦满足结构力学性能需求。

在本实用新型中，考虑到安装的易操作性和整体维修性，最终在整个结构的两边增加锁紧条锁紧装置来实现拆装自由，同时在结构中间预留安装孔，以便借助其他结构件将其固定于相控阵框架中。

需要说明的是，本实用新型权利要求书中采用的步骤方法与上述实施例相同，为了防止赘述，本实用新型的描述了优选的实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种超宽带大功率有源天线阵列散热结构，其特征在于，包括主体框架，所述主体框架上阵列设置的从中间向两端辐射的多个热管(7)，以及所述主体框架上靠近两端部的所述热管上设有的主框架散热器(5)。

2.根据权利要求1所述的超宽带大功率有源天线阵列散热结构，其特征在于，所述热管(7)的材质为铜质材料。

3.根据权利要求1所述的超宽带大功率有源天线阵列散热结构，其特征在于，所述主框架散热器(5)的材质为铝合金材料。

4.根据权利要求1所述的超宽带大功率有源天线阵列散热结构，其特征在于，每个所述热管(7)为L型排布，其位于所述主体框架中间的部分与所述主体框架的短边平行；位于所述主体框架中间两侧的部分与所述主体框架的长边平行。

5.一种相控阵雷达系统的天线结构，其特征在于，包括权利要求1～4任一项所述的超宽带大功率有源天线阵列散热结构。

6.根据权利要求5所述的相控阵雷达系统的天线结构，其特征在于，包括：主体框架，所述主体框架上阵列设置的从中间向两端辐射的多个热管(7)，以及所述主体框架上靠近两端部的所述热管(7)上设有的主框架散热器(5)；还包括：

天线单元模块(1)，设置于所述主体框架的位于长边一侧的中部处；

收发组件单元模块(3)，设置于所述主体框架上并位于中间部分的热管(7)上；

功分网络和差单元模块(4)，设置于所述主体框架上并靠近所述收发组件单元模块(3)处；

所述天线单元模块(1)通过射频连接器(2)与所述收发组件单元模块(3)电性连接。

7.根据权利要求6所述的相控阵雷达系统的天线结构，其特征在于，所述收发组件单元模块(3)底面设有用于嵌入热管的凹槽。

8.根据权利要求6所述的相控阵雷达系统的天线结构，其特征在于，包括多个收发组件单元模块(3)，其中每个收发组件单元模块(3)底部嵌入两独立的所述热管(7)。