KR102069883B1 - Thermal radiating apparatus for active antenna, and active antenna - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 능동형 안테나의 방열 장치 및 능동형 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 능동형 안테나의 열적 신뢰성을 높일 수 있는 능동형 안테나의 방열 장치 및 이를 구비하는 능동형 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a heat dissipation device and an active antenna of an active antenna, and more particularly, to a heat dissipation device of an active antenna that can increase the thermal reliability of the active antenna and an active antenna having the same.
군사 체계에 있어 안테나는 전장 감시에서 표적 타격까지의 임무를 수행하는 육상, 해상 및 항공 전력의 핵심 무기 체계이다. 무기 체계용 안테나는 탐지거리의 향상, 정밀한 탐지 및 타격 등을 위하여 고성능 사양이 요구된다.In military systems, antennas are a key weapons system for land, sea, and air power that perform missions from battlefield surveillance to target strikes. Antennas for weapon systems require high performance specifications for improved detection range, precise detection and strikes.
반도체 기술의 발전과 함께 안테나도 고성능화 및 소형화되고 있다. 무기 체계용 안테나는 기존의 수동 위상배열 안테나(passive electrically scanned array Antenna)에서 최근에 능동형 위상배열 안테나(active electrically scanned array Antenna)로 진화하고 있다.With the development of semiconductor technology, antennas are also getting higher and smaller. The antenna for the weapon system has recently evolved from a passive electrically scanned array antenna to an active electrically scanned array antenna.
능동형 위상배열 안테나('능동형 안테나'라고 한다)는 반도체 기술을 이용하여 송수신 모듈을 제작함으로써 기존의 수동 위상배열 안테나 보다 성능을 높이고, 크기를 줄일 수 있다. 이러한 능동형 안테나는 송수신 모듈에 고성능 및 고발열의 송수신 소자들이 존재한다. 따라서, 기존의 수동 위상배열 안테나에 비하여 최근의 능동형 안테나는 송수신 모듈의 단위 면적당 발열량이 크다.Active phased array antennas (called 'active antennas') can increase and decrease the size and performance of conventional passive phased array antennas by fabricating transmit / receive modules using semiconductor technology. Such an active antenna has high performance and high heat generation transmission / reception elements in the transmission / reception module. Therefore, the current active antenna has a larger heat generation per unit area of the transmission / reception module than the conventional passive phased array antenna.
능동형 안테나의 성능 유지를 위해서, 방열 설계를 통하여 송수신 소자들에서 발생하는 열을 효과적으로 제거하고, 송수신 소자들이 적정한 온도 범위에서 동작할 수 있도록 하여야 한다.In order to maintain the performance of the active antenna, the heat dissipation design should effectively remove the heat generated from the transmission and reception elements and allow the transmission and reception elements to operate in the appropriate temperature range.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.The background art of this invention is published in the following patent document.
본 발명은 능동형 안테나의 열적 신뢰성을 높일 수 있는 능동형 안테나의 방열 장치 및 이를 구비하는 능동형 안테나를 제공한다.The present invention provides a heat dissipation device of an active antenna that can increase the thermal reliability of the active antenna and an active antenna having the same.
본 발명의 실시 형태에 따른 능동형 안테나의 방열 장치는, 제1 방향으로 나열되고, 제2 방향으로 연장되며, 능동형 안테나의 송수신 소자들과 열적으로 접촉하는 복수개의 플레이트부; 제1 방향으로 연장되고, 상기 플레이트부의 일단부와 연통하는 입구 헤더부; 제1 방향으로 연장되고, 상기 플레이트부의 타단부와 연통하는 출구 헤더부; 상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부를 통해, 상기 플레이트부에 냉각유체를 공급하고, 상기 플레이트부에서 냉각유체를 회수하는 냉각유체 순환부;를 포함하고, 냉각유체의 흐름을 기준으로, 상기 입구 헤더부는 상류 구간의 단면적이 하류 구간의 단면적보다 작고, 상기 출구 헤더부는 상류 구간의 단면적이 하류 구간의 단면적보다 크고, 상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부의 기준 단면적의 크기를 D 라 할 때, 상기 상류 구간의 단면적의 크기는 D 보다 작고, 상기 하류 구간의 단면적의 크기는 D 보다 크다.A heat dissipating device of an active antenna according to an embodiment of the present invention includes a plurality of plate parts arranged in a first direction, extending in a second direction, and thermally contacting transmission / reception elements of the active antenna; An inlet header portion extending in a first direction and communicating with one end of the plate portion; An outlet header portion extending in a first direction and communicating with the other end portion of the plate portion; And a cooling fluid circulation part for supplying cooling fluid to the plate part and recovering the cooling fluid from the plate part through the inlet header part and the outlet header part, wherein the inlet header part is based on the flow of the cooling fluid. The cross-sectional area of the upstream section is smaller than the cross-sectional area of the downstream section, the outlet header section has a larger cross-sectional area of the upstream section, and the size of the reference cross-sectional area of the inlet header section and the outlet header section is D. The size of the cross-sectional area is smaller than D, and the size of the cross-sectional area of the downstream section is larger than D.
본 발명의 실시 형태에 따른 능동형 안테나의 방열 장치는, 제1 방향으로 나열되고, 제2 방향으로 연장되며, 능동형 안테나의 송수신 소자들과 열적으로 접촉하는 복수개의 플레이트부; 제1 방향으로 연장되고, 상기 플레이트부의 일단부와 연통하는 입구 헤더부; 제1 방향으로 연장되고, 상기 플레이트부의 타단부와 연통하는 출구 헤더부; 상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부를 통해, 상기 플레이트부에 냉각유체를 공급하고, 상기 플레이트부에서 냉각유체를 회수하는 냉각유체 순환부;를 포함하고, 냉각유체의 흐름을 기준으로, 상기 입구 헤더부는 상류 구간의 단면적이 하류 구간의 단면적보다 작고, 상기 출구 헤더부는 상류 구간의 단면적이 하류 구간의 단면적보다 크고, 상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부의 기준 단면적의 크기를 D 라 할 때, 상기 상류 구간의 단면적의 크기는 D 보다 작고, 상기 하류 구간의 단면적의 크기는 D 보다 크고, 상기 플레이트부는 내부에 제2 방향 및 제3 방향으로 복수회 연장 및 굴절된 단일 유로가 형성된다.A heat dissipating device of an active antenna according to an embodiment of the present invention includes a plurality of plate parts arranged in a first direction, extending in a second direction, and thermally contacting transmission / reception elements of the active antenna; An inlet header portion extending in a first direction and communicating with one end of the plate portion; An outlet header portion extending in a first direction and communicating with the other end portion of the plate portion; And a cooling fluid circulation part for supplying cooling fluid to the plate part and recovering the cooling fluid from the plate part through the inlet header part and the outlet header part, wherein the inlet header part is based on the flow of the cooling fluid. The cross-sectional area of the upstream section is smaller than the cross-sectional area of the downstream section, the outlet header section has a larger cross-sectional area of the upstream section, and the size of the reference cross-sectional area of the inlet header section and the outlet header section is D. The size of the cross-sectional area is smaller than D, and the size of the cross-sectional area of the downstream section is larger than D, and the plate part is provided with a single flow path extending and refracted a plurality of times in the second and third directions.
본 발명의 실시 형태에 따른 능동형 안테나의 방열 장치는, 제1 방향으로 나열되고, 제2 방향으로 연장되며, 능동형 안테나의 송수신 소자들과 열적으로 접촉하는 복수개의 플레이트부; 제1 방향으로 연장되고, 상기 플레이트부의 일단부와 연통하는 입구 헤더부; 제1 방향으로 연장되고, 상기 플레이트부의 타단부와 연통하는 출구 헤더부; 상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부를 통해, 상기 플레이트부에 냉각유체를 공급하고, 상기 플레이트부에서 냉각유체를 회수하는 냉각유체 순환부;를 포함하고, 냉각유체의 흐름을 기준으로, 상기 입구 헤더부는 상류 구간의 단면적이 하류 구간의 단면적보다 작고, 상기 출구 헤더부는 상류 구간의 단면적이 하류 구간의 단면적보다 크고, 상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부의 기준 단면적의 크기를 D 라 할 때, 상기 상류 구간의 단면적의 크기는 D 보다 작고, 상기 하류 구간의 단면적의 크기는 D 보다 크고, 상기 냉각유체의 성분은 부동액을 포함하고, 상기 플레이트부의 재질은 금속을 포함한다.A heat dissipating device of an active antenna according to an embodiment of the present invention includes a plurality of plate parts arranged in a first direction, extending in a second direction, and thermally contacting transmission / reception elements of the active antenna; An inlet header portion extending in a first direction and communicating with one end of the plate portion; An outlet header portion extending in a first direction and communicating with the other end portion of the plate portion; And a cooling fluid circulation part for supplying cooling fluid to the plate part and recovering the cooling fluid from the plate part through the inlet header part and the outlet header part, wherein the inlet header part is based on the flow of the cooling fluid. The cross-sectional area of the upstream section is smaller than the cross-sectional area of the downstream section, the outlet header section has a larger cross-sectional area of the upstream section, and the size of the reference cross-sectional area of the inlet header section and the outlet header section is D. The size of the cross-sectional area is smaller than D, the size of the cross-sectional area of the downstream section is larger than D, the component of the cooling fluid comprises an antifreeze, the material of the plate portion comprises a metal.
상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부의 단면적이 제1 방향으로 일정하다고 가정할 때, 내부를 흐르는 냉각유체의 유량값이 중간값에 가장 가까운 플레이트부를 기준 플레이트라고 하면, 상기 상류 구간 및 하류 구간은 상기 기준 플레이트를 기준으로 정의될 수 있다.Assuming that the cross-sectional areas of the inlet header portion and the outlet header portion are constant in the first direction, assuming that the flow rate of the cooling fluid flowing therein is the plate portion closest to the intermediate value, the upstream section and the downstream section are the reference plate. It can be defined based on the plate.
상기 기준 플레이트는 상기 상류 구간에 연통하고, 상기 기준 플레이트는 상기 상류 구간을 통하여 냉각유체를 유입 및 배출할 수 있다.The reference plate may communicate with the upstream section, and the reference plate may introduce and discharge a cooling fluid through the upstream section.
상기 플레이트부는 제1 방향의 양측 면에 상기 송수신 소자들이 배치되고, 상기 송수신 소자들은 상기 양측 면에 각기 격자 형태로 배열될 수 있다.The transceiving elements may be disposed on both sides of the plate part in a first direction, and the transceiving elements may be arranged in a lattice form on the both sides.
상기 격자 형태는 제2 방향 및 제3 방향에 대한 2차원 격자 형태이고, 상기 격자 형태를 따라, 상기 플레이트부의 내부에 단일 유로가 형성될 수 있다.The grating shape is a two-dimensional grating shape in the second direction and the third direction, and a single flow path may be formed in the plate part along the grating shape.
상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부는 제2 방향으로 이격되고, 상기 플레이트부는 상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부의 사이에서, 상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부를 제2 방향으로 연결시킬 수 있다.The inlet header part and the outlet header part may be spaced apart in the second direction, and the plate part may connect the inlet header part and the outlet header part in the second direction between the inlet header part and the outlet header part.
제1 방향에 대한, 상기 입구 헤더부의 냉각유체의 흐름 및 상기 출구 헤더부의 냉각유체의 흐름은 같은 방향으로 형성될 수 있다.The flow of the cooling fluid of the inlet header part and the flow of the cooling fluid of the outlet header part with respect to the first direction may be formed in the same direction.
상기 플레이트부는, 제2 방향의 길이가 제3 방향의 폭보다 크고, 제3 방향의 폭이 제1 방향의 두께보다 클 수 있다.The plate part may have a length in a second direction greater than a width in a third direction, and a width in a third direction may be greater than a thickness in a first direction.
상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부 각각은, 제1 방향의 길이가 제2 및 제3 방향의 직경보다 클 수 있다.Each of the inlet header part and the outlet header part may have a length in the first direction greater than a diameter in the second and third directions.
상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부의 직경은 상기 플레이트부의 폭보다 작고, 상기 플레이트부의 두께보다 클 수 있다.Diameters of the inlet header portion and the outlet header portion may be smaller than the width of the plate portion and larger than the thickness of the plate portion.
상기 단일 유로는 적어도 세 개 이상의 연장 구간과 적어도 두 개 이상의 굴절 구간을 포함하고, 상기 연장 구간의 개수는 홀수로 증가하고, 상기 굴절 구간의 개수는 짝수로 증가하며, 그 유동 단면은 사각형 형상을 포함할 수 있다.The single flow path includes at least three extension sections and at least two refracting sections, the number of the extending sections increases to an odd number, the number of the refraction sections increases to an even number, and the flow cross section has a rectangular shape. It may include.
상기 부동액은 에틸렌 글리콜을 포함할 수 있다.The antifreeze may comprise ethylene glycol.
상기 금속은 알루미늄을 포함할 수 있다.The metal may comprise aluminum.
상기 상류 구간 및 하류 구간의 단면적의 크기는 0.8D 및 1.6D 일 수 있다.The size of the cross-sectional area of the upstream section and the downstream section may be 0.8D and 1.6D.
본 발명의 실시 형태에 따른 능동형 안테나는, 자유 공간을 통하여 전파를 송수신하는 복수개의 복사 소자; 복수개의 하우징에 수용되며, 상기 복사 소자로 급전되는 전파의 크기 및 위상을 제어하는 복수개의 송수신 소자; 상기 하우징 및 복사 소자에 열적으로 접촉된 상기 방열 장치;를 포함한다.An active antenna according to an embodiment of the present invention, a plurality of radiation elements for transmitting and receiving radio waves through free space; A plurality of transmission / reception elements housed in a plurality of housings and controlling magnitude and phase of radio waves fed to the radiation elements; And the heat dissipation device in thermal contact with the housing and the radiation element.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 능동형 안테나의 송수신 소자들을 원하는 온도로 원활하게 냉각시킬 수 있다. 상세하게는, 송수신 소자들을 냉각시키는 복수개의 플레이트부에 냉각유체를 적절하게 분기시켜 공급하면서, 플레이트부 내에서 냉각유체를 적절하게 집중시킴으로써, 송수신 소자들의 온도를 원하는 온도로 원활하게 냉각시킬 수 있다. 즉, 복수개의 플레이트부 간의 냉각유체의 유량 편차를 최소화시킬 수 있고, 플레이트부 내에서 송수신 소자별로 할당되는 냉각유체의 유량을 최대화시킬 수 있다. 따라서, 송수신 소자들에 다량의 냉각유체를 최대한 균일하게 공급하여, 송수신 소자들의 온도를 원하는 온도로 원활하게 냉각시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the transmission / reception elements of the active antenna can be smoothly cooled to a desired temperature. In detail, the cooling fluid can be smoothly cooled to a desired temperature by appropriately concentrating the cooling fluid in the plate while supplying the cooling fluid appropriately branched to the plurality of plate parts for cooling the transmission / reception elements. . That is, the flow rate variation of the cooling fluid between the plurality of plate parts can be minimized, and the flow rate of the cooling fluid allocated to each transmission / reception element in the plate part can be maximized. Therefore, by supplying a large amount of cooling fluid to the transmission and reception elements as uniformly as possible, it is possible to smoothly cool the temperature of the transmission and reception elements to a desired temperature.
이로부터 능동형 안테나의 작동 시에 송수신 소자들의 온도를 송수신 소자들이 안정적으로 작동할 수 있는 온도로 유지할 수 있다. 즉, 능동형 안테나의 열적 신뢰성을 높일 수 있고, 능동형 안테나의 안정적인 임무 수행이 가능하다.From this, it is possible to maintain the temperature of the transmitting and receiving elements at a temperature at which the transmitting and receiving elements can stably operate when the active antenna is operated. That is, the thermal reliability of the active antenna can be increased, and the stable mission of the active antenna can be performed.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 능동형 안테나의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 능동형 안테나의 방열 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 플레이트부의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 입구 헤더부의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 출구 헤더부의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 단일 유로의 개략도이다.
도 7 내지 도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 방열 장치의 설계 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a schematic diagram of an active antenna according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a heat radiation device of an active antenna according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view of a plate portion according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram of an inlet header unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram of an outlet header part according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 is a schematic diagram of a single flow path according to an embodiment of the present invention.
7 to 23 are views for explaining a method of designing a heat radiation device according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described an embodiment of the present invention; However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms. Only embodiments of the present invention are provided to complete the disclosure of the present invention and to fully inform the scope of the invention to those skilled in the art. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The drawings may be exaggerated to illustrate embodiments of the invention, and like reference numerals designate like elements in the drawings.
본 발명의 실시 예에 따른 능동형 안테나의 방열 장치(이하 '방열 장치'라고 한다)는 능동형 안테나에 구비된 고성능 및 고발열의 송수신 소자들을 효과적으로 냉각시킬 수 있도록 냉각유체를 적절하게 분기 및 분포시킬 수 있다. 따라서, 방열 장치는 송수신 소자들의 온도를 송수신 소자들이 안정적으로 작동할 수 있는 온도로 유지시킬 수 있다. 즉, 방열 장치는 능동형 안테나의 열적 신뢰성을 높일 수 있다. 이로부터 능동형 안테나의 안정적인 임무 수행이 가능하다.The heat dissipation device of the active antenna (hereinafter referred to as a “heat dissipation device”) according to an embodiment of the present invention may appropriately branch and distribute the cooling fluid so as to effectively cool the high-performance and high-heat transmitting / receiving elements included in the active antenna. . Thus, the heat dissipation device can maintain the temperature of the transmitting and receiving elements at a temperature at which the transmitting and receiving elements can operate stably. That is, the heat dissipation device can increase the thermal reliability of the active antenna. From this it is possible to perform a stable mission of the active antenna.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 능동형 안테나의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 방열 장치의 개략도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 플레이트부의 개략도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 입구 헤더부의 개략도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 출구 헤더부의 개략도이며, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 단일 유로의 개략도이다.1 is a schematic view of an active antenna according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic view of a heat dissipation device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic view of a plate unit according to an embodiment of the present invention. 4 is a schematic view of an inlet header part according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a schematic view of an outlet header part according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a schematic view of a single flow path according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 능동형 안테나를 설명한다.1 to 3, an active antenna according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 실시 예에 따른 능동형 안테나(1)는, 자유 공간을 통하여 RF 신호를 송수신하는 복수개의 복사 소자(10), 복사 소자(10)의 전자적 빔 조향을 수행하는 복수개의 송수신 모듈(20), 및 송수신 모듈(20)을 냉각시키는 방열 장치(300)를 포함한다.
복사 소자(10)는 수십 내지 수만 개일 수 있다. 복사 소자(10)는 소정의 패턴으로 배열될 수 있다. 복사 소자(10)는 자유 공간으로 RF 신호를 방사시킬 수 있다. 또한, 복사 소자(10)는 자유 공간으로 방사되는 RF 신호를 수신할 수 있다. RF 신호를 전자파 혹은 전파라고 지칭할 수 있다.The
송수신 모듈(20)은 수십 내지 수만 개일 수 있다. 송수신 모듈(20)은 바둑판 혹은 격자 형태로 배열되어 그 기능을 수행한다. 송수신 모듈(20)은 복사 소자(10)와 연결될 수 있다. 송수신 모듈(20)은 복사 소자(10)와 일대일로 대응될 수 있다. 송수신 모듈(20)은 방열 장치(300)와 접촉할 수 있다. 송수신 모듈(20)은 방열 장치(300)에 의하여 냉각될 수 있다.The transmission and
송수신 모듈(20)은, 복사 소자(10)로 급전되는 RF 신호의 크기와 위상을 제어하는 복수개의 송수신 소자(21), 송수신 소자(21)가 수용되는 하우징(22)을 포함할 수 있다.The transmission /
송수신 소자(21)는 반도체 소자로 구현될 수 있다. 송수신 소자(21)는 RF 신호를 수신하고, RF 신호의 크기와 위상을 전자적으로 제어하고, RF 신호를 복사 소자(10)로 송신할 수 있다. 이에, 복사 소자(10)에서 자유 공간으로 방사되는 RF 신호의 전자적 빔 조향이 수행될 수 있다. 송수신 소자(21)는 회로 기판에 실장될 수 있다. 회로 기판은 하우징(22)의 내부 공간에 수용될 수 있다.The
송수신 소자(21)는 열을 발생시킬 수 있다. 송수신 소자(21)를 열원 혹은 발열원이라고 지칭할 수 있다. 송수신 소자(21)에서 발생하는 열을 제거하지 않으면, 송수신 소자(21)의 열 밀도가 높아져서, 송수신 소자(21)의 오작동이 발생하거나, 송수신 소자(21)가 손상될 수 있다.The
하우징(22)은 예컨대 육면체 형상일 수 있다. 물론, 하우징(22)의 형상은 다양할 수 있다. 하우징(22)은 방열 장치(300)와 접촉할 수 있다. 하우징(22)을 통하여, 송수신 소자(21)의 열이 방열 장치(300)로 전달될 수 있다.The
방열 장치(300)는 하우징(22) 및 송수신 소자(21)와 열적으로 접촉할 수 있다. 구체적으로, 방열 장치(300)는 하우징(22)을 통하여 송수신 소자(21)와 열적으로 접촉할 수 있다. 방열 장치(300)는 냉각유체를 이용하여, 고발열부인 송수신 소자(21)의 열을 냉각유체로 효과적으로 방열시킬 수 있고, 능동형 안테나(1)의 열적 성능을 만족시킬 수 있다. 냉각유체는 액체 상태일 수 있다. 즉, 방열 장치(300)는 액체냉각 방식으로 송수신 소자(21)의 열을 원활하게 방열시킬 수 있다. 이러한 방열 장치(300)를 능동형 안테나의 액체냉각 시스템이라고 지칭할 수 있다.The heat dissipation device 300 may be in thermal contact with the
능동형 안테나(1)가 열적 요구 조건을 만족하는 것을 능동형 안테나(1)의 열적 성능이 좋다라고 표현한다. 능동형 안테나(1)의 열적 요구 조건은 작동 중인 송수신 소자(21)들의 온도가 기준 온도보다 낮은 조건, 작동 중인 송수신 소자(21)들의 온도 편차가 기준 온도 편차보다 낮은 조건, 작동 중인 송수신 소자(21)들의 온도 분포가 음의 포물선(negative parabola) 형상에 부합하는 조건을 포함한다.When the
기준 온도는 능동형 안테나(1)의 정상 동작이 가능한 송수신 소자(21)의 온도들 중, 최고 온도를 의미한다. 또한, 기준 온도 편차는 능동형 안테나(1)의 정상 동작이 가능한 송수신 소자(21)의 온도들 중, 최고 온도와 최저 온도 간의 온도 편차를 의미한다.The reference temperature means the highest temperature among the temperatures of the transmitting and receiving
또한, 송수신 소자(21)들의 온도 분포는 후술하는 복수개의 플레이트부(310)가 나열된 방향으로의 송수신 소자(21)들의 온도 분포를 의미한다.In addition, the temperature distribution of the transmitting and receiving
구체적으로, 송수신 소자(21)들 중 주요 소자를 플레이트부(310)별로 선택하고, 복수개의 플레이트부(310)의 순서를 그래프의 가로 축으로 하고, 주요 소자의 온도를 그래프의 세로 축으로 하여, 2차원 그래프를 도시하였을 때, 그래프의 형상을 송수신 소자(21)들의 온도 분포라고 한다.Specifically, the main elements of the transmission and
음의 포물선 형상은 그래프의 형상이 좌우로 대체로 대칭하면서, 그 중심부가 위로 볼록하고, 그 주변부가 아래로 볼록한 형상을 의미한다.A negative parabolic shape means that the shape of the graph is generally symmetrical from side to side, with its center convex up and its periphery convex down.
능동형 안테나(1)는 상술한 열적 요구 조건을 모두 만족할 때 가장 원활하게 작동할 수 있다. 원활하게 작동한다는 것은 능동형 안테나(1)의 원하는 빔 방사 각도와 실제 빔 방사 각도 간의 오차를 최소화할 수 있는 것을 의미한다.The
도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 방열 장치(300)를 상세하게 설명한다.1 to 6, the heat dissipation device 300 according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
본 발명의 실시 예에 따른 방열 장치(300)는, 제1 방향(X)으로 나열되고, 제2 방향(Y)으로 연장되며, 능동형 안테나(1)의 송수신 소자(21)들과 열적으로 접촉하는 복수개의 플레이트부(310), 제1 방향(X)으로 연장되고, 플레이트부(310)의 일단부와 연통하는 입구 헤더부(320), 제2 방향(Y)으로 연장되고, 플레이트부(310)의 타단부와 연통하는 출구 헤더부(330), 입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330)를 통해, 플레이트부(310)에 냉각유체를 공급하고, 플레이트부(310)에서 냉각유체를 회수하는 냉각유체 순환부(340)를 포함한다.The heat dissipation device 300 according to the embodiment of the present invention is arranged in the first direction X, extends in the second direction Y, and thermally contacts the transmission /
냉각유체는 입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330)의 내부를 흐르면서, 냉각유체의 흐름을 기준으로, 상류 구간(Du)에서 하류 구간(Dd)으로 갈수록 마찰 및 유량 분배, 중력 등에 의해 에너지가 손실되고, 압력이 저하된다. 이에, 후술하는 유량분배 최적화 구조로 입구 헤더부(320)와 출구 헤더부(330)를 마련하지 않고, 예컨대 입구 헤더부(320)와 출구 헤더부(330)의 단면적이 제1 방향(X)으로 일정하면, 냉각유체가 복수개의 플레이트부(310)에 선형적으로 차등되어 분배된다. 이러한 경우, 냉각유체가 송수신 소자(21)들을 원활하게 냉각하지 못하고, 능동형 안테나(1)의 열적 성능을 만족시킬 수 없다.The cooling fluid flows inside the
따라서, 입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330)의 냉각유체의 흐름을 기준으로, 입구 헤더부(320)는 상류 구간(Du)의 단면적이 하류 구간(Dd)의 단면적보다 작고, 출구 헤더부(330)는 상류 구간(Du)의 단면적이 하류 구간(Dd)의 단면적보다 클 수 있다. 이러한 입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330)의 구조를 유량분배 최적화 구조라고 지칭한다. 한편, 상술한 유량분배 최적화 구조와 구분할 수 있도록, 입구 헤더부(320)와 출구 헤더부(330)의 단면적이 제1 방향(X)을 따라 일정한 구조를 유량분배 선형 증감 구조라고 명명한다.Therefore, based on the flow of the cooling fluid of the
유량분배 최적화 구조에 의해, 복수개의 플레이트부(310) 각각에 비교적 균일하게 냉각유체를 공급하여 송수신 소자(21)들을 전체적으로 원활하게 냉각할 수 있고, 능동형 안테나(1)의 열적 성능을 좋게 할 수 있다.By the flow distribution optimization structure, it is possible to supply the cooling fluid relatively uniformly to each of the plurality of
여기서, 비교적 균일한 것은 입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330) 중 적어도 어느 하나의 단면적이 일정할 때, 입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330)를 통해 복수개의 플레이트부(310)로 냉각유체가 차등 분배되는 것에 비하여 균일한 것을 의미한다.Here, when the cross-sectional area of at least one of the
즉, 본 발명의 실시 예에서는, 입구 헤더부(320)와 출구 헤더부(330)의 상술한 구조에 의해, 냉각유체 순환부(340)가 상류 구간(Du)의 플레이트부(310)들과 하류 구간(Dd)의 플레이트부(310)들에 적절한 온도의 냉각유체를 비교적 고르게 분배할 수 있다. 이를 통하여 복수개의 플레이트부(310)가 능동형 안테나(1)의 열적 성능을 고려한 송수신 소자(21)들의 방열을 수행할 수 있다.That is, in the embodiment of the present invention, by the above-described structure of the
한편, 제1 방향(X)에 대한 입구 헤더부(320)의 냉각유체의 흐름과 출구 헤더부(330)의 냉각유체의 흐름은 같은 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 냉각유체가 입구 헤더부(320)에서 좌에서 우로 흐르면, 출구 헤더부(330)에서도 냉각유체가 좌에서 우로 흐를 수 있다.Meanwhile, the flow of the cooling fluid of the
본 발명의 실시 예를 설명하기 쉽도록 다음과 같이 방향을 정의한다. 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 및 제3 방향은 서로 교차하는 방향일 수 있다. 제1 방향(X)은 좌우 방향일 수 있고, 제2 방향(Y)은 상하 방향일 수 있다. 제3 방향(Z)은 전후 방향일 수 있다. 물론, 이들 방향은 다양하게 정의될 수 있다.In order to facilitate describing embodiments of the present invention, directions are defined as follows. The first direction X, the second direction Y, and the third direction may be directions crossing each other. The first direction X may be left and right, and the second direction Y may be up and down. The third direction Z may be a front-rear direction. Of course, these directions can be defined in various ways.
본 발명의 실시 예를 설명하기 쉽도록 다음과 같이 용어를 정의한다. 상류는 냉각유체가 상대적으로 먼저 통과하는 지점 혹은 부분을 의미한다. 그리고 하류는 냉각유체가 상대적으로 나중에 통과하는 지점 혹은 부분을 의미한다.To facilitate describing the embodiments of the present invention, terms are defined as follows. Upstream means the point or portion where the cooling fluid passes relatively first. And downstream means the point or portion where the cooling fluid passes relatively later.
이하, 방열 장치(300)의 구성부를 순서대로 상세하게 설명한다.Hereinafter, the structural part of the heat radiating apparatus 300 is demonstrated in detail in order.
플레이트부(310)는 복수개 구비될 수 있다. 플레이트부(310)는 제1 방향(X)으로 나열될 수 있다. 플레이트부(310)는 제2 방향(Y)으로 연장될 수 있다. 플레이트부(310)는 능동형 안테나(1)의 송수신 소자(21)들과 열적으로 접촉할 수 있다.The
플레이트부(310)는 제1 방향(X)의 양측 면에 송수신 소자(21)들이 배치될 수 있다. 구체적으로, 플레이트부(310)의 상술한 양측 면에 복수개의 하우징(22)이 배치되고, 각각의 하우징(22)에 복수개의 송수신 소자(21)가 수용될 수 있다. 이처럼 하나의 플레이트부(310)당 복수개의 송수신 모듈(20)이 열적으로 접촉할 수 있다.The
여기서, 하우징(22)은 플레이트부(31)의 상술한 양측 면 각각에 복수개 배치되며, 제2 방향(Y)으로 나열될 수 있다. 송수신 소자(21)들은 플레이트부(31)의 상술한 양측 면 각각에 각기 격자 형태로 배열될 수 있다. 이때, 격자 형태는 제2 방향(Y) 및 제3 방향에 대한 2차원 격자 형태일 수 있다.Here, a plurality of
플레이트부(310)의 상술한 양측 면은 제1 방향(X)으로 서로 대향하는 면을 지칭한다. 플레이트부(310)의 상술한 양측 면을 플레이트부(310)의 좌우 측면이라고 지칭할 수도 있다.The above-described two side surfaces of the
플레이트부(310)는 입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330) 사이에서, 입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330)를 제2 방향(Y)으로 연결시킬 수 있다. 입구 헤더부(320)와 연결된 플레이트부(310)의 일단부를 유입구측 단부 혹은 상측 단부라 하고, 출구 헤더부(330)와 연결된 플레이트부(310)의 타단부를 배출구측 단부 혹은 하측 단부라 한다.The
플레이트부(310)는, 제2 방향(Y)의 길이가 제3 방향(Z)의 폭보다 크고, 제3 방향의 폭(Z)이 제1 방향(X)의 두께보다 큰 냉각 판(311), 및 송수신 소자(21)들이 배열된 격자 형태를 따라, 냉각 판(331)의 내부에 형성되는 단일 유로(312)를 포함할 수 있다. The
냉각 판(311)의 재질은 금속 재질을 포함할 수 있다. 이때, 금속은 알루미늄을 포함할 수 있다. 물론, 냉각 판(311)의 재질은 각종 금속 및 그 합금 재질을 포함할 수 있다. 냉각 판(311)은 송수신 소자(21)에서 발생한 열을 단일 유로(312)의 내부를 흐르는 냉각유체로 전달할 수 있다.The material of the
냉각 판(311)의 두께는 입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330) 직경보다 작을 수 있다. 냉각 판(311)의 폭은 입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330) 직경보다 클 수 있다. 직경은 최대, 최소 또는 평균 직경일 수 있다. 냉각 판(311)은 두께가 수십㎜ 이고, 폭이 수백㎜ 이고, 길이가 수m 일 수 있다.The thickness of the
단일 유로(312)는 냉각 판(311)의 내부를 관통하도록 형성되거나, 별도의 냉각 관이 냉각 판(311)의 내부에 삽입된 구조일 수 있다. 이처럼 단일 유로(312)는 냉각 판(311)과 일체형일 수 있고, 또는, 냉각 판(311)과 단일 유로(312)는 별개의 부재들이 서로 결합된 형태일 수 있다. 단일 유로(312)가 별도의 냉각 관일 경우, 단일 유로(312)의 재질은 냉각 판(311)의 재질과 같을 수 있다.The
단일 유로(312)는 일 단부 예컨대 유입구가 냉각 판(311)의 유입구측 단부를 관통하여 입구 헤더부(320)와 연통하고, 타 단부 예컨대 배출구가 냉각 판(311)의 배출구측 단부를 관통하여 출구 헤더부(330)와 연통할 수 있다. 단일 유로(312)는 입구 헤더부(320)로부터 냉각유체를 공급받고, 출구 헤더부(330)로 냉각 유체를 배출할 수 있다.The
한편, 단일 유로(312)의 내부면에는 휜이 마련될 수도 있다. 예컨대 단일 유로(312)의 내부면에 휜이 돌출될 수 있고, 단일 유로(312)가 연장된 방향을 따라서 휜이 연장될 수 있다. 물론, 휜의 형상은 예컨대 나선형 등 다양할 수 있다.On the other hand, the inner surface of the
단일 유로(312)는 냉각 판(311)의 내부에서 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z)으로 복수회 연장 및 굴절될 수 있다. 예컨대 단일 유로(312)는 S자 형상으로 형성될 수 있다. 단일 유로(312)는, 제2 방향(Y)으로 연장되는 복수의 연장 구간(312a) 및 연장 구간(312a)의 단부에서 제3 방향(Z)으로 굴절되는 복수의 굴절 구간(312b)를 포함할 수 있다.The
단일 유로(312)는 적어도 세 개 이상의 연장 구간(312a)과 적어도 두 개 이상의 굴절 구간(312b)을 포함할 수 있다. 연장 구간(312a)의 개수는 홀수로 증가하고, 굴절 구간(312b)의 개수는 짝수로 증가할 수 있다. 단일 유로(312)는 그 유동 단면이 사각형 형상을 포함할 수 있다.The
상술한 단일 유로(312)의 구조에 의하여, 냉각 판(311) 내에서, 송수신 소자(21)들이 배열된 격자 형태를 따라서 냉각유체를 적절하게 집중시킴으로써, 냉각 판(311) 내에서 송수신 소자(21)별로 할당되는 냉각유체의 유량을 최대화시킬 수 있다. 이에, 송수신 소자(21)들의 온도를 원하는 온도로 냉각시킬 수 있다.By the structure of the
본 발명의 실시 예에서는 플레이트부(310)의 개수를 N 개라 하고, 그중 상류 구간(Du)에 위치하는 플레이트부(310)의 개수를 K 개라 한다. 즉, 상류 구간(Du)에 K 개의 플레이트부(310)가 나열되고, 하류 구간(Dd)에 N-K 개의 플레이트부(310)가 나열된다.In the embodiment of the present invention, the number of
플레이트부(310)의 순서는 상류 구간(Du)에서 하류 구간(Dd)으로 향하는 방향을 기준으로 하며, 상류 구간(Du)에서 냉각유체가 가장 먼저 통과하는 첫번째 플레이트부를 제1플레이트부(#1)라고 하고, 상류 구간(Du)에서 냉각유체가 가장 나중에 통과하는 K번째 플레이트부를 제K플레이트부(#K)라고 한다. 하류 구간(Dd)에서 냉각유체가 가장 먼저 통과하는 K+1번째 플레이트부를 제K+1플레이트부(#K+1)라 하고, 하류 구간(Dd)에서 냉각유체가 N-1-K번째로 통과하는 플레이트부를 제N-1플레이트부(#N-1)라 하고, 하류 구간(Dd)에서 냉각유체가 가장 나중에 통과하는 N번째 플레이트부를 제N플레이트부(#N)라 한다. 제K플레이트부(#K)는 후술하는 기준 플레이트로서, 상류 구간(Du)에 연통하고, 상류 구간(Du)을 통해 냉각유체를 유입 및 배출할 수 있다.The order of the
입구 헤더부(320)는 제1 방향(X)으로 연장될 수 있다. 입구 헤더부(320)는 제1 방향(X)의 길이가 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z)의 직경보다 클 수 있다. 그리고 입구 헤더부(320)는 직경이 플레이트부(310)의 폭보다 작고, 플레이트부(310)의 두께보다 클 수 있다. 이때, 입구 헤더부(320)의 길이는 수m 일 수 있고, 직경은 수십㎜ 일 수 있다.The
입구 헤더부(320)는 복수개의 플레이트부(310)의 상측에 위치할 수 있다. 입구 헤더부(320)는 플레이트부(310)들의 일단부와 접촉 및 연통할 수 있다. 입구 헤더부(320)는 상류측 단부가 냉각유체 순환부(340)와 연결될 수 있다. 상류측 단부를 좌측 단부라고 할 수도 있다.The
입구 헤더부(320)는 냉각유체 순환부(340)로부터 냉각유체를 공급받고, 이를 복수개의 플레이트부(310)에 공급할 수 있다. 여기서, 냉각유체의 흐름을 기준으로 하여, 입구 헤더부(320)는 상류 구간(Du)의 단면적이 하류 구간(Dd)의 단면적보다 작다. 이러한 구조에 의하여, 입구 헤더부(320)의 내부를 흐르는 냉각유체는 상류 구간(Du)에서 유동 압력을 다소 낮출 수 있고, 하류 구간(Dd)에서 유동 압력을 다소 회복할 수 있다. 한편, 단면적은 입구 헤더부(320)의 내부에서 냉각유체가 흐르는 방향인 제1 방향(X)과 교차하는 단면 예컨대 횡단면의 유동 단면적을 의미한다.The
출구 헤더부(330)는 제1 방향(X)으로 연장될 수 있다. 출구 헤더부(330)는 제1 방향(X)의 길이가 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z)의 직경보다 클 수 있다. 그리고 출구 헤더부(330)는 직경이 플레이트부(310)의 폭보다 작고, 플레이트부(310)의 두께보다 클 수 있다. 이때, 출구 헤더부(320)의 길이는 수m 일 수 있고, 직경은 수십㎜ 일 수 있다.The
출구 헤더부(330)는 입구 헤더부(320)와 제2 방향(Y)으로 서로 이격될 수 있다. 출구 헤더부(330)는 복수개의 플레이트부(310)의 하측에 위치할 수 있다. 출구 헤더부(330)는 플레이트부(310)들의 타단부와 접촉 및 연통할 수 있다. 출구 헤더부(330)는 하류측 단부가 냉각유체 순환부(340)와 연결될 수 있다. 하류측 단부를 우측 단부라고 할 수도 있다.The
출구 헤더부(330)는 복수개의 플레이트부(310)에서 배출되는 냉각유체를 회수하여 냉각유체 순환부(340)로 공급할 수 있다. 이때, 냉각유체의 흐름을 기준으로, 출구 헤더부(330)는 상류 구간(Du)의 단면적이 하류 구간(Dd)의 단면적보다 크다. 이때, 단면적은 출구 헤더부(330)의 내부에서 냉각유체가 흐르는 방향인 제1 방향(X)과 교차하는 단면 예컨대 횡단면의 유동 단면적을 의미한다.The
이러한 구조에 의하여, 출구 헤더부(330)의 내부를 흐르는 냉각유체는 상류 구간(Du)에서 유동 압력을 상대적으로 높일 수 있고, 하류 구간(Dd)에서 유동 압력을 상대적으로 낮출 수 있다.By this structure, the cooling fluid flowing inside the
입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330)의 구조가 상술한 바와 같이 형성됨에 따라, 입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330)를 통하여, 냉각유체를 복수개의 플레이트부(310)에 비교적 균일하게 분기시켜 공급할 수 있다. 따라서, 복수개의 플레이트부(310) 간의 유량 편차를 최소화할 수 있다.As the structure of the
복수개의 플레이트부(310) 간의 유량 편차가 최소화 되면, 복수개의 플레이트부(310)에 의해 냉각되는 송수신 소자(21)들의 온도 분포가 음의 포물선 형상에 부합할 수 있고, 송수신 소자(21)들의 온도가 기준 온도보다 낮을 수 있고, 송수신 소자(21)들의 온도 편차가 기준 온도 편차보다 낮을 수 있다. 이에, 복수개의 송수신 소자(21)가 안정적으로 작동하여, 복사 소자(10)들의 실제 빔 방사 각도를 원하는 빔 방사 각도로 안정적으로 제어할 수 있다.When the flow rate variation between the plurality of
상술한 상류 구간(Du) 및 하류 구간(Dd)은 기준 플레이트를 기준으로 정의될 수 있다. 우선, 기준 플레이트를 정하는 과정은 다음과 같다.The above-described upstream section Du and the downstream section Dd may be defined based on the reference plate. First, the process of determining the reference plate is as follows.
입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330)의 단면적이 제1 방향(X)으로 일정하다고 가정한다. 입구 헤더부(320)와 출구 헤더부(330)를 통하여 복수개의 플레이트부(310)로 냉각유체를 공급하는 동안, 복수개의 플레이트부(310) 각각의 내부를 흐르는 냉각유체의 유량값을 구한다. 구체적으로, 입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330)의 단면적이 제1 방향(X)으로 일정한 비교 예에 따른 방열 장치를 모델링하고, 소정의 해석 조건을 입력한 후, 전산유체역학을 이용하여, 복수개의 플레이트부(310) 각각의 내부를 흐르는 냉각유체의 유량값을 구한다. 그리고 구해진 유량값이 중간값에 가장 가까운 플레이트부를 기준 플레이트로 정한다.It is assumed that the cross-sectional areas of the
이처럼 본 발명의 실시 예에서는 단순히 구조적 혹은 기하적으로 가운데 플레이트부를 기준 플레이트로 정하는 것이 아니고, 냉각유체의 흐름을 고려하여 기준 플레이트를 정한다. 이에, 냉각유체를 최대한 균일하게 분배하기 위한 입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330)의 구조 설계를 원활하게 수행할 수 있다.As described above, in the embodiment of the present invention, the reference plate is determined by considering the flow of the cooling fluid instead of simply defining the middle plate part as the reference plate structurally or geometrically. Accordingly, the structural design of the
기준 플레이트를 정하면, 상류 구간(Du)과 하류 구간(Dd)을 정의할 수 있다. 구체적으로, 기준 플레이트와 그 다음 플레이트 사이의 소정 구간을 중류 구간(Dm)으로 정한다. 이때, 다음 플레이트는 기준 플레이트에서 냉각유체가 흐르는 방향으로 이격된 플레이트부들 중 기준 플레이트와 가장 가까운 플레이트부를 의미한다.When the reference plate is determined, the upstream section Du and the downstream section Dd may be defined. Specifically, the predetermined section between the reference plate and the next plate is defined as the midstream section Dm. In this case, the next plate refers to a plate part closest to the reference plate among the plate parts spaced apart in the direction in which the cooling fluid flows from the reference plate.
그 다음에, 입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330)의 상류측 단부에서 중류 구간(Dm) 이전까지를 상류 구간(Du)으로 정한다. 또한, 중류 구간(Dm) 이후부터 입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330)의 하류측 단부까지를 하류 구간(Dd)으로 정한다. 중류 구간(Dm)은 디퓨저 형상일 수 있다. 물론, 그 형상은 다양할 수 있다.Next, the upstream section Du is determined from the upstream end of the
입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330) 각각의 상류 구간(Du)의 단면적과 하류 구간(Dd)의 단면적의 크기 관계에 따라, 복수개의 플레이트부(310)로의 후술하는 유량 분배의 정도가 달라질 수 있다.The degree of flow distribution to be described later to the plurality of
예컨대 입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330)의 기준 단면적의 크기를 D 라고 하면, 입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330)의 상류 구간(Du)의 단면적의 크기는 D 와 같고, 하류 구간(Dd)의 단면적의 크기는 D 보다 클 수 있다. 더욱 상세하게는, 하류 구간(Dd)의 단면적의 크기는 1.6D 일 수 있다.For example, when the size of the reference cross-sectional area of the
또는, 상술한 기준 단면적의 크기를 D 라고 하면, 상류 구간(Du)의 단면적의 크기는 D 보다 작고, 하류 구간(Dd)의 단면적의 크기는 D 보다 클 수 있다. 구체적으로, 각각의 단면적의 크기는 0.8D 및 1.6D 일 수 있다.Alternatively, when the size of the reference cross-sectional area described above is D, the size of the cross-sectional area of the upstream section Du may be smaller than D, and the size of the cross-sectional area of the downstream section Dd may be larger than D. Specifically, the size of each cross-sectional area may be 0.8D and 1.6D.
여기서, 기준 단면적의 크기 D는 복수개의 플레이트부(310) 각각의 단일 유로(320)의 유동 단면적을 합하여 산출된 값과 같을 수 있다. 이를테면 기준 단면적의 크기 D는 복수개의 플레이트부(310)에 각기 마련된 단일 유로(320)들의 유동 단면적의 총합과 같다.Here, the size D of the reference cross-sectional area may be equal to a value calculated by summing the flow cross-sectional areas of the
상술한 크기 관계에 의해, 복수개의 플레이트부(310) 간의 유량 분배의 정도가 0에 가까워질 수 있다. 이때, 복수개의 플레이트부(310)에 냉각유체가 균일하게 분배될수록 유량 분배의 정도가 0에 가까워지고, 복수개의 플레이트부(310)에 냉각유체가 선형적으로 차등 분배될수록 유량 분배의 정도가 0에서 멀어진다. 즉, 복수개의 플레이트부(310)에 냉각유체가 최대한 균일하게 분배될 수 있다.By the above-described size relationship, the degree of flow rate distribution between the plurality of
냉각유체 순환부(340)는 입구 헤더부(320) 및 출구 헤더부(330)를 통해, 플레이트부(310)에 냉각유체를 공급하고, 플레이트부(310)에서 냉각유체를 회수할 수 있다. 냉각유체 순환부(340)는, 냉각유체를 유입받아서 원하는 온도로 냉각시키고, 이를 다시 방출할 수 있는 냉각기(341), 냉각기(341)에서 방출되는 냉각유체를 입구 헤더부(320)로 공급하는 공급기(342), 출구 헤더부(330)로부터 냉각유체를 회수하여 냉각기(341)에 유입시키는 회수기(343), 냉각기(341)와 공급기(342) 및 회수기(343)를 연결시키고, 냉각유체의 전체 흐름을 제어하는 로터리 조인트(344)를 포함할 수 있다. 냉각유체 순환부(340)의 구성과 방식은 이 외에도 다양할 수 있다.The cooling fluid circulation part 340 may supply cooling fluid to the
냉각유체는 송수신 소자(21)를 원활하게 냉각시킬 수 있는 각종 냉매를 포함할 수 있다. 냉각유체의 성분은 부동액을 포함할 수 있다. 이때, 부동액은 에틸렌 글리콜을 포함할 수 있다. 즉, 냉각유체는 에틸렌 글리콜 수용액일 수 있다.The cooling fluid may include various refrigerants capable of smoothly cooling the transmission /
본 발명의 실시 예에 따르면, 냉각유체는 냉각유체 순환부(340)를 통하여 입구 헤더부(320)로 유입된 후, 입구 헤더부(320)에서 각 플레이트부(310)로 적절히 분기되고, 단일 유로(312)를 지나며 송수신 소자(21)로부터 열을 회수한다. 그리고 냉각유체는 출구 헤더부(330)를 통하여 냉각유체 순환부(340)로 회수된 후, 냉각되어 다시 입구 헤더부(320)로 유입된다. 방열 장치(300)는 이를 반복하여 방열 기능을 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cooling fluid flows into the
도 7 내지 도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 방열 장치의 설계 방법을 설명하기 위한 도면이다.7 to 23 are views for explaining a method of designing a heat radiation device according to an embodiment of the present invention.
도 7 내지 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 방열 장치의 예비설계 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 16 내지 도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 방열 장치의 최적화설계 과정을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 19 내지 도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 열해석 과정을 설명하기 위한 도면이다.7 to 15 are views for explaining a preliminary design process of a heat dissipation device according to an embodiment of the present invention, Figures 16 to 18 are views for explaining an optimization design process of a heat dissipation device according to an embodiment of the present invention. to be. 19 to 23 are views for explaining a thermal analysis process according to an embodiment of the present invention.
이하, 도 1 내지 도 23을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 방열 장치의 설계 방법('능동형 안테나를 위한 방열 설계 방법'이라고도 한다)을 설명한다.Hereinafter, referring to FIGS. 1 to 23, a design method (also referred to as a 'heat radiating design method for an active antenna') according to an exemplary embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 실시 예에 따른 방열 장치의 설계 방법은, 설계 목표를 결정하는 과정, 발열원 방열을 위한 플레이트부를 형상 설계하고, 형상 설계된 플레이트부의 성능을 수치 해석하고, 그 결과에 따라 플레이트부의 형상을 결정하는 예비설계 과정, 냉각유체 순환을 위한 헤더부를 형상 설계하고, 형상 설계된 헤더부의 성능을 수치 해석하고, 그 결과에 따라 헤더부의 형상을 결정하는 최적화설계 과정, 및 형상 결정된 플레이트부 및 헤더부의 성능을 수치 해석하고, 그 결과를 설계 목표와 대비하는 열해석 과정을 포함한다.In the method of designing a heat dissipation device according to an embodiment of the present invention, a process of determining a design target, a shape of a plate for heat dissipation of a heat source, a numerical analysis of the performance of a shape-designed plate, and the shape of the plate is determined according to the result. Preliminary design process, the shape design of the header portion for cooling fluid circulation, the numerical design analysis of the performance of the shape-designed header portion, and the optimization design process of determining the shape of the header portion according to the result, and the performance of the shape plate and the header portion Numerical analysis is included and thermal analysis is performed to compare the results with design goals.
설계 목표를 결정한다. 구체적으로, 능동형 안테나(1)의 원활한 임무 수행을 위한 열적 요구 조건을 설계 목표로 결정한다.Determine design goals. Specifically, the thermal requirements for smooth performance of the
액체냉각 방식의 경우, 냉각유체의 온도 및 유량과 같은 물리적 특성에 따라 발열원의 방열온도가 민감하게 반응하므로, 열적 요구 조건이 정확해야 한다.In the case of liquid cooling, the heat dissipation temperature of the heating source is sensitive depending on physical characteristics such as the temperature and flow rate of the cooling fluid, so the thermal requirements must be accurate.
열적 요구 조건의 예시를 아래의 표 1에 기재하였다.Examples of thermal requirements are listed in Table 1 below.
표 1을 참조하면, 송수신 소자(21)들의 온도가 기준 온도보다 낮은 조건, 송수신 소자(21)들의 온도 편차가 기준 온도 편차보다 낮은 조건, 송수신 소자(21)들의 온도 분포가 음의 포물선 형상에 부합하는 조건을 설계 목표로 결정한다.Referring to Table 1, the temperature of the transmission and
방열 장치(300)는 이러한 열적 요구 조건을 만족할 수 있도록 설계된다.The heat dissipation device 300 is designed to satisfy these thermal requirements.
기준 온도는 정상 동작이 가능한 송수신 소자(21)의 온도들 중, 최고 온도를 의미한다. 기준 온도를 요구 온도라고도 한다. 기준 온도 편차는 정상 동작이 가능한 송수신 소자(21)의 온도들 중, 최고 온도와 최저 온도의 편차를 의미한다. 기준 온도 편차를 요구 온도 편차라고도 한다.The reference temperature means the highest temperature among the temperatures of the
온도 분포는 복수개의 플레이트부(310)의 순서를 가로 축으로 하고, 각각의 플레이트부(310)에서 복수개의 송수신 소자(21)들 중 선택된 주요 소자들의 온도를 세로 축으로 하여, 2차원 그래프를 도시하였을 때, 그래프의 형상을 의미한다.The temperature distribution is a horizontal axis of the order of the plurality of
즉, 복수개의 송수신 소자(21)들 중 선택된 주요 소자들의 온도를 플레이트부(310)가 나열된 방향을 따라서 2차원 그래프로 도시하였을 때의 그래프의 형상이 온도 분포이다.That is, the shape of the graph when the temperature of the selected major elements of the plurality of
음의 포물선 형상은 그래프의 형상이 좌우로 대체로 대칭하며, 그 중심부가 위로 볼록하고, 그 주변부가 아래로 볼록한 형상을 의미한다.A negative parabolic shape means that the shape of the graph is generally symmetrical from side to side, with its center convex upward and its periphery convex downward.
이후, 발열원 방열을 위한 플레이트부를 형상 설계하고, 형상 설계된 플레이트부의 성능을 수치 해석하고, 그 결과에 따라 플레이트부의 형상을 결정한다.Then, the shape of the plate for heat dissipation of the heat source, the numerical analysis of the performance of the shape-designed plate portion, the shape of the plate portion is determined according to the result.
능동형 안테나(1)는 정해진 임무에 맞도록 송수신 모듈(20)의 배열이 정해질 수 있다. 미리 정해진 송수신 모듈(20)의 배열을 바탕으로 플레이트부(310)의 외형을 형상 설계한다. 예컨대 두께가 수십㎜ 이고, 폭이 수백㎜ 이고, 길이가 수m 인 사각 플레이트 형상으로 플레이트부(310)를 형상 설계한다.The
그리고 송수신 모듈(20)의 배열이 미리 정해지고, 플레이트부(310)의 외형이 형상 설계되면, 플레이트부(310)와 열접촉하는 송수신 모듈(20)의 발열 온도 및 플레이트부(310)가 방열시켜야 하는 열량을 알 수 있고, 또한, 방열에 필요한 냉각유체의 유량을 알 수 있다. 송수신 모듈(20)의 배열 및 방열에 필요한 냉각유체의 유량을 바탕으로 플레이트부(310)의 유로를 형상 설계한다. 예컨대 소정의 유동 단면적을 가지며, 송수신 소자(21)들의 배열 패턴을 따라 복수의 열을 지나가는 유로를 다양하게 형상 설계한다.When the arrangement of the transmission /
형상 설계된 플레이트부(310)의 성능을 수치 해석한다. 이때, 수치 해석은 3 차원 상용 전산 유체 해석 코드인 FLOW-3D v11 을 사용할 수 있다. 수치 해석에서 플레이트부(310)의 열 특성과, 압력 특성을 해석할 수 있다. 이때, 아래와 같은 해석 조건을 사용한다.Numerically analyze the performance of the designed
도 7은 방열 경로를 보여주는 도면이다. 송수신 소자(21)와 플레이트부(310) 사이의 방열 경로는 회로 기판(23), 열전도성 그리스(미도시), 고출력 증폭기(high power amplifier board carrier, 24), 열전도성 그리스(미도시) 및 하우징(22)으로 형성될 수 있다.7 is a view showing a heat dissipation path. The heat dissipation path between the transmitting and receiving
방열 경로의 전체 열 저항은 회로 기판(23), 열전도성 그리스, 고출력 증폭기(high power amplifier board carrier, 24), 열전도성 그리스 및 하우징(22) 각각의 열 저항의 합으로 구할 수 있다.The total thermal resistance of the heat dissipation path can be obtained by the sum of the thermal resistances of each of the
이때, 열전도성 그리스의 열 저항은 열전도성 그리스의 열전도율 및 열전도성 그리스가 도포된 면적에 반비례하고, 열전도성 그리스의 두께에 비례한다.At this time, the thermal resistance of the thermally conductive grease is inversely proportional to the thermal conductivity of the thermally conductive grease and the area where the thermally conductive grease is applied, and is proportional to the thickness of the thermally conductive grease.
한편, 하우징(22)과 플레이트부(310) 사이의 접촉 열저항은 열전달계수 및 접촉 면적에 반비례하고, 접촉면 간극(두께)에 비례한다. 이때, 열전도성 그리스의 열 저항이 하우징(22)과 플레이트부(310) 사이의 접촉 열저항보다 작은 값을 가질 것으로 추측할 수 있다.On the other hand, the contact thermal resistance between the
정확한 수치 해석을 위하여, 하우징(22)과 플레이트부(310)의 접촉면의 거칠기, 접촉 압력을 반영하여, 실험적으로 접촉 열저항을 도출하였다.For accurate numerical analysis, the contact thermal resistance was experimentally derived by reflecting the contact surface roughness and the contact pressure of the
상술한 방식으로 방열 경로의 전체 열 저항을 구하여 수치 해석에 사용한다.The total heat resistance of the heat dissipation path is obtained in the manner described above and used for numerical analysis.
도 8의 (a)는 수치 해석을 위한 전산유체역학 모델(이하 '모델'이라고 한다)의 송수신 모듈 부분을 예시적으로 보여주는 도면이고, 도 8의 (b)는 모델의 유로 일부를 예시적으로 보여주는 도면이고, 도 8의 (c)는 모델의 플레이트부 일부를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도면에서 모델의 격자는 도시를 생략하였다.FIG. 8A is a diagram illustrating a transmission / reception module portion of a computational fluid dynamics model (hereinafter, referred to as a model) for numerical analysis, and FIG. 8B is a diagram illustrating a portion of a flow path of the model. FIG. 8C is a diagram illustrating a part of a plate part of the model by way of example. In the drawings, the grid of the model is omitted.
수치 해석을 위한 전산유체역학 모델을 도 8의 (a), (b) 및 (c)와 같이 모델링한다. 이때, 수치 해석에 적합한 격자수를 확인하기 위해, 모델의 격자수를 바꿔가면서 모델의 열 해석을 수행하여 그 결과로 도출되는 모델의 최고 온도를 도 9와 같이 그래프로 도시하였다.Computational fluid dynamics model for numerical analysis is modeled as shown in (a), (b) and (c) of FIG. At this time, in order to confirm the lattice number suitable for the numerical analysis, the thermal analysis of the model was performed while changing the lattice number of the model, and the maximum temperature of the resulting model was graphically illustrated as shown in FIG. 9.
도 9를 보면, 7백만개 이상의 격자수에서 열 해석 결과가 일정한 값으로 수렴된다. 이에, 본 발명의 실시 예에서는 8백만개의 헥사고날(Hexagonal) 격자를 사용하여 모델링 및 수치 해석을 수행한다.9, the thermal analysis results converge at a constant value in more than 7 million lattice numbers. Accordingly, in the embodiment of the present invention, modeling and numerical analysis are performed using 8 million hexagonal grids.
도 10은 수치 해석에 사용할 경계 조건을 보여주는 도면이다. 수치 해석은 정상 해석을 사용하고, 난류 모델은 κ―ε 모델을 사용한다. κ―ε 모델은 상업적인 열전달 해석분야에서 비교적 정확한 해석결과와 빠른 계산 속도로 광범위하게 사용되는 모델이다.10 shows boundary conditions to be used for numerical analysis. The numerical analysis uses the normal analysis and the turbulence model uses the κ-ε model. The κ-ε model is widely used in the field of commercial heat transfer analysis with relatively accurate analysis results and fast calculation speed.
본 발명의 실시 예에서는, 넓은 3차원 해석 도메인에서 비교적 정확한 해석 결과 및 다양한 케이스 해석, 우수한 수렴성에 적합한 난류모델을 선정하여 해석을 수행한다.In an embodiment of the present invention, a turbulence model suitable for relatively accurate analysis results, various case analysis, and excellent convergence in a wide three-dimensional analysis domain is selected and performed.
도 11은 수치 해석에 사용된 유로 형상을 나타낸 도면이다. 2Row 는 2열 분기, 3Row 는 3열 분기이고, S 는 S형 단일 유로이다. 케이스 4 및 5에서 15mm 의 수치는 위치 변화를 의미한다. 유로 형상 외의 나머지 경계 조건은 동일하게 하여 수치 해석을 수행한다. 이때, 냉각유체의 종류 및 유로의 위치 변화에 대한 영향을 검토한다. 여기서, 수치 해석에 사용된 냉각유체의 종류는 EGW 60% 용액 및 PAO의 두 종류이다.11 is a diagram showing a flow path shape used for numerical analysis. 2Row is a two-row branch, 3Row is a three-row branch, and S is an S-type single flow path. A value of 15 mm in cases 4 and 5 means a change in position. The remaining boundary conditions other than the flow path shape are the same, and numerical analysis is performed. At this time, the influence on the type of cooling fluid and the positional change of the flow path are examined. Here, there are two types of cooling fluids used in the numerical analysis, EGW 60% solution and PAO.
도 12 내지 도 15는 상술한 수치 해석의 결과를 보여주는 도면이다.12 to 15 are diagrams showing the results of the above-described numerical analysis.
도 12는 플레이트부(310)상의 송수신 소자(21)들의 온도 분포를 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 13 및 도 14는 플레이트부(310)상의 송수신 소자(21)들의 온도들 중 최고 온도, 최고 온도와 최저 온도의 온도 차를 각각 냉각유체의 종류 및 유로 형태, 위치에 따라 구분하여 그래프로 도시한 도면이다.12 is a diagram illustrating a temperature distribution of the transmitting and receiving
도 14는 유로의 압력 손실을 냉각유체의 종류 및 유로 형태, 위치에 따라 구분하여 그래프로 도시한 도면이다.FIG. 14 is a graph illustrating pressure loss of the flow path according to the type of cooling fluid, the flow path shape, and the location.
수치 해석에서 도출된 플레이트부(310)의 열 특성과, 압력 특성을 보면, 먼저, 단일 유로가 압력 손실이 가장 크다. 하지만 압력 손실에도 불구하고, 방열 성능은 S형 단일 유로의 경우가 가장 우수하다. 그리고 냉각유체의 종류는 비열이 높은 EGW 60% 용액이 PAO보다 우수함을 알 수 있다. 또한, 냉각 유로의 위치 변화는 방열 성능에 크게 영향을 끼치지 않는 것을 알 수 있다.Looking at the thermal characteristics and pressure characteristics of the
따라서, 두께가 수십㎜ 이고, 폭이 수백㎜ 이고, 길이가 수m 인 사각 플레이트 형상이며, 소정 유동 단면적의 S형 단일 유로가 내부에 형성되는 것을 플레이트부(310)의 형상으로 결정한다.Therefore, the shape of the
이후, 냉각유체 순환을 위한 헤더부를 형상 설계하고, 형상 설계된 헤더부의 성능을 수치 해석하고, 그 결과에 따라 헤더부의 형상을 결정한다.After that, the shape of the header portion for cooling fluid circulation is designed, the performance of the shaped header portion is numerically analyzed, and the shape of the header portion is determined according to the result.
송수신 소자(21)의 온도 및 플레이트부(310)가 나열된 방향으로의 송수신 소자(21)의 온도 분포는 능동형 안테나(1)의 성능에 직접적인 영향을 주기 때문에, 플레이트부(310)로의 냉각유체의 유량 분배가 중요하다.Since the temperature distribution of the transmission /
유량 분배해석을 위한 플레이트부(310)의 유동 저항은 3차원 전산유체역학으로 해석하고, 유로 시스템 해석에 1차원 해석을 적용한다. 1차원 해석은 상용 전산유체 해석코드인 FLOW MASTER v8을 사용한다.The flow resistance of the
도 16은 1차원 해석을 위한 해석 모델이다. 도면부호 41은 입구 헤더부의 형상 및 유량 분배에 의한 압력 손실을 나타내는 해석 요소들이고, 도면부호 42는 플레이트부의 단일 유로를 지나면서 마찰, 유동저항 등에 의한 냉각유체의 압력 손실을 나타내는 해석 요소들이고, 도면부호 43은 출구 헤더부에서 유량이 합류되는 것에 의한 압력 손실을 나타내는 해석 요소들이다. 플레이트부에서의 유동저항은 3차원 해석 결과를 적용하여 해석을 수행한다.16 is an analysis model for one-dimensional analysis.
플레이트부에 유입되는 냉각유체의 유량은 플레이트부의 단일 유로의 입구와 출구 압력에 의해 결정된다. 플레이트부의 단일 유로의 입구와 출구 압력을 고려하여 유량을 균일하게 분배할 수 있는 헤더부의 형상을 결정하기 위해, 도 17에 도시된 네 가지의 방식으로 헤더부를 형상 설계한다. 도면의 D는 기준 단면적을 의미하고, 베이직 디자인 및 케이스 1은 본 발명의 비교 예들에 해당하며, 케이스 2 및 케이스 3은 본 발명의 실시 예들에 해당한다. 형상 설계에서 설계 인자는 헤더부의 단면적이다. 헤더부의 단면적은 앞서 설명한 기준 단면적의 값 D를 기준으로, 최소 0.8D에서 최대 1.6D 까지 헤더부의 단면적을 다르게 한다.The flow rate of the cooling fluid flowing into the plate portion is determined by the inlet and outlet pressures of the single passage of the plate portion. In order to determine the shape of the header portion capable of uniformly distributing the flow rate in consideration of the inlet and outlet pressures of the single flow path of the plate portion, the header portion is shaped in four ways as shown in FIG. In the drawing, D means a reference cross-sectional area, the basic design and
헤더부의 형상을 결정하기 위한 목적함수는 아래의 [식 1]과 같다.The objective function for determining the shape of the header portion is shown in [Equation 1] below.
[식 1][Equation 1]
여기서, Φ는 유량 분배의 정도를 나타내는 값이고, N 은 플레이트부(310)의 개수, i 는 플레이트부(310)의 순서, Q 는 냉각유체의 유량, 는 입구 헤더부(320)를 통하여 복수개의 플레이트부(310)로 공급되는 냉각유체의 총 유량을 플레이트부(310)의 개수로 나눈 평균 유량이다.Here, Φ is a value indicating the degree of flow rate distribution, N is the number of
여기서, 목적 함수의 값이 0에 가까울수록 유량 분배가 균일한 것이다.Here, the closer the value of the objective function is to 0, the more uniform the flow distribution.
도 18은 본 발명의 비교 예들과 실시 예들의 모델의 수치 해석의 결과로서, 가로 변은 플레이트부의 순서를 나타내고, 세로 변은 유량을 나타낸다.18 is a result of the numerical analysis of the model of the comparative examples and embodiments of the present invention, the horizontal side represents the order of the plate portion, the vertical side represents the flow rate.
도 18을 보면, 비교 예들의 경우에서는 플레이트부의 순서에 따라 유량이 선형적으로 변하는 것을 볼 수 있다. 이러한 경우, 송수신 소자의 온도도 플레이트부의 순서에 따라 선형적으로 달라지기 때문에, 능동형 안테나(1)의 빔 방사각의 큰 오차를 유발할 수 있다.Referring to FIG. 18, in the case of the comparative examples, it can be seen that the flow rate changes linearly according to the order of the plate parts. In this case, since the temperature of the transmitting / receiving element also varies linearly in accordance with the order of the plate portion, it may cause a large error in the beam radiation angle of the
반면, 실시 예들의 경우, 첫번째 플레이트부의 유량과 마지막 플레이트부의 유량의 차이가 크게 좁혀진 것을 알 수 있다. 즉, 유량 분배가 비교적 균일하게 된 것을 볼 수 있다. 이러한 해석 결과를 바탕으로 본 발명의 실시 예에서는 헤더부의 형상을 도 17에 도시된 케이스 2 및 케이스 3으로 결정한다.On the other hand, in the case of the embodiment, it can be seen that the difference between the flow rate of the first plate portion and the flow rate of the last plate portion is greatly narrowed. That is, it can be seen that the flow rate distribution becomes relatively uniform. In the embodiment of the present invention, the shape of the header part is determined as the
이후, 형상 결정된 플레이트부 및 헤더부의 성능을 수치 해석하고, 그 결과를 설계 목표와 대비한다.Thereafter, the performance of the shaped plate and header portions is numerically analyzed, and the results are compared with the design goals.
도 19 및 도 20은 형상 결정된 플레이트부 및 헤더부가 적용된 능동형 안테나의 열 해석을 수행하기 위한 수치 해석 모델을 보여주는 도면이다.19 and 20 are diagrams illustrating a numerical analysis model for performing thermal analysis of an active antenna to which a shaped plate portion and a header portion are applied.
상술한 일련의 과정을 통하여 도출된 플레이트부 및 헤더부의 모델 형상과, 상술한 일련의 과정에서 최적화된 유량 조건 등의 해석 조건을 이용하여 수치 해석을 수행하고, 그 결과를 설계 목표와 대비하여 능동형 안테나의 열 성능을 확인한다. 수치 해석에 사용된 계산 격자는 헥사고날 정렬 격자이고 그 수는 약 5350만개이다.Numerical analysis is performed using the model shapes of the plate and header sections derived through the series of processes described above, and analysis conditions such as the flow rate conditions optimized in the series of processes described above, and the results are compared with the design goals. Check the thermal performance of the antenna. The computational grid used for the numerical analysis is a hexagonal alignment grid and the number is about 53.5 million.
도 21은 비교 예들에 따른 모델 형상과 해석 조건을 사용한 수치 해석의 결과이다. 도 21의 1 row 내지 7 row는 송수신 소자들 중 선택된 주요 소자를 각기 나타낸다. 도 21을 보면, 가로 변에 표현된 플레이트부의 순서에 따라 주요 소자의 온도가 선형적으로 변화함을 확인할 수 있다. 이는, 비교 예의 헤더부 구조는 냉각유체를 각 플레이트부에 균일하게 분배하지 못하기 때문이다.21 shows results of numerical analysis using model shapes and analysis conditions according to the comparative examples.
즉, 비교 예에서는 주요 소자의 온도 분포가 음의 포물선 형상을 이루지 못하고, 선형 성장(linear growth) 형상을 이룬다. 이에, 능동형 안테나(1)의 원하는 빔 방사 각도와 실제 빔 방사 각도 간의 오차가 크게 증가할 수 있다.That is, in the comparative example, the temperature distribution of the main elements does not form a negative parabolic shape, but forms a linear growth shape. Thus, the error between the desired beam emission angle and the actual beam emission angle of the
반면, 도 22는 실시 예들에 따른 모델 형상과 해석 조건을 사용한 수치 해석의 결과이다. 도 22의 1 row 내지 7 row는 송수신 소자들 중 선택된 주요 소자를 각기 나타낸다. 도 22를 보면, 온도 분포가 음의 포물선 형상을 이루는 것을 확인할 수 있다. 이로부터, 본 발명의 실시 예의 헤더부 구조에서는 냉각유체가 각 플레이트부에 최대한 균일하게 분배되는 것을 알 수 있다. 이러한 경우, 능동형 안테나(1)의 원하는 빔 방사 각도와 실제 빔 방사 각도 간의 오차를 최소화할 수 있다.22 is a result of numerical analysis using model shapes and analysis conditions according to the embodiments. 1 through 7 rows of FIG. 22 indicate major elements selected from the transceiving elements, respectively. Referring to FIG. 22, it can be seen that the temperature distribution forms a negative parabolic shape. From this, it can be seen that in the header structure of the embodiment of the present invention, the cooling fluid is distributed as uniformly as possible in each plate portion. In this case, the error between the desired beam emission angle and the actual beam emission angle of the
도 23은 상술한 수치 해석 결과를 설계 목표와 대비하여 표로 나타낸 도면이다. 도 23에서 이니셜 디자인은 비교 예를 나타내고, 파이널 디자인은 실시 예를 나타낸다. 도 23을 보면, 비교 예는 송수신 소자(21)들의 온도가 기준 온도보다 낮은 조건, 송수신 소자(21)들의 온도 편차가 기준 온도 편차보다 낮은 조건은 만족하지만, 송수신 소자(21)들의 온도 분포가 음의 포물선 형상에 부합하지 못하는 것을 알 수 있다. 반면, 실시 예는 송수신 소자(21)들의 온도가 기준 온도보다 낮은 조건, 송수신 소자(21)들의 온도 편차가 기준 온도 편차보다 낮은 조건, 송수신 소자(21)들의 온도 분포가 음의 포물선 형상에 부합하는 조건을 모두 만족함을 알 수 있다.Fig. 23 is a table showing the numerical analysis results in comparison with the design goals. In FIG. 23, an initial design shows a comparative example and a final design shows an embodiment. Referring to FIG. 23, the comparative example satisfies a condition in which the temperature of the transmission /
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 능동형 안테나(1)의 정상 동작을 위한 요구사항을 고려하여, 각 헤더부와 플레이트부를 설계하고, 수치 해석을 통하여 설계 결과의 적합성을 확인할 수 있다. 그리고 적합성이 확인된 설계 결과를 반영하여 형상이 개선된 헤더부에서 냉각 판의 단일 유로로 냉각유체를 순환시켜 송수신 소자의 열을 방열시키는 액체냉각 방식의 방열 장치(300)를 마련할 수 있다. 그리고 방열 장치(300)를 이용하여 능동형 안테나(1)의 열적 신뢰성을 높이고, 안정적인 임무 수행을 가능하게 할 수 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, in consideration of the requirements for the normal operation of the
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 변형될 것이고, 이 같은 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.The above embodiment of the present invention is for the description of the present invention, not for the limitation of the present invention. It is to be noted that the configurations and manners disclosed in the above embodiments of the present invention will be modified in various forms by combining or crossing each other, and such modifications can also be regarded as the scope of the present invention. That is, the present invention will be implemented in various forms that are different from the scope of the claims and equivalent technical idea, and various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention for those skilled in the art corresponding to the present invention. You will understand.
10: 복사 소자
20: 송수신 모듈
21: 송수신 소자
22: 하우징
300: 방열 장치
310: 플레이트부
320: 입구 헤더부
330: 출구 헤더부
340: 냉각유체 순환부
Du: 상류 구간
Dd: 하류 구간10: radiation element
20: transmit / receive module
21: transmitting and receiving element
22: housing
300: heat dissipation device
310: plate portion
320: inlet header
330: outlet header portion
340: cooling fluid circulation
Du: Upstream Segment
Dd: downstream segment
Claims (17)
제1 방향으로 나열되고, 제2 방향으로 연장되며, 능동형 안테나의 송수신 소자들과 열적으로 접촉하는 복수개의 플레이트부;
제1 방향으로 연장되고, 상기 플레이트부의 일단부와 연통하는 입구 헤더부;
제1 방향으로 연장되고, 상기 플레이트부의 타단부와 연통하는 출구 헤더부;
상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부를 통해, 상기 플레이트부에 냉각유체를 공급하고, 상기 플레이트부에서 냉각유체를 회수하는 냉각유체 순환부;를 포함하고,
냉각유체의 흐름을 기준으로,
상기 입구 헤더부는 상류 구간의 단면적이 하류 구간의 단면적보다 작고, 상기 출구 헤더부는 상류 구간의 단면적이 하류 구간의 단면적보다 크고,
상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부의 기준 단면적의 크기를 D 라 할 때, 상기 상류 구간의 단면적의 크기는 D 보다 작고, 상기 하류 구간의 단면적의 크기는 D 보다 크고,
상기 플레이트부는 제1 방향의 양측 면에 상기 송수신 소자들이 배치되고,
상기 송수신 소자들은 상기 양측 면에 각기 격자 형태로 배열되는 능동형 안테나의 방열 장치.As a radiator of an active antenna,
A plurality of plate parts arranged in a first direction, extending in a second direction, and thermally contacting the transceiving elements of the active antenna;
An inlet header portion extending in a first direction and communicating with one end of the plate portion;
An outlet header portion extending in a first direction and communicating with the other end portion of the plate portion;
And a cooling fluid circulation part supplying a cooling fluid to the plate part and recovering the cooling fluid from the plate part through the inlet header part and the outlet header part.
Based on the flow of cooling fluid,
The inlet header section has a cross-sectional area of an upstream section smaller than that of a downstream section, and the outlet header section has a cross-sectional area of an upstream section larger than the cross section of a downstream section,
When the size of the reference cross-sectional area of the inlet header section and the outlet header section is D, the size of the cross-sectional area of the upstream section is smaller than D, and the size of the cross-sectional area of the downstream section is larger than D,
The transmitting and receiving elements are disposed on both sides of the plate part in a first direction,
The transmitting and receiving elements are heat dissipating devices of the active antenna are arranged in a grid form on each side.
제1 방향으로 나열되고, 제2 방향으로 연장되며, 능동형 안테나의 송수신 소자들과 열적으로 접촉하는 복수개의 플레이트부;
제1 방향으로 연장되고, 상기 플레이트부의 일단부와 연통하는 입구 헤더부;
제1 방향으로 연장되고, 상기 플레이트부의 타단부와 연통하는 출구 헤더부;
상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부를 통해, 상기 플레이트부에 냉각유체를 공급하고, 상기 플레이트부에서 냉각유체를 회수하는 냉각유체 순환부;를 포함하고,
냉각유체의 흐름을 기준으로,
상기 입구 헤더부는 상류 구간의 단면적이 하류 구간의 단면적보다 작고, 상기 출구 헤더부는 상류 구간의 단면적이 하류 구간의 단면적보다 크고,
상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부의 기준 단면적의 크기를 D 라 할 때, 상기 상류 구간의 단면적의 크기는 D 보다 작고, 상기 하류 구간의 단면적의 크기는 D 보다 크고,
상기 플레이트부는 내부에 제2 방향 및 제3 방향으로 복수회 연장 및 굴절된 단일 유로가 형성되고,
상기 플레이트부는 제1 방향의 양측 면에 상기 송수신 소자들이 배치되고,
상기 송수신 소자들은 상기 양측 면에 각기 격자 형태로 배열되는 능동형 안테나의 방열 장치.As a radiator of an active antenna,
A plurality of plate parts arranged in a first direction, extending in a second direction, and thermally contacting the transceiving elements of the active antenna;
An inlet header portion extending in a first direction and communicating with one end of the plate portion;
An outlet header portion extending in a first direction and communicating with the other end portion of the plate portion;
And a cooling fluid circulation part supplying a cooling fluid to the plate part and recovering the cooling fluid from the plate part through the inlet header part and the outlet header part.
Based on the flow of cooling fluid,
The inlet header section has a cross-sectional area of an upstream section smaller than that of a downstream section, and the outlet header section has a cross-sectional area of an upstream section larger than the cross section of a downstream section,
When the size of the reference cross-sectional area of the inlet header section and the outlet header section is D, the size of the cross-sectional area of the upstream section is smaller than D, and the size of the cross-sectional area of the downstream section is larger than D,
The plate portion is formed therein is a single flow path extending and refracted a plurality of times in a second direction and a third direction,
The transmitting and receiving elements are disposed on both sides of the plate part in a first direction,
The transmitting and receiving elements are heat dissipating devices of the active antenna are arranged in a grid form on each side.
제1 방향으로 나열되고, 제2 방향으로 연장되며, 능동형 안테나의 송수신 소자들과 열적으로 접촉하는 복수개의 플레이트부;
제1 방향으로 연장되고, 상기 플레이트부의 일단부와 연통하는 입구 헤더부;
제1 방향으로 연장되고, 상기 플레이트부의 타단부와 연통하는 출구 헤더부;
상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부를 통해, 상기 플레이트부에 냉각유체를 공급하고, 상기 플레이트부에서 냉각유체를 회수하는 냉각유체 순환부;를 포함하고,
냉각유체의 흐름을 기준으로,
상기 입구 헤더부는 상류 구간의 단면적이 하류 구간의 단면적보다 작고, 상기 출구 헤더부는 상류 구간의 단면적이 하류 구간의 단면적보다 크고,
상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부의 기준 단면적의 크기를 D 라 할 때, 상기 상류 구간의 단면적의 크기는 D 보다 작고, 상기 하류 구간의 단면적의 크기는 D 보다 크고,
상기 냉각유체의 성분은 부동액을 포함하고, 상기 플레이트부의 재질은 금속을 포함하고,
상기 플레이트부는 제1 방향의 양측 면에 상기 송수신 소자들이 배치되고,
상기 송수신 소자들은 상기 양측 면에 각기 격자 형태로 배열되는 능동형 안테나의 방열 장치.As a radiator of an active antenna,
A plurality of plate parts arranged in a first direction, extending in a second direction, and thermally contacting the transceiving elements of the active antenna;
An inlet header portion extending in a first direction and communicating with one end of the plate portion;
An outlet header portion extending in a first direction and communicating with the other end portion of the plate portion;
And a cooling fluid circulation part supplying a cooling fluid to the plate part and recovering the cooling fluid from the plate part through the inlet header part and the outlet header part.
Based on the flow of cooling fluid,
The inlet header section has a cross-sectional area of an upstream section smaller than that of a downstream section, and the outlet header section has a cross-sectional area of an upstream section larger than the cross section of a downstream section,
When the size of the reference cross-sectional area of the inlet header section and the outlet header section is D, the size of the cross-sectional area of the upstream section is smaller than D, and the size of the cross-sectional area of the downstream section is larger than D,
The component of the cooling fluid includes an antifreeze, the material of the plate portion comprises a metal,
The transmitting and receiving elements are disposed on both sides of the plate part in a first direction,
The transmitting and receiving elements are heat dissipating devices of the active antenna are arranged in a grid form on each side.
상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부의 단면적이 제1 방향으로 일정하다고 가정할 때, 내부를 흐르는 냉각유체의 유량값이 중간값에 가장 가까운 플레이트부를 기준 플레이트라고 하면,
상기 상류 구간 및 하류 구간은 상기 기준 플레이트를 기준으로 정의되는 능동형 안테나의 방열 장치.The method according to any one of claims 1 to 3,
Assuming that the cross-sectional areas of the inlet header portion and the outlet header portion are constant in the first direction, assuming that the flow rate value of the cooling fluid flowing therein is the reference plate, the plate portion closest to the median value is
The upstream section and the downstream section of the active antenna of the active antenna is defined based on the reference plate.
상기 기준 플레이트는 상기 상류 구간에 연통하고, 상기 기준 플레이트는 상기 상류 구간을 통하여 냉각유체를 유입 및 배출하는 능동형 안테나의 방열 장치.The method according to claim 4,
The reference plate is in communication with the upstream section, the reference plate is a heat radiating device of the active antenna for introducing and discharging the cooling fluid through the upstream section.
상기 격자 형태는 제2 방향 및 제3 방향에 대한 2차원 격자 형태이고,
상기 격자 형태를 따라, 상기 플레이트부의 내부에 단일 유로가 형성되는 능동형 안테나의 방열 장치.The method according to any one of claims 1 to 3,
The grid shape is a two-dimensional grid shape for the second direction and the third direction,
A heat dissipating device of an active antenna, the single channel is formed in the plate portion along the grid.
상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부는 제2 방향으로 이격되고,
상기 플레이트부는 상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부의 사이에서, 상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부를 제2 방향으로 연결시키는 능동형 안테나의 방열 장치.The method according to any one of claims 1 to 3,
The inlet header portion and the outlet header portion are spaced apart in a second direction,
And the plate portion connects the inlet header portion and the outlet header portion in a second direction between the inlet header portion and the outlet header portion.
제1 방향에 대한, 상기 입구 헤더부의 냉각유체의 흐름 및 상기 출구 헤더부의 냉각유체의 흐름은 같은 방향으로 형성되는 능동형 안테나의 방열 장치.The method according to claim 8,
The heat dissipation device of an active antenna in a first direction, wherein the flow of the cooling fluid of the inlet header portion and the flow of the cooling fluid of the outlet header portion are formed in the same direction.
상기 플레이트부는, 제2 방향의 길이가 제3 방향의 폭보다 크고, 제3 방향의 폭이 제1 방향의 두께보다 큰 능동형 안테나의 방열 장치.The method according to any one of claims 1 to 3,
And the plate portion has a length in a second direction greater than a width in a third direction, and a width in the third direction is larger than a thickness in the first direction.
상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부 각각은, 제1 방향의 길이가 제2 및 제3 방향의 직경보다 큰 능동형 안테나의 방열 장치.The method according to claim 10,
Each of the inlet header portion and the outlet header portion has a length in the first direction larger than a diameter in the second and third directions.
상기 입구 헤더부 및 출구 헤더부의 직경은 상기 플레이트부의 폭보다 작고, 상기 플레이트부의 두께보다 큰 능동형 안테나의 방열 장치.The method according to claim 11,
And the diameters of the inlet header portion and the outlet header portion are smaller than the width of the plate portion and larger than the thickness of the plate portion.
상기 단일 유로는 적어도 세 개 이상의 연장 구간과 적어도 두 개 이상의 굴절 구간을 포함하고, 상기 연장 구간의 개수는 홀수로 증가하고, 상기 굴절 구간의 개수는 짝수로 증가하며, 그 유동 단면은 사각형 형상을 포함하는 능동형 안테나의 방열 장치.The method according to claim 2,
The single flow path includes at least three extension sections and at least two refracting sections, the number of the extending sections increases to an odd number, the number of the refraction sections increases to an even number, and the flow cross section has a rectangular shape. Radiating device of an active antenna comprising.
상기 부동액은 에틸렌 글리콜을 포함하는 능동형 안테나의 방열 장치.The method according to claim 3,
The antifreeze is a heat dissipating device of an active antenna comprising ethylene glycol.
상기 금속은 알루미늄을 포함하는 능동형 안테나의 방열 장치.The method according to claim 14,
The metal is a heat dissipation device of an active antenna comprising aluminum.
상기 상류 구간 및 하류 구간의 단면적의 크기는 0.8D 및 1.6D 인 능동형 안테나의 방열 장치.The method according to any one of claims 1 to 3,
The size of the cross-sectional area of the upstream section and the downstream section is 0.8D and 1.6D heat dissipation device of the active antenna.
복수개의 하우징에 수용되며, 상기 복사 소자로 급전되는 전파의 크기 및 위상을 제어하는 복수개의 송수신 소자;
상기 하우징 및 복사 소자에 열적으로 접촉된 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나에 기재된 방열 장치;를 포함하는 능동형 안테나.A plurality of radiation elements for transmitting and receiving radio waves through free space;
A plurality of transmission / reception elements housed in a plurality of housings and controlling magnitude and phase of radio waves fed to the radiation elements;
And a heat dissipation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat dissipation device is in thermal contact with the housing and the radiation element.
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