RU97219U1 - CASE OF AN ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY MODULE - Google Patents
CASE OF AN ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY MODULE Download PDFInfo
- Publication number
- RU97219U1 RU97219U1 RU2010116861/07U RU2010116861U RU97219U1 RU 97219 U1 RU97219 U1 RU 97219U1 RU 2010116861/07 U RU2010116861/07 U RU 2010116861/07U RU 2010116861 U RU2010116861 U RU 2010116861U RU 97219 U1 RU97219 U1 RU 97219U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat sink
- heat
- channels
- module
- nodes
- Prior art date
Links
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
1. Корпус модуля активной фазированной антенной решетки, содержащий теплоотводящее основание, зону теплоотвода, установочные места на теплоотводящем основании корпуса четного числа СВЧ-узлов независимых приемопередающих каналов, блока питания и управления, все СВЧ-узлы приемопередающих каналов, и индивидуальные узлы управления каждого канала образуют конструкцию с зеркальной симметрией относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, проходящих через продольную ось модуля, при этом общие узлы управления, питания и защиты размещены в средней части модуля и имеют несимметричную конструкцию, отличающийся тем, что теплоотводящее основание и зона теплоотвода состоят из двух половин, симметричных относительно продольной плоскости, и на герметично соединяемых поверхностях имеют продольные полусферические каналы, в которых с тепловым контактом установлены тепловые трубы, зоны испарения которых расположены в теплоотводящем основании под местами размещения приемопередающих каналов, зоны конденсации - в теплоотводе, который с внешних сторон снабжен радиаторами воздушного охлаждения, а под местами расположения четного числа независимых приемопередающих каналов и блока питания и управления установлены пластины из композитного материла, состоящего из зерен алмаза, кремния и карбида кремния, площадь которых в 5÷10 раз превышает площадь тепловыделяющих СВЧ-узлов приемопередающих каналов. ! 2. Корпус модуля активной фазированной антенной решетки по п.1, отличающийся тем, что тепловые трубы в полусферических каналах теплоотводящего основания с зоной теплоотвода установлены при помощи теплопроводящей 1. The module housing of an active phased array antenna, comprising a heat sink base, a heat sink zone, mounting locations on a heat sink base of an even number of microwave nodes of independent transceiver channels, a power and control unit, all microwave nodes of the transceiver channels, and individual control nodes of each channel form a design with mirror symmetry with respect to two mutually perpendicular planes passing through the longitudinal axis of the module, while the common control, power and protection nodes are sized They are located in the middle part of the module and have an asymmetric design, characterized in that the heat sink base and the heat sink zone consist of two halves symmetrical with respect to the longitudinal plane, and on the hermetically connected surfaces have longitudinal hemispherical channels in which heat pipes and evaporation zones are installed with the heat contact which are located in the heat sink under the locations of the transceiver channels, the condensation zone is in the heat sink, which is equipped with radiators on the outside air cooling, and under the locations of an even number of independent transceiver channels and a power supply and control unit, plates made of composite material consisting of diamond, silicon and silicon carbide grains, the area of which is 5 ÷ 10 times the area of the heat-generating microwave nodes of the transceiver channels, are installed. ! 2. The module housing of the active phased array antenna according to claim 1, characterized in that the heat pipes in the hemispherical channels of the heat sink base with the heat sink zone are installed using heat conducting
Description
Техническое решение относится к области радиолокационной техники, в частности, к активным фазированным антенным решеткам (АФАР).The technical solution relates to the field of radar technology, in particular, to active phased antenna arrays (AFAR).
Известны приемные, передающие и приемопередающие модули с несколькими идентичными каналами в одном корпусе. Как правило, такие конструкции позволяют решать задачи экономии в отношении массогабаритных характеристик модулей и всей системы АФАР. Особенно это актуально применительно к системам, требующим использования мощных передающих устройств.Reception, transmission and transceiver modules with several identical channels in one housing are known. As a rule, such designs make it possible to solve the problems of economy with respect to the overall dimensions of the modules and the entire AFAR system. This is especially true for systems requiring the use of powerful transmitting devices.
Так, известен «Блок приемопередающих модулей активной фазированной антенной решетки», по патенту Российской Федерации №2379802, от 20.01.2010 г., МПК H01Q 21/00, H01Q 3/26 - [1], содержащий корпус с теплоотводящим основанием, выполненный в виде прямоугольной металлической пластины, и, установленные на теплоотводящем основании корпуса симметрично относительно ее продольной оси, четное число независимых приемопередающих каналов и блок управления, при этом, допуски на изготовление стороны блока АФАР и прилегающего к нему теплоотводящего основания соответствуют плотной посадке.So, it is known "Block transceiver modules of the active phased antenna array", according to the patent of the Russian Federation No. 2379802, dated 20.01.2010, IPC H01Q 21/00, H01Q 3/26 - [1], containing a housing with a heat sink, made in in the form of a rectangular metal plate, and installed on the heat sink base of the housing symmetrically with respect to its longitudinal axis, an even number of independent transceiver channels and a control unit, while the tolerances for manufacturing the sides of the AFAR unit and the heat sink base adjacent to it, respectively They are tight fit.
Недостатком известного устройства [1] является то, что расположение в нем четного числа независимых приемопередающих каналов произведено на одной стороне теплоотводящего основания, что существенно снижает функциональные возможности модуля (блока) АФАР и область его применения.A disadvantage of the known device [1] is that the location in it of an even number of independent transceiver channels is made on one side of the heat sink base, which significantly reduces the functionality of the AFAR module (block) and its scope.
Кроме того, в известном устройстве [1], как и у многих других, при передаче выделяемой на СВЧ-узлах приемопередающих каналов теплоты в теплоотводящее основание, существует проблема уменьшения температурного сопротивления между СВЧ-узлами и теплоотводящим основанием. Повышенное вышеуказанное температурное сопротивление может привести к перегреву СВЧ-узлов и выходу их из строя. Для решения данной проблемы, а именно для уменьшения теплового сопротивления, исключения перегрева СВЧ-узлов и выхода их из строя, возможно использование теплопроводных прокладок.In addition, in the known device [1], like many others, when transferring heat released on microwave nodes of the transceiver channels to the heat sink base, there is a problem of decreasing the temperature resistance between the microwave nodes and the heat sink base. The increased temperature resistance mentioned above can lead to overheating of the microwave components and their failure. To solve this problem, namely to reduce thermal resistance, eliminate overheating of microwave components and their failure, it is possible to use heat-conducting gaskets.
Так, например, известна «Теплопроводная прокладка» под полупроводниковый прибор по патенту Российской Федерации №2172538, от 20.08.2001 г., МПК H01L 23/34, H01L 23/36 - [2], включающая два внешних металлических слоя, клеящий слой, дополнительный слой из терморасширенного графита, два эластичных слоя и второй клеящий слой, при этом в середине расположен слой терморасширенного графита, с двух сторон которого нанесены клеящие слои, на каждый из которых уложен эластичный слой с напиленным на него с внешней стороны слоем металла.So, for example, the “Heat-conducting gasket” is known for a semiconductor device according to the patent of the Russian Federation No. 2172538, 08/20/2001, IPC H01L 23/34, H01L 23/36 - [2], including two outer metal layers, an adhesive layer, an additional layer of thermally expanded graphite, two elastic layers and a second adhesive layer, while in the middle there is a layer of thermally expanded graphite, on both sides of which adhesive layers are applied, on each of which an elastic layer is laid with a metal layer deposited on it from the outside.
Однако, «Теплопроводная прокладка» [2] также обладает недостаточно малым тепловым сопротивлением. Наименьшим тепловым сопротивлением обладают теплопроводные прокладки из алмаза, как например, в «Мощном полупроводниковом приборе» по патенту Российской Федерации №2253922, от 27.09.2004 г., МПК H01L 23/40 - [3], в котором кристалл, выделяющий теплоту, через теплопроводящие прослойки, выполненные из алмаза, монтируется прижимными металлическими контактными площадками. Но основным недостатком алмазных теплопроводных прослоек по [3], является их очень высокая стоимость, что делает экономически неоправданным изготовление таких приборов.However, the “Heat-conducting gasket” [2] also has insufficiently low thermal resistance. The lowest thermal resistance is possessed by heat-conducting diamond gaskets, such as in the Powerful semiconductor device according to the patent of the Russian Federation No. 2253922, dated September 27, 2004, IPC H01L 23/40 - [3], in which the heat-generating crystal through heat-conducting layers made of diamond are mounted by clamping metal contact pads. But the main disadvantage of diamond heat-conducting layers according to [3] is their very high cost, which makes the manufacture of such devices economically unjustified.
Известно также изготовление теплопроводных прослоек из поликристаллического алмаза, как например в «Мощной микрополосковой нагрузке» по полезной модели Российской Федерации №81850, от 20.10.2008 г., МПК Н01Р 1/26 - [4], которая содержит пластину из поликристаллического алмаза, на нижней стороне которого напилена медная пленка, необходимая для пайки пластины к медному основанию, а на верхней стороне которой располагается резистивная структура, причем отвод тепла от резисторов производится через пластину из поликристаллического алмаза, припаянную к медному основанию, без использования диэлектрической подложки.It is also known to manufacture thermally conductive interlayers of polycrystalline diamond, such as in “Powerful microstrip load” according to the utility model of the Russian Federation No. 81850, dated 20.10.2008, IPC Н01Р 1/26 - [4], which contains a plate of polycrystalline diamond, on the bottom side of which is coated with a copper film, necessary for soldering the plate to the copper base, and on the upper side of which there is a resistive structure, and the heat is removed from the resistors through a plate made of polycrystalline diamond, soldered to a copper base, without the use of a dielectric substrate.
Недостатком известного устройства [4] также является сравнительно большая стоимость теплопроводной прокладки, что существенно удорожает производство.A disadvantage of the known device [4] is also the relatively high cost of heat-conducting gaskets, which significantly increases the cost of production.
Сравнительно меньшей стоимостью обладает высокотеплопроводный материал: «Композиционный материал» по патенту Российской Федерации №2206502, от 20.06.2003 г., МПК С01В 31/06, С01В 31/36, С04В 35/52 - [5], содержащий алмазные зерна в матрице из карбида кремния и кремния, причем указанные компоненты в композиционном материале присутствуют в следующем соотношении об.%: зерна алмаза 50-85, кремний 2-42, карбид кремния 1-48, и при этом содержание зерен алмаза размером более 40 мкм составляет не менее 25% от общего содержания алмаза в материале. Но, в тоже время, неизвестно применение такого материала [5] в качестве теплопроводных прокладок для передачи теплоты от СВЧ-узлов приемопередающих каналов в теплоотводящее основание АФАР.Highly conductive material has a relatively lower cost: “Composite material” according to the patent of the Russian Federation No. 2206502, dated June 20, 2003, IPC C01B 31/06, C01B 31/36, C04B 35/52 - [5] containing diamond grains in the matrix from silicon carbide and silicon, and these components in the composite material are present in the following ratio vol.%: diamond grains 50-85, silicon 2-42, silicon carbide 1-48, and the content of diamond grains larger than 40 microns is not less than 25% of the total diamond content in the material. But, at the same time, it is unknown the use of such material [5] as heat-conducting gaskets for transferring heat from microwave nodes of transceiver channels to the heat sink base of the AFAR.
Известна система теплоотвода, осуществленная в «шкафу радиоэлектронной аппаратуры» по патенту Российской Федерации №2338345, от 10.11.2008 г., МПК Н05К 7/20 - [6], содержащая установленные в модульной структуре в ней электронные тепловыделяющие блоки. Для отведения от тепловыделяющих блоков теплоты применены пластины, выполненные из высокотеплопроводного материала, которые приведенные в тепловой контакт с тепловыми трубами, в области зон испарения тепловых труб. Зоны конденсации тепловых труб контактируют с задней стенкой шкафа (корпуса), являющимся теплоотводом, выполненным из высокотеплопроводного материала, и содержащим кожух для создания канала системы принудительного воздушного охлаждения.A known heat sink system implemented in a “cabinet of electronic equipment” according to the patent of the Russian Federation No. 233385, dated November 10, 2008, IPC N05K 7/20 - [6], containing electronic heat generating units installed in a modular structure in it. To remove heat from heat generating blocks, plates are used made of highly heat-conducting material, which are brought into thermal contact with heat pipes in the region of heat pipe evaporation zones. The condensation zones of the heat pipes are in contact with the rear wall of the cabinet (case), which is a heat sink made of highly heat-conducting material and containing a casing for creating a channel for the forced air cooling system.
Однако, не известно применение представленной организации системы теплоотвода по конструкции [6] для отведения теплоты от СВЧ-узлов приемопередающих каналов в АФАР-ах, а ее простое копирование (системы теплоотвода по [6]) невозможно без учета особенностей и характеристик конкретной АФАР.However, it is not known to use the organization of the heat sink system presented in the design [6] to remove heat from the microwave nodes of the transceiver channels in the AFAR, and its simple copying (heat sink system according to [6]) is impossible without taking into account the features and characteristics of a specific AFAR.
Прототипом заявляемого технического решения является «Модуль активной фазированной антенной решетки», по патенту Российской Федерации №2380803, от 27.01.2010 г., МПК H01Q 21/00 - [7], содержащий корпус с теплоотводящим основанием, зоной теплоотвода, и двумя радиопрозрачными крышками, а также установленные на теплоотводящем основании корпуса, четырьмя независимыми приемопередающими каналами и блоком управления, все СВЧ-узлы приемопередающих каналов, а также индивидуальные узлы управления каждого канала образуют конструкцию с зеркальной симметрией относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, проходящих через продольную ось модуля, при этом общие узлы управления, питания и защиты размещены в средней части модуля и имеют несимметричную конструкцию, а в теплоотводящим основании корпуса находятся каналы жидкостного охлаждения и соединительные штуцера для подключения к внешней жидкостной системе охлаждения.The prototype of the proposed technical solution is the “Module of the Active Phased Antenna Array”, according to the patent of the Russian Federation No. 2380803, dated January 27, 2010, IPC H01Q 21/00 - [7], comprising a body with a heat sink base, a heat sink zone, and two radiotransparent covers and also installed on the heat sink base of the case, four independent transceiver channels and a control unit, all microwave nodes of the transceiver channels, as well as individual control nodes of each channel form a structure with mirror symmetry with respect to two mutually perpendicular planes passing through the longitudinal axis of the module, while the common control, power and protection units are located in the middle part of the module and have an asymmetric design, and in the heat-removing base of the case there are liquid cooling channels and connecting fittings for connection to an external liquid cooling system .
Недостатком прототипа [7], является наличие в нем внешней жидкостной системы охлаждения, которая не позволяет быстро (в полевых условиях) заменить вышедшие из строя модули АФАР.The disadvantage of the prototype [7], is the presence in it of an external liquid cooling system, which does not allow you to quickly (in the field) replace failed AFAR modules.
Указанные недостатки ставят задачу создания корпуса модуля АФАР с высокоэффективным охлаждением СВЧ-узлов приемопередающих каналов, расположенных на его теплоотводящем основании. При этом, должна реализоваться возможность быстрой замены модулей. Кроме того, стоит задача повышения функциональных возможностей модуля АФАР, и расширения области его применения путем повышения количества приемопередающих каналов с СВЧ-узлами, расположенных на одном теплоотводящем основании корпуса модуля АФАР.These shortcomings pose the problem of creating an AFAR module case with highly efficient cooling of microwave nodes of transceiver channels located on its heat-removing base. At the same time, the ability to quickly replace modules should be realized. In addition, the task is to increase the functionality of the AFAR module, and to expand the scope of its application by increasing the number of transceiver channels with microwave nodes located on the same heat sink base of the AFAR module housing.
Поставленная задача решается тем, что в корпусе модуля АФАР, содержащим теплоотводящее основание, зону теплоотвода, установочные места на теплоотводящем основании корпуса четного числа СВЧ-узлов независимых приемопередающих каналов, блока питания и управления, все СВЧ-узлы приемопередающих каналов, и индивидуальные узлы управления каждого канала образуют конструкцию с зеркальной симметрией относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, проходящих через продольную ось модуля, при этом общие узлы управления, питания и защиты размещены в средней части модуля и имеют несимметричную конструкцию, теплоотводящее основание и зона теплоотвода, состоят из двух половин, симметричных относительно продольной плоскости, и, на герметично соединяемых поверхностях имеют продольные полусферические каналы, в которых с тепловым контактом (плотно) установлены тепловые трубы 7, зоны испарения которых расположены в теплоотводящем основании под местами размещения приемопередающих каналов, зоны конденсации - в теплоотводе, который с внешних сторон снабжен радиаторами воздушного охлаждения, а под местами расположения четного числа независимых приемопередающих каналов и блока управления установлены тонкие пластины из композитного материла, состоящего из зерен алмаза, кремния и карбида кремния, площадь которых в 5÷10 раз превышает площадь тепловыделяющих СВЧ-узлов приемопередающих каналов. При этом, тепловые трубы в полусферических каналах теплоотводящего основания и теплоотвода могут быть установлены при помощи теплопроводящей пасты или при помощи мягкого низкотемпературного припоя.The problem is solved in that in the housing of the AFAR module containing the heat sink base, the heat sink zone, installation places on the heat sink base of the housing of an even number of microwave nodes of independent transceiver channels, a power supply and control unit, all microwave nodes of the transceiver channels, and individual control nodes of each channels form a structure with mirror symmetry relative to two mutually perpendicular planes passing through the longitudinal axis of the module, while the common control, power and protection units are located in the middle part of the module and have an asymmetric design, the heat sink base and the heat sink zone, consist of two halves symmetrical with respect to the longitudinal plane, and, on hermetically connected surfaces, have longitudinal hemispherical channels in which heat pipes are installed (tightly) with the heat contact 7, the evaporation zones of which are located in the heat sink under the locations of the transceiver channels, the condensation zones are in the heat sink, which is equipped on the outside with radiators about cooling, and under the locations of an even number of independent transceiver channels and a control unit, thin plates of a composite material consisting of diamond, silicon and silicon carbide grains, the area of which is 5 ÷ 10 times the area of the heat-generating microwave nodes of the transceiver channels, are installed. At the same time, heat pipes in the hemispherical channels of the heat sink base and heat sink can be installed using heat-conducting paste or with the help of soft low-temperature solder.
Введение признака «теплоотводящее основание и зона теплоотвода состоит из двух половин, симметричных относительно продольной плоскости» необходимо для возможности установки в корпусе тепловых труб, для организации высокоэффективного теплоотвода от тепловыделяющих СВЧ-узлов приемопередающих каналов, при исключении из корпуса модуля жидкостной системы охлаждения.The introduction of the sign “heat sink base and heat sink zone consists of two halves symmetrical with respect to the longitudinal plane” is necessary for the possibility of installing heat pipes in the housing, for organizing highly efficient heat removal from the heat-generating microwave nodes of the transmitter-receiver channels, with the exception of the module of the liquid cooling system.
Введение признака «герметично соединяемых поверхностей двух половин теплоотводящего основания и зоны теплоотвода корпуса модуля» необходимо для исключения попадания в него влаги и пыли, которые могут нарушить условия работы модуля в целом, и, в частности, его системы теплоотвода.The introduction of the sign “hermetically connected surfaces of the two halves of the heat sink base and the heat sink zone of the module housing” is necessary to prevent moisture and dust from entering it that could violate the operating conditions of the module as a whole, and in particular its heat sink system.
Введение признака «на соединяемых поверхностях двух половин теплоотводящего основания и зоны теплоотвода имеются продольные полусферические каналы» необходимо для существенного увеличения поверхности теплового контакта теплоотводящего основания корпуса с зонами испарения тепловых труб (при этом уменьшается тепловое сопротивление), а также для уменьшения толщины теплоотводящего основания с зоной теплоотвода корпуса модуля и снижения его габаритных размеров.The introduction of the sign “there are longitudinal hemispherical channels on the joined surfaces of the two halves of the heat sink base and the heat sink zone” is necessary to significantly increase the surface of the heat contact of the heat sink base of the housing with the evaporation zones of the heat pipes (this reduces the heat resistance), as well as to reduce the thickness of the heat sink base with the zone heatsink module housing and reduce its overall dimensions.
Введение признака «в полусферических каналах с тепловым контактом (плотно) установлены тепловые трубы, зоны испарения которых расположены в теплоотводящем основании под местами размещения приемопередающих каналов, зоны конденсации - в теплоотводе» необходимо для уменьшения контактного теплового сопротивления между теплоотводящим основанием корпуса и зонами испарения тепловых труб, а также организации системы высокоэффективного теплоотвода от тепловыделяющих СВЧ-узлов приемопередающих каналов к зоне теплоотвода корпуса модуля.The introduction of the sign “in hemispherical channels with thermal contact (tightly) installed heat pipes, the evaporation zones of which are located in the heat sink under the locations of the transceiver channels, the condensation zone in the heat sink” is necessary to reduce the contact thermal resistance between the heat sink base of the housing and the evaporation zones of the heat pipes , as well as the organization of a highly efficient heat sink system from the heat-generating microwave nodes of the transceiver channels to the heat sink zone of the module housing.
Введение признака «зона теплоотвода корпуса модуля с внешних сторон снабжена радиаторами воздушного охлаждения» необходимо для организации общей для всех модулей АФАР системы принудительного воздушного охлаждения и ее существенной интенсификации.The introduction of the sign “the heat sink zone of the module case is equipped with air cooling radiators from the outside” is necessary for organizing a general forced air cooling system for all AFAR modules and its significant intensification.
Введение признака «под местами расположения четного числа независимых приемопередающих каналов и блока управления установлены тонкие пластины из композитного материла, состоящего из зерен алмаза, кремния и карбида кремния, площадь которых в 5÷10 раз превышает площадь тепловыделяющих СВЧ-узлов приемопередающих каналов», необходимо для более равномерного распределения (уравнения) выделяемой СВЧ-узлами приемопередающих каналов теплоты по поверхности пластины из композитного материала и, далее, отвода этой теплоты к теплоотводящему основанию корпуса. При этом исключается перегрев СВЧ-узлов приемопередающих каналов. И, в этом случае, коэффициент теплопередачи увеличивается в 2÷3 раза, по сравнению с работой модуля без пластин из композитного материала.The introduction of the sign “under the locations of an even number of independent transceiver channels and a control unit has thin plates made of composite material consisting of diamond, silicon and silicon carbide grains whose area is 5–10 times the area of the heat-generating microwave nodes of the transceiver channels”, it is necessary for more uniform distribution (equation) of the heat emitted by the microwave nodes of the transceiver channels over the surface of the plate of composite material and, further, the removal of this heat to the heat sink vaniyu body. This eliminates overheating of the microwave nodes of the transceiver channels. And, in this case, the heat transfer coefficient increases by 2–3 times, compared with the operation of the module without plates made of composite material.
Введение признака «тепловые трубы в полусферических каналах теплоотводящего основания с зоной теплоотвода могут быть установлены при помощи теплопроводящей пасты» необходимо для уменьшения контактного теплового сопротивления между внутренними полусферическими поверхностями теплопроводящего основания корпуса и тепловыми трубами по всей их длине.The introduction of the sign “heat pipes in the hemispherical channels of the heat sink base with the heat sink zone can be installed using heat-conducting paste” is necessary to reduce contact thermal resistance between the internal hemispherical surfaces of the heat-conducting base of the body and heat pipes along their entire length.
Введение признака «тепловые трубы в полусферических каналах теплоотводящего основания с зоной теплоотвода могут быть установлены при помощи мягкого низкотемпературного припоя» необходимо для уменьшения контактного теплового сопротивления между внутренними полусферическими поверхностями теплопроводящего основания с корпуса и тепловыми трубами по всей их длине. При этом, ввиду увеличенной теплопроводности мягкого низкотемпературного припоя по сравнению с теплопроводной пастой на 2÷3 порядка, также, на столько же, уменьшается контактное тепловое сопротивление соединения и, дополнительно, обеспечивается требуемая герметичность соединения двух половин теплопроводящего основания с зоной теплоотвода корпуса.The introduction of the sign “heat pipes in the hemispherical channels of the heat sink base with the heat sink zone can be installed using soft low-temperature solder” is necessary to reduce contact thermal resistance between the inner hemispherical surfaces of the heat conductive base from the body and heat pipes along their entire length. Moreover, due to the increased thermal conductivity of the soft low-temperature solder compared to the heat-conducting paste by 2–3 orders of magnitude, the contact thermal resistance of the connection is also reduced by the same amount, and, in addition, the required tightness of the connection of two halves of the heat-conducting base with the heat sink zone of the housing is ensured.
На фиг.1 представлено заявленное техническое решение: схема корпуса модуля АФАР; на фиг.2 - корпус модуля активной АФАР в открытом виде; на фиг.3 - корпус модуля активной фазированной антенной решетки в сборе с разрезами, в том числе, тепловых труб; на фиг.4 - фотография корпуса модуля активной фазированной антенной решетки в сборе.Figure 1 presents the claimed technical solution: circuit diagram of the module AFAR; figure 2 - the body of the module active AFAR in open form; figure 3 - the module housing the active phased antenna array assembly with cuts, including heat pipes; figure 4 is a photograph of the housing module of the active phased array antenna assembly.
Корпус модуля АФАР с теплоотводящим основанием и зоной теплоотвода состоит из двух половин 1, 2 (теплоотводящего основания) и 3, 4 (теплоотвода) соответственно, симметричных относительно продольной плоскости. Причем половина корпуса из теплоотводящего основания 1 и теплоотвода 3 являются одной деталью, также, как и половина корпуса из теплоотводящего основания 2 и теплоотвода 4. На герметично соединяемых поверхностях теплоотводящее основание 1, 2 с зоной теплоотвода 3, 4 имеет продольные полусферические каналы 5, 6, в которых с тепловым контактом (плотно) установлены тепловые трубы 7, зоны испарения 8 которых расположены в теплоотводящем основании 1, 2 под местами размещения приемопередающих каналов, зоны конденсации 9 - в теплоотводе 3 и 4, которий с внешних сторон снабжен радиаторами воздушного охлаждения 10 и 11. Под местами расположения четного числа независимых приемопередающих каналов и блока управления и питания установлены пластины 12 (тонкие) из композитного материла с высокой теплопроводностью, и состоящего из зерен алмаза, кремния и карбида кремния. Площадь пластин из композитного материала в 5÷10 раз превышает площадь тепловыделяющих СВЧ-узлов приемопередающих каналов. Тепловые трубы в полусферических каналах корпуса установлены при помощи теплопроводящей пасты или мягкого низкотемпературного припоя 13. В корпусе модуля АФАР, на его теплоотводящем основании 1 и 2, расположено (на рисунках не показаны) четное число независимых приемопередающих каналов, а также блок питания и управления. Все СВЧ-узлы приемопередающих каналов, а также индивидуальные узлы управления каждого канала, образуют конструкцию с зеркальной симметрией относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, проходящих через продольную ось модуля, при этом общие узлы управления, питания и защиты размещены в средней части модуля и имеют несимметричную конструкцию.The housing of the AFAR module with a heat sink base and a heat sink zone consists of two halves 1, 2 (heat sink base) and 3, 4 (heat sink), respectively, symmetrical with respect to the longitudinal plane. Moreover, half of the housing from the heat sink base 1 and heat sink 3 are one part, as well as half of the body from the heat sink base 2 and heat sink 4. On hermetically connected surfaces, the heat sink base 1, 2 with the heat sink zone 3, 4 has longitudinal hemispherical channels 5, 6 in which heat pipes 7 are installed (tightly) with heat pipes, the evaporation zones 8 of which are located in the heat sink base 1, 2 under the locations of the transceiver channels, the condensation zone 9 is in the heat sink 3 and 4, which has shnih sides is provided with air-cooling heat sinks 10 and 11. Under the locations of the even number of independent channels and the transceiver control unit and the power set plate 12 (thin) of composite matter with a high thermal conductivity and consisting of grains of diamond, silicon carbide and silicon. The area of plates made of composite material is 5–10 times larger than the area of the heat-generating microwave nodes of the transceiver channels. Heat pipes in the hemispherical channels of the casing are installed using heat-conducting paste or soft low-temperature solder 13. In the casing of the AFAR module, on its heat-removing base 1 and 2, there are (not shown) even number of independent transceiver channels, as well as a power and control unit. All microwave nodes of the transceiver channels, as well as individual control nodes of each channel, form a structure with mirror symmetry with respect to two mutually perpendicular planes passing through the longitudinal axis of the module, while the common control, power and protection nodes are located in the middle part of the module and have an asymmetric design .
Работа модуля АФАР с заявляемым корпусом заключается в следующем:The operation of the AFAR module with the claimed case is as follows:
Размещенные на симметричных относительно продольной плоскости двух половинах 1 и 2 теплоотводящего основания с зоной теплоотвода 3, 4 корпуса модуля тепловыделяющие СВЧ-узлы приемопередающих каналов, а также блок питания и управления, при работе модуля АФАР выделяют теплоту, которая первоначально отводится к пластинам 12 из композитного материла, состоящего из зерен алмаза, кремния и карбида кремния, и, ввиду очень высокой теплопроводности пластин 12 происходит их равномерный нагрев (уравнение их температуры) по всей поверхности (пластин 12). Далее отвод теплоты от пластин 12 осуществляется теплопроводностью к половинкам теплоотводящего основания 1 и 2 корпуса. При этом коэффициент теплопередачи от тепловыделяющих СВЧ-узлов приемопередающих каналов до теплоотводящего основания 1 и 2 корпуса увеличивается в 2÷3 раза по сравнению с работой корпуса модуля без пластин 12 из композитного материала, что исключает перегрев СВЧ-узлов приемопередающих каналов и блока питания и управления. От двух половин 1, 2 теплоотводящего основания корпуса теплота передается теплопроводностью (при непосредственном контакте, или через теплопроводящую пасту, или через мягкий низкотемпературный припой 13) к зонам испарения 8 тепловых труб 7, в результате чего теплоноситель в каждой из тепловых труб 7 испаряется и перемещается в их зоны конденсации 9, где конденсируется и отдает теплоту зоне теплоотвода 3 и 4. Подвод и отвод теплоты от двух половин теплоотводящего основания корпуса к тепловым трубам 7 осуществляется через поверхности внутренних продольных полусферических каналов 5 и 6, теплопроводностью при непосредственном контакте или через теплопроводящую пасту, или через мягкий низкотемпературный припой 13. Отведенная от зон конденсации 9 тепловых труб 7 через две половины зоны теплоотвода 3, 4 теплота поступает на нагрев соответственно, двух радиаторов воздушного охлаждения 10 и 11, из которых она уносится в окружающую среду системой принудительного воздушного охлаждения.The heat-generating microwave units of the transceiver channels, as well as the power supply and control unit, located on the two halves 1 and 2 of the heat sink base placed on symmetrical relative to the longitudinal plane with the heat sink zone 3, 4 of the module housing, during the operation of the AFAR module emit heat, which is initially removed to the plates 12 from the composite material consisting of grains of diamond, silicon and silicon carbide, and, due to the very high thermal conductivity of the plates 12, they are uniformly heated (their temperature equation) over the entire surface (plates 12) . Next, the heat is removed from the plates 12 by thermal conductivity to the halves of the heat sink base 1 and 2 of the housing. In this case, the heat transfer coefficient from the heat-generating microwave nodes of the transceiver channels to the heat sink base 1 and 2 of the case increases by 2–3 times compared to the operation of the module case without plates 12 made of composite material, which eliminates overheating of the microwave nodes of the transceiver channels and the power supply and control unit . From two halves 1, 2 of the heat sink base of the body, heat is transferred by heat conduction (through direct contact, either through heat-conducting paste, or through soft low-temperature solder 13) to the evaporation zones 8 of heat pipes 7, as a result of which the heat carrier in each of heat pipes 7 evaporates and moves in their condensation zone 9, where it condenses and transfers heat to the heat sink zone 3 and 4. The supply and removal of heat from the two halves of the heat sink base to the heat pipes 7 is carried out through the surfaces of the inner longitudinal hemispherical channels 5 and 6, thermal conductivity in direct contact or through a heat-conducting paste, or through a soft low-temperature solder 13. The heat removed from the condensation zones 9 of the heat pipes 7 through two halves of the heat sink zone 3, 4 is supplied to heat, respectively, two air-cooled radiators 10 and 11, of which it is carried into the environment by a forced air cooling system.
Заявляемый корпус модуля АФАР предназначен для перспективных РЛС наземного базирования и соответствует требованиям ГОСТ РВ 20.39.304-98 по группе аппаратуры 1.3., при этом система отвода тепла автономна и интегрирована в конструкцию корпуса модуля. Суммарная мощность тепловыделения в корпусе модуля составляет более 140 Вт. Масса корпуса модуля со всеми конструктивными элементами и тепловыми трубками составляет (3,5±0,1) кг. Корпус модуля АФАР герметичен. Наружные металлические поверхности корпуса модуля для условий хранения и эксплуатации выполнены коррозионностойкими. Максимальный перегрев оснований в контрольных точках корпуса модуля относительно температуры охлаждающего воздуха не превышает 16°С. Температура внутри отсеков модуля при его работе составляет от плюс 60 до плюс 70°С, а при функционировании при предельных температурах охлаждающего воздуха - от плюс 70 до 90°С.The inventive housing of the AFAR module is intended for prospective ground-based radars and meets the requirements of GOST RV 20.39.304-98 in hardware group 1.3., While the heat removal system is autonomous and integrated into the module housing design. The total heat dissipation in the module case is more than 140 watts. The mass of the module housing with all structural elements and heat pipes is (3.5 ± 0.1) kg. The housing of the AFAR module is sealed. The outer metal surfaces of the module case for storage and operation are corrosion resistant. The maximum overheating of the bases at the control points of the module housing relative to the temperature of the cooling air does not exceed 16 ° C. The temperature inside the module compartments during its operation is from plus 60 to plus 70 ° C, and when operating at extreme temperatures of cooling air, from plus 70 to 90 ° C.
Корпус модуля АФАР устойчив к воздействию механических и климатических факторов, и допускает эксплуатацию в условиях воздействия внешних воздействующих факторов согласно ГОСТ РВ 20.39.304-98 для группы 1.3 и таблицы 1.The housing of the AFAR module is resistant to mechanical and climatic factors, and allows operation under external exposure factors in accordance with GOST RV 20.39.304-98 for group 1.3 and table 1.
2. Испытания не проводятся - требования обеспечиваются конструкцией изделия заказчика.
3. Испытания не проводятся согласно п..9.1.4 ГОСТ РВ 20.39.305-98Notes: 1. Tests are conducted as part of the product.
2. No tests are carried out - the requirements are provided by the design of the customer’s product.
3. Tests are not conducted in accordance with clause 9.1.4 of GOST RV 20.39.305-98
Корпус модуля АФАР стоек к специальным воздействиям, установленным для группы 1.4 ГОСТ РВ 20.39.305-98. Корпус модуля АФАР обеспечивает безотказную работу в течение 72 часов. Среднее время наработки корпуса на отказ - 100000 часов. Средний срок службы модуля не менее 20 лет. Средний ресурс работы до заводского ремонта составляет не менее 150000 часов. Гарантийный срок службы - 2 года. Гарантийный срок хранения - 1,8 года в таре завода-изготовителя.The housing of the AFAR module is resistant to special influences established for group 1.4 of GOST RV 20.39.305-98. The housing of the AFAR module provides uptime for 72 hours. The average time between failures is 100,000 hours. The average module service life is at least 20 years. The average life before factory repair is at least 150,000 hours. Warranty period - 2 years. Guaranteed shelf life - 1.8 years in the container of the manufacturer.
Для обеспечения внутрисистемной электромагнитной совместимости (ЭМС) корпус модуля АФАР выполнен из металла с защитным покрытием Н15.М6.О-Ви(99,8)9. Минимальная толщина стенок корпуса модуля составляет не менее 1 мм.To ensure intra-system electromagnetic compatibility (EMC), the AFAR module case is made of metal with a protective coating N15.M6.O-Vi (99.8) 9. The minimum wall thickness of the module housing is at least 1 mm.
Сырье, материалы и комплектующие корпуса модуля удовлетворяют требованиям п.п.10, 11 ГОСТ РВ 20.39.309-98. В модуле использованы тепловые трубы производства предприятия «Белорусское республиканское НПО «Порошковой металлургии». Применяемые в модуле материалы пожароопасных, токсичных и запахообразующих примесей не выделяют. Параметры механических и климатических воздействий для предложенного корпуса модуля АФАР рассчитаны по ГОСТ 20.39.304-98 для группы 1.3.Raw materials, materials and components of the module housing satisfy the requirements of items 10, 11 GOST RV 20.39.309-98. The module uses heat pipes produced by the Belarusian Republican NPO Powder Metallurgy enterprise. The materials used in the module do not emit flammable, toxic and odor-forming impurities. The parameters of mechanical and climatic influences for the proposed housing of the AFAR module are calculated according to GOST 20.39.304-98 for group 1.3.
Полагаем, что предложенное устройство обладает всеми критериями полезной модели, так как:We believe that the proposed device has all the criteria of a utility model, since:
- Корпус модуля АФАР в совокупности с ограничительными и отличительными признаками формулы полезной модели является новым для общеизвестных устройств и, следовательно, соответствует критерию "новизна";- The housing of the AFAR module, together with the restrictive and distinctive features of the utility model formula, is new for well-known devices and, therefore, meets the criterion of "novelty";
- Конструктивная реализация корпуса модуля АФАР не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию "промышленная применимость".- The constructive implementation of the housing of the AFAR module does not present any structural, technical and technological difficulties, which implies compliance with the criterion of "industrial applicability".
Литература:Literature:
1 - патент РФ №2379802, от 20.01.2010 г., МПК H01Q 21/00, H01Q 3/26, «Блок приемопередающих модулей активной фазированной антенной решетки».1 - RF patent No. 2379802, dated January 20, 2010, IPC H01Q 21/00, H01Q 3/26, “Transceiver Modules Unit of an Active Phased Antenna Array”.
2 - патент РФ №2172538, от 20.08.2001 г., МПК H01L 23/34, H01L 23/36, «Теплопроводная прокладка».2 - RF patent No. 2172538, dated 08/20/2001, IPC H01L 23/34, H01L 23/36, “Heat-conducting gasket”.
3 - патент РФ №2253922, от 27.09.2004 г., МПК H01L 23/40, «Мощный полупроводниковый приборе».3 - RF patent No. 2253922, dated September 27, 2004, IPC H01L 23/40, “Powerful semiconductor device”.
4 - полезная модель РФ №81850, от 20.10.2008 г., МПК Н01Р 1/26, «Мощная микрополосковая нагрузка».4 - utility model of the Russian Federation No. 81850, dated 10.20.2008, IPC Н01Р 1/26, “Powerful microstrip load”.
5 - патент РФ №2206502, от 20.06.2003 г., МПК С01В 31/06, С01В 31/36, С04В 35/52, «Композиционный материал».5 - RF patent No. 2206502, dated 20.06.2003, IPC СВВ 31/06, СВВ 31/36, СВВ 35/52, “Composite material”.
6 - патент РФ №2338345, от 10.11.2008 г., МПК Н05К 7/20, «Шкаф радиоэлектронной аппаратуры».6 - RF patent №2338345, dated 10.11.2008, IPC Н05К 7/20, "Cabinet of electronic equipment".
7 - патент РФ №2380803, от 27.01.2010 г., МПК H01Q 21/00 «Модуль активной фазированной антенной решетки» - прототип.7 - RF patent No. 2380803, dated January 27, 2010, IPC H01Q 21/00 “Active phased array antenna module” - prototype.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010116861/07U RU97219U1 (en) | 2010-04-28 | 2010-04-28 | CASE OF AN ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY MODULE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010116861/07U RU97219U1 (en) | 2010-04-28 | 2010-04-28 | CASE OF AN ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY MODULE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97219U1 true RU97219U1 (en) | 2010-08-27 |
Family
ID=42799114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010116861/07U RU97219U1 (en) | 2010-04-28 | 2010-04-28 | CASE OF AN ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY MODULE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU97219U1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2474935C1 (en) * | 2011-07-19 | 2013-02-10 | Открытое акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Active transmitting phased antenna array |
| RU2564152C1 (en) * | 2014-08-07 | 2015-09-27 | Публичное акционерное общество "Радиофизика" | Method of cooling active phased antenna array |
| RU2566601C1 (en) * | 2014-07-01 | 2015-10-27 | Публичное акционерное общество "Радиофизика" | Receiving-transmitting microwave module |
| RU175877U1 (en) * | 2017-06-05 | 2017-12-21 | Открытое акционерное общество "ОКБ-Планета" ОАО "ОКБ-Планета" | CASE OF AN ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY MODULE |
| RU195229U1 (en) * | 2019-11-05 | 2020-01-17 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Radiating Antenna Module |
| RU196690U1 (en) * | 2019-12-27 | 2020-03-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет") | Transceiver module of the active phased antenna array of the Ka-band with a two-stage cooling system |
| RU2777697C1 (en) * | 2021-09-02 | 2022-08-08 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК» | Multi-channel transmitter |
-
2010
- 2010-04-28 RU RU2010116861/07U patent/RU97219U1/en active
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2474935C1 (en) * | 2011-07-19 | 2013-02-10 | Открытое акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Active transmitting phased antenna array |
| RU2566601C1 (en) * | 2014-07-01 | 2015-10-27 | Публичное акционерное общество "Радиофизика" | Receiving-transmitting microwave module |
| RU2564152C1 (en) * | 2014-08-07 | 2015-09-27 | Публичное акционерное общество "Радиофизика" | Method of cooling active phased antenna array |
| RU175877U1 (en) * | 2017-06-05 | 2017-12-21 | Открытое акционерное общество "ОКБ-Планета" ОАО "ОКБ-Планета" | CASE OF AN ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY MODULE |
| RU195229U1 (en) * | 2019-11-05 | 2020-01-17 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Radiating Antenna Module |
| RU196690U1 (en) * | 2019-12-27 | 2020-03-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет") | Transceiver module of the active phased antenna array of the Ka-band with a two-stage cooling system |
| RU2777697C1 (en) * | 2021-09-02 | 2022-08-08 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК» | Multi-channel transmitter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU97219U1 (en) | CASE OF AN ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY MODULE | |
| KR102159135B1 (en) | Multifunctional components for electronic devices and related methods to provide thermal management and board level shielding | |
| US10772245B2 (en) | Systems and methods for thermal management for high power density EMI shielded electronic devices | |
| US6084772A (en) | Electronics enclosure for power electronics with passive thermal management | |
| US7092255B2 (en) | Thermal management system and method for electronic equipment mounted on coldplates | |
| JP2015522943A (en) | Thermoelectric heat exchanger components including protective heat spreading lid and optimal thermal interface resistance | |
| SK8522003A3 (en) | An electronic device | |
| US11497119B2 (en) | Carrier substrate, an electronic assembly and an apparatus for wireless communication | |
| US20050088823A1 (en) | Variable density graphite foam heat sink | |
| CN111836513B (en) | Radiator assembly, method of manufacturing radiator assembly and electrical device | |
| US10959357B2 (en) | Circuit block assembly | |
| CN110494018B (en) | Optical module | |
| EP0932330A1 (en) | Electronic apparatus | |
| CN114503795A (en) | Thermal control system for mesh network devices and associated mesh network devices | |
| CN114446903A (en) | Packaging device, packaging module and electronic equipment | |
| EP3806492A1 (en) | Passive thermal-control system of a mesh network device and associated mesh network devices | |
| WO2014140098A1 (en) | Heat spreader with flat pipe cooling element | |
| CN107509365B (en) | Ultrathin microwave assembly and heat pipe radiating device | |
| RU97220U1 (en) | CASE OF AN ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY MODULE | |
| US11153965B1 (en) | Integrated vapor chamber printed circuit board (PCB) assembly | |
| CN114094303A (en) | Heat radiation structure of phased array antenna, phased array antenna and satellite platform | |
| Yoon et al. | Analysis on heat dissipation characteristics of arrayed tile-type Digital Transmit/Receive Modules | |
| CN110764598A (en) | Radiator, circuit board assembly and computing device | |
| RU152503U1 (en) | PASSIVE HEAT REMOVAL SYSTEM FROM ELECTRONIC COMPONENT | |
| UA139015U (en) | ACTIVE PHASE ANTENNA GRID MODULE HOUSING |