TWI618477B - 射頻放大系統及其散熱裝置 - Google Patents

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張繼安
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Abstract

本發明係關於一種射頻放大系統及其散熱裝置。射頻放大系統包括射頻放大器及散熱裝置，射頻放大器包含射頻功率元件。散熱裝置包括導熱板、複數熱管及複數鰭片。導熱板熱導接射頻功率元件，熱管的一端熱導接導熱板；鰭片呈平行且間隔地排列，熱管另一端穿接鰭片；其中，射頻功率元件的熱傳導至導熱板及熱管，再透過熱管快速地將熱傳導至鰭片而逸散，藉此達到快速散熱的目的，並使射頻功率元件能快速地達到熱穩定的溫度。

Description

射頻放大系統及其散熱裝置
本發明係有關一種射頻放大系統，尤指一種利用熱管及鰭片對射頻放大器進行散熱的射頻放大系統。
射頻放大器為射頻發射器電路中極為重要的一個元件，其主要功能為將訊號的功率放大並輸出給天線，以利天線將訊號輻射到遠端的射頻接收器。由於射頻放大器中的射頻功率元件為射頻發射器電路中最消耗功率的元件，並直接決定了發射訊號的品質，因此射頻功率元件在設計時需要同時考慮輸出功率、失真度、效率、頻寬及可靠度等因素。
習知射頻放大器受到舊有射頻功率元件製程技術為低電壓高電流的限制，因此高瓦數的射頻功率元件設計大多採用傳統並聯分散式結構，以降低電流應力和分散發熱源。又，由於射頻放大系統會到受其它寄生元件(Parasitic element)的參數影響而大多使用體積龐大的散熱片，造成射頻放大系統的整體重量過重；另外，現今射頻功率元件還存在熱穩定速度偏慢的缺點，造成使用者需等待系統熱機時間較長。
相較習知傳統射頻放大系統結構因使用舊有射頻功率元件，故存在轉換效率差且使用元件數目多的缺點。對此，業界研發運用高電壓形式的新 型射頻功率開關元件來構成射頻功率放大器。然而，由於此種新型的射頻功率開關元件的單位體積功率損耗高，熱源集中，故需要對其進行散熱，以達到溫度穩定，避免高溫造成毀損。
有鑑於此，本發明人遂針對上述現有技術，特潛心研究並配合學理的運用，盡力解決上述之問題點，即成為本發明人改良之目標。
本發明之一目的在提供一種射頻放大系統及其散熱裝置，其射頻功率元件的轉換效率高，並透過散熱裝置而能夠快速散熱，故能夠達到快速熱平衡穩定的目的。
本發明之另一目的，在於提供一種射頻放大系統及其散熱裝置，以簡化散熱結構及減少散熱元件，達到縮減散熱裝置體積及重量的目的。
為了達成上述之目的，本發明係提供一種射頻放大系統，包括射頻放大器及散熱裝置。射頻放大器包含射頻功率元件；散熱裝置包括導熱塊、導熱板、複數熱管及複數鰭片。導熱一側塊貼接射頻功率元件；導熱板熱導接導熱塊另一側；該些熱管的一端設置在導熱塊；複數鰭片平行且間隔地排列在導熱板上，熱管的另一端穿接在鰭片中；其中，射頻功率元件所產生的熱傳導至導熱塊，再透過導熱板及熱管而傳導至鰭片。
為了達成上述之目的，本發明係提供一種射頻放大系統之散熱裝置，用以對射頻放大系統之射頻功率元件進行散熱。散熱裝置包括導熱板、複數熱管及複數鰭片。導熱板熱導接射頻功率元件，各熱管包含蒸發段及冷凝段，熱管的蒸發段熱導接導熱板，鰭片呈平行且間隔地排列，熱管的冷凝段穿接在 鰭片上；其中，射頻功率元件所產生的熱傳導至導熱板及熱管的蒸發段，再透過熱管的冷凝段而熱傳導至鰭片。
相較於習知射頻放大器的散熱結構，本發明之射頻放大系統利用相變化的導熱元件(如熱管)來對射頻放大功率元件進行快速傳熱，另將相變化的導熱元件穿設鰭片，使熱可以快速分散在鰭片，據此達到散熱性能最佳化的效果，以簡化射頻放大器的散熱結構並減少散熱元件數量，可使散熱裝置的整體體積變小且重量變輕；又，在此結構下，高電壓形式的射頻放大功率元件的溫度能夠快速達到平衡穩定，讓使用者減少等待系統熱機時間；再者，本發明之射頻放大功率元件還具有轉換效率高、散熱體積小且重量輕等優點，增加本發明之實用性。
10‧‧‧射頻放大器
11‧‧‧電路板
12‧‧‧射頻功率元件
20‧‧‧散熱裝置
21‧‧‧導熱板
22‧‧‧熱管
221‧‧‧蒸發段
222‧‧‧冷凝段
223‧‧‧絕熱段
23‧‧‧鰭片
230‧‧‧穿孔
231‧‧‧凸環
24‧‧‧散熱風扇
25‧‧‧導風片
250‧‧‧導風孔
26‧‧‧導熱塊
30‧‧‧殼體
40‧‧‧支撐板
圖1係本發明之射頻放大系統的立體分解示意圖。
圖2係本發明之射頻放大系統一側方向的立體外觀示意圖。
圖3係本發明之射頻放大系統另一側方向的立體外觀示意圖。
圖4係本發明之射頻放大器與散熱裝置的結合示意圖。
圖5係本發明之射頻放大器與散熱裝置結合後的立體外觀示意圖。
圖6係本發明之散熱裝置的立體外觀示意圖。
圖7係本發明之射頻放大器及散熱裝置一側方向的組合剖視圖。
圖8係本發明之射頻放大器及散熱裝置另一側方向的組合剖視圖。
圖9係圖8的局部放大示意圖。
有關本發明之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
請參閱圖1至圖3，係分別為本發明之射頻放大系統及其散熱裝置的立體分解示意圖及二側方向的立體外觀示意圖。本發明提供一種射頻放大系統及其散熱裝置，包括一射頻放大器10及一散熱裝置20。該散熱裝置20係熱導接該射頻放大器10，並對該射頻放大器10進行散熱，藉以避免該射頻放大器10的操作溫度過高，進而維持該射頻放大器10的正常運作及使用壽命。
如圖1所示，於本發明的一實施例中，該射頻放大器10包含一電路板11、電性連接該電路板11的一射頻功率元件12及置在該電路板的一諧振電路(圖未示)。於本實施例中，該射頻放大器10係包含複數電路板11，該射頻功率元件12係設置在二片電路板11之間並予以電性連接。較佳地，該頻功率元件12為高轉換效率及高電壓形式的一射頻功率開關元件。
該散熱裝置20包括一導熱板21(如鋁板等)、複數熱管22及複數鰭片23。該導熱板21係熱導接該射頻功率元件12。該些鰭片23係呈平行且間隔地排列在該導熱板21上；又，該些熱管22係穿設在該導熱板21及該些鰭片23之間。
較佳地，該散熱裝置20更包括一散熱風扇24及一導風片25。該散熱風扇24係設置在該射頻放大器10及該些鰭片23的一側邊，該導風片25係設有複數導風孔250。又，該散熱風扇24所產生的強制氣流係部分流向該些鰭片23並帶走該些鰭片23的熱，以間接對該射頻放大器10進行散熱。另外，部分強制氣流則 透過該導風片25的導向穿過該些導風孔250而流向該射頻放大器10，以直接對該射頻放大器10進行散熱。
較佳地，本發明更包括一殼體30及一支撐板40。組設時，可將該射頻放大器10係設置在該支撐板40的一側面；另一方面，該散熱裝置20的熱管22及鰭片23則是組設在該支撐板40的另一側面，後續再將該支撐板40鎖固在該殼體30內，最後再將該射頻放大器10、該導熱板21、該些熱管22及該些鰭片23結合在該殼體30中，據以完成組設。
請參照圖2，係為本發明之射頻放大器及散熱裝置組設完成後一側方向的外觀示意圖。從圖中可看出，該射頻放大器10設置在該支撐板40的一側面，且該射頻放大器10透過該支撐板40而固定在該殼體30中，該散熱風扇24位在該射頻放大器10及該些鰭片23的一側邊。又，本發明之散熱風扇24所產生的強制氣流會從一側該射頻放大器10進行散熱。更詳細地說，本發明透過該導風片25的設置，使該散熱風扇24的部分強制氣流被導向穿過該些導風孔250，進而流向電子零件，以直接對該射頻放大器10進行散熱，增加電子零件的散熱效率。
請續參照圖3，係為本發明之射頻放大器及散熱裝置組設完成後另一側方向的外觀示意圖。從圖中可看出，複數鰭片23平行且間隔地排列在該導熱板21上；此外，複數熱管22穿設在該些鰭片23中，且該些熱管22及該些鰭片23是組設在該支撐板40的另一側面。再者，該散熱風扇24所產生的強制氣流會從一側對該些鰭片23進行散熱，藉此提高對電子零件的散熱效率。
請續參照圖4至圖6，係分別為本發明之射頻放大器與散熱裝置的結合示意圖、射頻放大器與散熱裝置結合後的立體外觀示意圖及散熱裝置的立體外觀示意圖。如圖4所示，本實施例中，該射頻放大器10設置在該支撐板40時， 該射頻功率元件12會外露在該支撐板40的另一側面。另外，組設該散熱裝置20時，穿設有熱管22的該些鰭片23先組設在該導熱板21上，接著再將該導熱板21的一側面直接貼接該射頻功率元件12，並將該導熱板21鎖固在該支撐板40。
請參照圖5所示，該射頻放大器10包含複數電路板11，該些電路板11係間隔固定在該支撐板40上；又，該射頻功率元件12外露出該支撐板40，並電性連接該些電路板11，據此完成將該射頻放大器10與該散熱裝置20結合在該支撐板40上。
如圖6所示，於本實施例中，該散熱裝置20更包括設置在該導熱板21的一導熱塊26(如銅塊等)。該導熱塊26的一側係貼接有該射頻功率元件12，該導熱塊26的另一側係嵌置在該導熱板21上而與該導熱板21熱導接。
各該熱管22包含一蒸發段221及一冷凝段222，該冷凝段222些熱管22的蒸發段221係熱導接該導熱板21。此外，該些熱管22的一端(蒸發段21)係嵌設在該導熱塊26，該射頻功率元件12係透過該導熱塊26及該些熱管22的蒸發段221而熱導接該導熱板21；又，該些鰭片23平行且間隔地排列在該導熱板21上，該些熱管22的另一端(冷凝段222)係穿接在該些鰭片23中。更詳細說明該些熱管的穿設方式如後。
於本發明的一實施例中，該些熱管22係分別為一U型管。各該熱管22還包含連接該蒸發段221及該冷凝段222的絕熱段223，各該絕熱段223係鄰靠在外側該些鰭片23上。較佳地，該些熱管22的絕熱段223係分別朝不同方向設置，以使該些熱管22的冷凝段222間隔穿設在該些鰭片23中；亦即，該些熱管22係以不同方向穿設在該些鰭片23中。據此，該些熱管22可將熱均勻地傳導至該些鰭片23，以提高散熱效率。
請另參照圖7至圖9，係分別為本發明之射頻放大器及散熱裝置二側方向的組合剖視圖及部分放大示意圖。如7圖所示，從圖中可明顯看出，該射頻放大器10的射頻功率元件12係設置在該導熱塊26及該些鰭片23之間。
請參照圖8，本實施例中，各該鰭片23係對應各該熱管22而具有一穿孔230及成型在該穿孔230之周緣的一凸環231，該些鰭片23的凸環231係貼接該些熱管22的外表面，以與該些熱管22之間保持較大的接觸面積。
請續參照圖9，本實施例中，各該凸環231係自該穿孔230之周緣垂直延伸一段距離H，該些鰭片23之間係以該段距離H為間隔而排列並相互靠抵。據此，該些熱管22的熱可透過較大的接觸面積而快速地傳導至該些鰭片23。
藉此，當該射頻放大器10運作時，該射頻功率元件12會產生高溫。該射頻功率元件12所產生的熱會傳導至該導熱塊26，並透過該導熱塊26傳導至該些熱管22及該導熱板21。接著，該些熱管22可快速地將熱傳導至該些鰭片23。最後，熱會均勻迅速地傳導至該些鰭片23的他處而逸散，藉此達到快速散熱的目的，並使該射頻功率元件12能快速地達到熱穩定的溫度。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，非用以定本發明之專利範圍，其他運用本發明之專利精神之等效變化，均應俱屬本發明之專利範圍。

Claims (13)

  1. 一種射頻放大系統，包括：一射頻放大器，包含一射頻功率元件；以及一散熱裝置，包括：一導熱塊，一側貼接該射頻功率元件；一導熱板，熱導接該導熱塊的另一側；複數熱管，該些熱管的一端係設置在該導熱塊，各該熱管包含一蒸發段、一冷凝段及連接該蒸發段及該冷凝段的一絕熱段；以及複數鰭片，平行且間隔地排列在該導熱板上，該些熱管的另一端係穿接在該些鰭片中，各該絕熱段係鄰靠在外側該些鰭片上，該些熱管的絕熱段係分別朝不同方向設置而使該些熱管的冷凝段間隔穿設在該些鰭片中；其中，該射頻功率元件所產生的熱係傳導至該導熱塊，再透過該導熱板及該些熱管而傳導至該些鰭片。
  2. 如請求項1所述之射頻放大系統，其中各該鰭片係對應各該熱管而具有一穿孔及成型在該穿孔之周緣的一凸環，該些凸環係貼接該些熱管。
  3. 如請求項2所述之射頻放大系統，其中各該凸環係自該穿孔之周緣垂直延伸一段距離，該些鰭片之間係以該段距離為間隔而排列並相互靠抵。
  4. 如請求項1所述之射頻放大系統，其中該些熱管係以不同方向穿設在該些鰭片中。
  5. 如請求項1所述之射頻放大系統，其中該散熱裝置更包括一散熱風扇及一導風片，該散熱風扇係設置在該射頻放大器及該些鰭片的一側邊，該導 風片係設有複數導風孔，該散熱風扇所產生的強制氣流係部分流向該些鰭片、部分穿過該些導風孔而流向該射頻放大器。
  6. 如請求項1所述之射頻放大系統，其更包括一殼體及一支撐板，該射頻放大器還包括一設置有該射頻功率元件的一電路板，該射頻放大器、該導熱板、該些熱管及該些鰭片係設置在該殼體中，該電路板係設置在該支撐板上，該支撐板係結合在該殼體內。
  7. 一種射頻放大系統之散熱裝置，用以對一射頻放大器之一射頻功率元件進行散熱，包括：一導熱板，熱導接所述射頻功率元件；複數熱管，各該熱管包含一蒸發段、一冷凝段及連接該蒸發段及該冷凝段的一絕熱段，該些熱管的蒸發段係熱導接該導熱板；以及複數鰭片，係呈平行且間隔地排列，該些熱管的冷凝段係穿接該些鰭片，各該絕熱段係鄰靠在外側該些鰭片上，該些熱管的絕熱段係分別朝不同方向設置而使該些熱管的冷凝段間隔穿設在該些鰭片中；其中，所述射頻功率元件所產生的熱係傳導至該導熱板及該些熱管的蒸發段，再透過該些熱管的冷凝段而熱傳導至該些鰭片。
  8. 如請求項7所述之射頻放大系統之散熱裝置，其中該射頻放大器還包括一電路板，該電路板與該射頻功率元件電性連接；及設置在該電路板的一諧振電路。
  9. 如請求項7所述之射頻放大系統之散熱裝置，其中該散熱裝置更包括設置在該導熱板的一導熱塊，該導熱塊係貼接有該射頻功率元件，該些熱管 的蒸發段係嵌設在該導熱塊，該射頻功率元件係透過該導熱塊及該些熱管的蒸發段而熱導接該導熱板。
  10. 如請求項7所述之射頻放大系統之散熱裝置，其中各該鰭片係對應各該熱管而具有一穿孔及成型在該穿孔之周緣的一凸環，該些凸環係貼接該些熱管的冷凝段。
  11. 如請求項10所述之射頻放大系統之散熱裝置，其中各該凸環係自該穿孔之周緣垂直延伸一段距離，該些鰭片之間係以該段距離為間隔而排列並相互靠抵。
  12. 如請求項7所述之射頻放大系統之散熱裝置，其中該散熱裝置更包括一散熱風扇及一導風片，該散熱風扇係設置在該射頻放大器及該些鰭片的一側邊，該導風片係設有複數導風孔，該散熱風扇所產生的強制氣流係部分流向該些鰭片、部分穿過該些導風孔而流向該射頻放大器。
  13. 如請求項7所述之射頻放大系統之散熱裝置，其更包括一殼體及一支撐板，該導熱板、該些熱管及該些鰭片係設置在該殼體中，該射頻放大器係設置在該支撐板上，該支撐板係結合在該殼體內。
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