[發明專利]T/R組件的散熱結構及結構中熱管的設計方法

有效

• 申請號: 201310703231.4
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103747653A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 謝清玲;劉繼鵬;呂洋
• 申請（專利權）人: 西安電子工程研究所
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20;F28D15/04
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明屬于熱控制技術領域，是基于熱管導熱的方式，使用熱管將集中的熱量傳導至散熱齒片，具體涉及一種T/R組件的散熱結構及結構中熱管的設計方法，用于對T/R組件進行散熱處理，實現T/R組件正常連續工作。

背景技術

當今雷達發展的一個重要方向是增大雷達作用距離，提高雷達測量精度，有效對抗各種雜波及低可觀測目標。而無論何種頻段何種用途的有源相控陣雷達，其每個或數個輻射單元后均接有一個固態的T/R組件，一部有源相控陣雷達少則幾百個，多則幾千個T/R組件，所以設計制造出尺寸小、重量輕、成本低、性能優良、可靠性高的T/R組件是實現和保證雷達整機性能的關鍵所在。

T/R組件主要由數控移相器和功率放大鏈組成。數控移相器是為了實現天線波束的相控掃描而設置的；功率放大鏈由兩級功率放大器組成，主要功能是完成射頻激勵信號的功率放大并經隔離器送至陣列天線輻射單元。目前國內多采用基于單片集成電路（MMIC）的微帶混合集成電路技術，在滿足性能指標的同時可以最大限度的減小系統的體積和復雜程度，大大提高其可靠性，因此，鑒于我們目前的工藝水平、MMIC單片技術的現狀以及T/R組件的指標要求，利用已成熟的MMIC單片混合平面集成電路技術制作T/R組件是一種切實可行的方案，在此基礎上設計出來的T/R組件體積小，但是熱密度器件多，熱量相對比較集中，因此T/R組件能否正常工作取決于該組件的熱量能否合理導出。

熱管是一種具有極高導熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管內工質的蒸發與凝結來傳遞熱量，具有極高的導熱性、良好的等溫性、冷熱兩側的傳熱面積可任意改變、可遠距離傳熱、可控制溫度等一系列優點。由熱管組成的熱管式散熱器具有傳熱效率高、結構緊湊、流體壓降小等優點。尤其是重力熱管因其簡單的結構及經濟的成本得到了廣泛的應用，其散熱工作原理是：熱管受熱側吸收熱量，并將熱量傳給管內工質(液態)，工質吸熱后以蒸發與沸騰的形式轉變為蒸汽，蒸汽在壓差作用下上升至放熱側，同時凝結成液體放出汽化潛熱，熱量傳給放熱側的冷流體，冷凝液體依靠重力回流到受熱側。由于熱管內部抽成真空，所以工質極易蒸發與沸騰，熱管起動迅速。熱管式散熱器在冷、熱兩側均可裝設散熱片，以強化傳熱。

該T/R組件是固態發射單元，而且距離比較近（間距只有1mm），同時T單元表面熱流密度達到了6W/cm2，在常用冷卻方法中，空氣強制對流（風冷）散熱的表面熱流密度最大只有0.6W/cm2(溫升40度)，故該T/R組件的表面熱流密度超過了普通空氣強制對流的散熱能力。而要保證該T/R組件的核心器件在高溫55℃環境下正常工作，其表面溫度不能高于85℃(溫升30℃)，這樣需要對該T/R組件采取有效的熱控技術措施。

在T/R組件常規采用的散熱方式中，目前在國內采用的冷卻方法有強迫風冷、液冷和蒸發冷卻等，強迫風冷散熱能力有限，液冷和蒸發冷卻設備復雜、體積較大、易滲漏等缺點。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種T/R組件的散熱結構及結構中熱管的設計方法，基于熱管式散熱器和風冷相結合的散熱方式，將T/R組件的熱量傳導至散熱片，再通過風冷進行散熱，用于解決T/R組件高密度大功率條件下的散熱問題，本結構體積小、重量輕，效率高，能夠滿足惡劣環境下T/R組件使用要求。

技術方案

一種T/R組件的散熱結構，其特征在于包括冷板2、散熱片4和熱管3；T/R組件通過螺釘固定在冷板2上，冷板2的上部設有散熱片4，與固定T/R組件相對的冷板2的另一面板上設有熱管3；所述熱管3為以蛇形彎曲形狀盤繞在冷板2上，一端焊接在冷板2的底端，另一端與散熱片4的頂端焊接；所述T/R組件的底面與冷板2完全貼合。

所述熱管3內的傳導工質為水。

所述T/R組件采用表面鍍金工藝。

所述冷板2、熱管3和散熱片4為相同的材質。

所述冷板2、熱管3和散熱片4為為銅材。

一種用于所述T/R組件的散熱結構中熱管的設計方法，其特征在于：

步驟1、初步確定熱管的結構參數：

1、根據散熱器最大導熱量計算單根熱管的導熱極限：其中：Φ_max為最大導熱量，N為熱管數量；

2、計算管壁：其中：p和P分別為最大內壓和外壓，單位為Pa；d為熱管外徑，單位為m；[σ]為材料許用應力，單位為N/m²；C為附加的厚度，按壓力容器規范選取；