[發明專利]一種有源相控陣雷達天線的環控系統設計方法及框架結構

有效

• 申請號: 201810349366.8
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108598657B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 王猛;閆富榮;趙冬竹;王一兵;薛敏
• 申請（專利權）人: 陜西黃河集團有限公司
• 主分類號: H01Q1/00
• 分類號: H01Q1/00;H01Q1/12;H01Q1/42;G06F30/17;G06F30/23
• 代理公司: 西安亞信智佳知識產權代理事務所(普通合伙) 61241
• 代理人: 段國剛

本發明提出了一種有源相控陣雷達天線的環控系統設計方法及框架結構，可有效解決有源相控陣雷達天線中除T/R組件及其供電電源外的單元控制器、高頻接收機、功分網絡等分散分布的低功耗組件的熱控問題，總體上實現有源相控陣天線風冷與液冷混合散熱的技術手段。本發明與現有技術相比，具有如下優點：1.解決了有源相控陣雷達天線中單元控制器、高頻接收機、T組件以及功分網絡等低功耗組件的散熱問題，可與針對T/R組件及供電電源的液冷冷板搭配實現有源相控陣雷達天線系統的風冷與液冷的混合散熱技術手段；2.送風及回風通道均基于天線框架邊梁的中間夾層結構，無需專門設計靜壓腔，減小了天線尺寸，實現了結構和散熱功能一體化；3.流體流動方向與冷板及功耗組件安裝方向大體平行，減小了流動阻力，降低了風機及電源的功耗要求。

技術領域

本發明涉及天線熱設計領域，具體涉及到一種面向有源相控陣天線的環控系統設計方法及框架結構，用于指導有源相控陣天線的散熱設計。

背景技術

隨著電子技術的飛速發展以及軍事裝備要求的不斷提高，有源相控陣天線的集成度越來越高，系統內的熱流密度也越來越大，部分芯片的發熱量已超過100W/cm²，美國海軍預測未來T/R組件的熱流密度有可能突破1000W/cm²。如此高的熱量如果不能及時有效地散出，雷達系統的工作性能將會受到嚴重影響，具體表現在：高溫使結構產生熱變形，降低陣面平面度，改變輻射單元的位置及指向；破壞T/R組件的相位一致性，降低收發增益，增加失效率。目前已有研究表明，固態雷達發射機中，功率晶體管的結溫每增加10℃，其可靠性就會下降60％。由此可見，高效、可靠地散熱方式對保證雷達系統的工作性能是十分重要的。目前，針對高熱流密度的T/R組件，可采用基于微通道冷板技術的液冷散熱方法，即將T/R組件及其二次供電電源安裝在液冷冷板上，通過冷板內部流動的冷卻介質換熱將熱量帶走。然而，對一個復雜的有源相控陣天線系統而言，除了T/R組件、供電電源等高熱流密度組件外，還有單元控制器、高頻接收機、T組件、功分網絡等零散分布的組件，這些組件雖然熱功耗較低，但同樣需要專門的散熱措施來保證其正常工作，我們稱這些散熱措施為有源相控陣天線的環控系統。

對傳統單純采用風冷散熱的有源相控陣天線而言，大多采用集中式孔板靜壓送風的方法，即將冷風從天線框架底部送入，在天線后蓋板與中隔板之間形成靜壓層，在靜壓作用下，風流經T/R組件的散熱器，從中隔板的通風孔進入天線反射面與天線罩之間的夾層，最后通過風機將熱風抽出。然而，當T/R組件的熱功耗增大，需采用換熱效率更高的液冷冷板散熱技術后，中間隔板將不會有足夠的空間用于開通風孔，且與中隔板垂直安裝的冷板將會對底部進風造成較大阻力，不利于此方案的成功實現。因此，設計一種簡單、可靠的環控系統來解決除T/R組件及其供電電源外的熱功耗器件的散熱、實現未來有源相控陣天線的風冷、液冷混合散熱將是本領域目前亟待解決的工程技術問題。

發明內容

為了解決有源相控陣雷達天線中除T/R組件及其供電電源外的發熱組件的散熱問題，本發明提出了一種天線框架結構以及基于這種天線框架結構的環控系統設計方法，可有效解決單元控制器、高頻接收機、功分網絡等分散分布的低功耗組件的熱控問題，總體上實現有源相控陣天線風冷與液冷混合散熱的技術手段。

實現本發明的設計方法的具體步驟如下：

(1)根據有源相控陣雷達天線功耗組件的分布確定天線框架的結構；

(2)利用框架邊梁、后蓋板以及框架中隔板規劃環控系統風的流通路徑；

(3)根據天線框架內安裝功耗組件的熱量計算所需風量；

(4)利用全面孔板送風原理計算靜壓腔側板的開孔尺寸d_s、孔口間距l以及開孔數目n；

(5)基于等面積原則計算回風側板的開孔直徑D；

(6)根據所需風量及送風靜壓腔壓力損失選擇合適的風機；