[發明專利]機載相控陣天線相變儲熱液冷散熱箱

在審

• 申請號: 201810830079.9
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN109037882A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 何林濤;張克非
• 申請（專利權）人: 西南電子技術研究所（中國電子科技集團公司第十研究所）
• 主分類號: H01Q1/02
• 分類號: H01Q1/02
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發明公開的一種機載相控陣天線相變儲熱液冷散熱箱，旨在提供一種散熱快、效果好，散熱效率高的液冷散熱和相變儲熱結合的相控陣天線箱體。本發明通過下述技術方案予以實現：箱體(1)底部為散熱底座(3)，散熱底座(3)上層為液冷層(4)，下層為相變材料層(5)；所述液冷層設有S形的液冷流道(6)、液冷進口和液冷出口；相變材料層設有封閉在液冷層隔板與箱體底板之間多個蜂窩狀的隔框腔體；液冷流道利用液冷冷卻液流動將熱量傳出；相變材料層利用每個隔框腔體之間相互連通的金屬隔框，把相控陣天線產生的熱量快速導至儲存在相變材料層的相變材料中。本發明解決了短時突發狀況導致供液中斷導致相控陣天線天線熱量不能及時導出問題。

技術領域

本發明涉及一種主要用于航空航天通信、導航等領域中有源相控陣天線，具體涉及一種液冷散熱和相變儲熱結合的相控陣天線箱體。

背景技術

有源相控陣天線重量輕、體積小，天線內部安裝有天線、饋線、T/R、電源、冷卻等系統諸多電子模塊。在實際工作中大部分電子元器件對高溫環境要求苛刻，不允許環境溫度超過或接近其所能耐受的極限，否則將達不到應有的電性能指標，甚至發生破壞。而有源相控陣天線的熱功耗主要集中在T/R組件上，天線陣面可能有幾千個T/R組件和幾萬個功率晶體管，組成了龐大的發熱體。因此，如何解決這幾千個T/R組件的發熱便成了天線熱設計最關鍵的問題，直接影響天線使用性能、壽命和可靠性。

現有系統溫升過高，且溫度不均勻現象比較嚴重，移相器最高溫升約為30℃，整體溫度比空氣溫度高約5-10℃；與進口空氣的溫升大于25℃的區域面積占總面積的4.1％，溫升大于20℃的區域占總面積的35.5％。有源相控陣多功能雷達進行散熱設計時，將閉式強迫風冷系統與天線相結合，風扇將冷空氣從底部吸入，并吹向天線兩個面的空隙并通過小洞直接冷卻天線上的元器件，冷卻后的熱空氣排到底部的熱交換器，熱交換器的熱量通過液冷帶走。此冷卻系統安裝簡便，實現方式簡單，能滿足熱流密度并不高的地面相控陣雷達。但隨著對探測距離的不斷增加，有源相控陣天線的熱功耗隨之增加，強迫風冷難以滿足散熱需求，更多的工程研究重點集中在強迫液冷。英國的A.K.Agrawa等人對有源相控陣天線封裝設計方案時，采用強迫液冷冷板設計。他們將T/R模塊、控制單元、電源等模塊直接固定在一塊銅制冷板上，冷板有兩個作用，第一是作為結構固定，第二是散熱。冷板的正反兩面都有元器件，。為了提高冷板利用效率，兩列T/R組件從上下兩側貼著冷板進行散熱。為了保持線陣在裝配、維修、調試等階段的獨立性以及可擴展性，冷板與框架的導向槽盲插，并在冷板兩端設計定位銷與框架固定。

隨著陣面內集成的電子設備日益密集，天線的集成度和熱功耗不斷地增加，天線的高組裝密度使得熱設計變得尤為重要和突出。對于一些大功率的機載相控陣天線，一般采取液冷冷卻。由于飛機飛行中可能會遇到各種突發短時的惡劣環境條件，出現供液中斷、流量減少或者供液溫度增加的情況，導致天線熱量不能及時導出，但是天線必須保證持續正常工作。因此需要設計一種合理的散熱方案，保證天線在正常工況和短時惡劣工況下，器件的工作溫度能維持在允許范圍內。

發明內容

本發明針對飛行器飛行過程中短時突發狀況導致供液中斷、流量減少或者供液溫度增加，導致相控陣天線天線熱量不能及時導出問題，提供一種散熱快、效果好，散熱效率高的液冷散熱和相變儲熱結合的相控陣天線箱體。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種機載相控陣天線相變儲熱液冷散熱箱，具有一個設有多個隔板制成槽腔隔槽2的箱體1，且每個槽腔隔槽2用于安裝一個電子模塊，其特征在于：箱體1底部為散熱底座3，散熱底座3上層為液冷層4，下層為相變材料層5；所述液冷層4設有S形的液冷流道6、液冷進口7和液冷出口8；相變材料層5設有封閉在液冷層4隔板與箱體底板之間多個小型矩形狀的隔框腔體9；液冷流道6利用液冷冷卻液流動將熱量傳出；相變材料層5利用每個隔框腔體9之間相互連通的金屬隔框的高換熱性把相控陣天線產生的熱量快速導至儲存在相變材料層5的相變材料中。

本發明相比于現有技術具有如下有益效果：