一种共形TR组件及其全打印制备方法技术

本发明专利技术属于共形发射/接收组件相关技术领域，其公开了一种共形TR组件，该TR组件包括散热模块以及设于所述散热模块两相对表面的芯片连接模块以及信号收发模块，散热模块上设有相互贯通的多层散热微通道，微通道内设有流动的散热介质；散热模块上还设有多个贯通的通孔，芯片连接模块与信号收发模块通过通孔相互连接。本发明专利技术还提供了一种上述共形TR组件的全打印制备方法，该制备方法采用FDM工艺、电流喷印工艺、螺旋电纺丝工艺等对散热模块、芯片连接模块以及信号收发模块进行全打印，可以制备出基于待共形曲面的异质多层TR组件，进而实现复杂表面的共形，提高共形能力，并利于制备大面积的TR组件。

【技术实现步骤摘要】
一种共形TR组件及其全打印制备方法
本专利技术属于共形发射/接收(TransmitterandReceiver，TR)组件相关
，更具体地，涉及一种共形TR组件及其全打印制备方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，雷达已经成为了战场上主要的以及核心的传感器。在发现即为摧毁的现代战场上，雷达的重要性更是与日俱增。相控阵雷达是一种以改变雷达波相位来改变波束方向的雷达，其解决了传统机械扫描雷达的种种问题，在相同的孔径和操作波长下，相控阵的反应速度、目标更新速率、多目标追踪能力、分辨率、多功能性、电子对抗能力等都远优于传统雷达，成为现代军事电子装备中的重要组成部分。而有源相控阵雷达作为相控阵雷达的一种，由于其工作范围大，抗干扰能力强，重复性、可靠性、一致性好，宽带性能高，同时具有较快的扫描速度、灵活多变的波束控制、能进行多目标跟踪能力等优点，逐渐成为了现代雷达发展的主要方向。TR组件是有源相控阵雷达的核心部件，用于完成对发射和接收信号的各种处理，其性能直接影响雷达系统的工作能力。有源相控阵TR组件的应用领域从地面逐渐向海洋、天空、太空扩展，因此对其性能和质量的要求越来越高。除了大功率、高效率、低噪声等要求外，TR组件还要求尽可能的小型化、轻量化、集成化、多功能和高可靠性。传统的相控阵雷达天线或TR组件一般采用线阵或者平面阵，其优点是结构简单，各方面技术理论成熟，但平面相控阵雷达的扫描角度受限，随着波束扫描角的增大，会造成有效孔径投影区的下降，从而导致波束的展宽和天线增益的下降，严重影响雷达的探测性能。此外，平面相控阵雷达在探测时必须正对工作区域，对于速度较高的系统(如飞机、导弹等武器系统)会显著增加阻力，在此情况下，雷达天线的直径因空气动力等因素不能过大，所以从整体限制了雷达的探测性能。同时，传统的相控阵TR组件整体发热量较大，目前有源相控阵天线中TR组件的效率只有30％，大部分能源被转换成了热量，在狭窄的空间中散热和冷却成为了一大难题。共形TR组件能够和载体表面共形，且不破坏载体的外形结构及空气动力学特性，具有多目标同时跟踪等更优的天线性能和更高效的一体化集成能力，可以有效扩展雷达天线的探测区域，提高雷达的探测距离，扩大可进行态势探测的平台范围。共形TR组件还能扩展雷达的扫描范围，将平面相控阵的扫描限制扩展到半球乃至3/4球区域，且可以在扫描过程中保证稳定。由于共形TR组件贴附于载体表面，载体内不需安装雷达，则节省载体空间，节省的空间可以用来安装其他设备、燃料等，从而提升载荷能力。现阶段已有相关技术人员做了一些研究，如申请号为201010100738.7的专利公开了一种共形有源相控天线单元，将天线辐射体与TR组件一体化集成到与天线在飞机安放部位适配的金属共形曲面薄壁腔结构的辐射体内，但其工艺过程复杂且共形能力十分有限。申请号为201711328715.X的专利申请公开了一种应用于无人机平台的有源共形阵列天线，解决了上述的部分问题，其利用天线阵面与机身蒙皮结构共形，采用刚性和柔性印制板相结合的方式将有源模块、天线阵列以及机身蒙皮结构集成，这种天线虽然可以将TR组件与天线阵列一同共形于机身表面，但TR组件依然是以传统方式制造而成的硬质器件，在很多场合不利于共形要求，并且共形过程中需要将通过封装结构与其他功能模块组合，整体的制作成本高且复杂。申请号为201811013761.5的专利公开了一种360°全方位扫描的圆锥面共形相控阵天线，多个天线单元组成整体为圆锥面共形结构的相控阵，该结构利于阵列组合排布实现曲面共形，但不利于高效高集成化制造，且TR组件本身属于硬质器件，不利于在高曲率和复杂表面共形。申请号为201811231615.X的专利公开了一种一体化圆柱共形相控阵天线，每个天线单元都与其背部的TR芯片通过探针进行垂直互联构成阵元，阵元按列排布，每列子阵在空间上按圆柱共形结构排列，多层布线、多片级联，其只能在规则的曲面上进行共形，且布线复杂，子阵不便于在复杂曲面上排列。申请号为201910388777.2的专利公开了一种基于强耦合效应的机翼载低散射超宽带共形相控阵，其采用泡沫支撑位于天线辐射贴片层上方的一层薄共形介质，各组件都以机翼局部为载体进行了共形处理，整体共形能力提升，但该结构需额外加工一共形介质板，并用泡沫支撑，因此该共形相控阵体积大，空间利用率低。现有的技术能做到良好的天线共形能力，但TR组件的制造仍未摆脱传统方式，其应用于相控阵雷达或天线中，多采用多层布线、层叠结构、高密度集成与装配的方式来尽量实现共形要求，只能在规则曲面上展现出较好的共形能力。若要实现对大面积、大曲率或复杂表面的航空航天飞行器中共形能力的要求，使雷达或天线系统能随着外形变化进行动态调整适应，对于飞行器因气动、冷热等引起的振动和外形变化具有更好的适应性，则TR组件本身需要共形以达到更高集成度和共形程度的要求，使航空装备可以设计成最优的气动外形而无需为安装雷达/天线阵面而付出额外的气动代价。因此，亟待设计一种新型共形TR组件及其制备方法，以提高TR组件的共形能力和散热效率，并满足其小型化、轻量化要求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种共形组件及其全打印制备方法。通过在TR组件内部设置散热微通道，微通道内可以设置流动的散热介质，可以显著提高TR组件的散热能力，通过螺旋电纺丝工艺在通孔内设置同轴度较高、直径为微米级或纳米级的高介电结构，可以在保证整体结构精细程度的同时，提高其内导线制作的可靠性。采用FDM工艺、电流体喷印、螺旋电纺丝工艺等制备TR组件，可以制备出基于待共形曲面的异质高密度集成的多层TR组件，可以实现复杂表面的共形，提高了TR组件的共形能力，并利于制备大面积的TR组件，成本低廉，工艺简单。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种共形TR组件，所述TR组件包括散热模块以及设于所述散热模块两相对表面的芯片连接模块以及信号收发模块，所述散热模块包括金属板，所述金属板内设有相互贯通的多层散热微通道，所述微通道内设有流动的散热介质；所述散热模块上还设有多个贯通所述散热模块的通孔，所述芯片连接模块与所述信号收发模块通过所述通孔相互连接。优选地，所述通孔内设有柱状高介电结构以及贯通所述高介电结构轴心的导线，所述芯片连接模块以及信号收发模块分别与所述导线的两端连接。所述高介电结构采用螺旋电纺丝工艺制备，所述导线通过打印纳米银墨水制备。所述信号收发模块包括陶瓷层，该陶瓷层上设有天线阵列层、传感器层和第二导线，第二导线将天线阵列层和传感层连接后与通孔内的导线进行连接。优选地，所述芯片连接模块包括复合电路板、以及设于所述复合电路板与所述散热模块相对表面的有源芯片和第一导线，所述有源芯片通过所述第一导线与所述导线连接。优选地，所述复合电路板上与所述散热模块相对的表面的形状与待共形设备匹配。优选地，每层所述微通道为蛇形结构、螺旋形结构、回字形结构、树状结构中的一种或多种组合，相邻两层所述微通道相互垂直。本申请还提供了一种上述共形TR组件的全打印本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共形TR组件，所述TR组件包括散热模块(100)以及设于所述散热模块两相对表面的芯片连接模块(200)以及信号收发模块(300)，其特征在于，/n所述散热模块(100)包括金属板(130)，所述金属板(130)内设有相互贯通的多层散热微通道(110)，所述微通道(110)内设有流动的散热介质；/n所述散热模块(100)上还设有多个贯通所述散热模块(100)表面的通孔(120)，所述芯片连接模块(200)与所述信号收发模块(300)通过所述通孔(120)相互连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种共形TR组件，所述TR组件包括散热模块(100)以及设于所述散热模块两相对表面的芯片连接模块(200)以及信号收发模块(300)，其特征在于，
所述散热模块(100)包括金属板(130)，所述金属板(130)内设有相互贯通的多层散热微通道(110)，所述微通道(110)内设有流动的散热介质；
所述散热模块(100)上还设有多个贯通所述散热模块(100)表面的通孔(120)，所述芯片连接模块(200)与所述信号收发模块(300)通过所述通孔(120)相互连接。


2.根据权利要求1所述的TR组件，其特征在于，所述通孔(120)内设有柱状高介电结构(121)以及贯通所述高介电结构(121)轴心的导线(122)，所述芯片连接模块(200)以及信号收发模块(300)分别与所述导线(122)的两端连接。


3.根据权利要求2所述的TR组件，其特征在于，所述高介电结构(121)采用螺旋电纺丝工艺制备，所述导线(122)通过打印纳米银墨水制备。


4.根据权利要求1所述的TR组件，其特征在于，每层所述微通道(110)为蛇形结构、螺旋形结构、回字形结构、树状结构中的一种或多种，相邻两层所述微通道(110)相互垂直。


5.根据权利要求2所述的TR组件，其特征在于，所述芯片连接模块(200)包括复合电路板(210)、以及设于所述复合电路板(210)与所述散热模块(100)相对表面的有源芯片(220)和第一导线(230)，所述有源芯片(220)通过所述第一导线(230)与所述导线(122)连接；所述信号收发模块包括陶瓷层(310)，所述陶瓷层(310)上设有天线阵列层(320)、传感器层(330)和第二导线(340)，所述第二导线(340)将天线阵列层(320)和传感层(330)连接后与所述通孔(120)内的导线(122)进行连接。


6.根据权利要求1所述的TR组件，其特征在于，所述TR组件的形状与待共形设备匹配。


7.一种权利要求1～6任意一项所述的共形TR组件的全打印制备方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，逐层打印所述散热模块(100)，以获得具有所述微通道(110)和通孔(120)的散热模块(100)；
S2，采...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永安，叶冬，尹周平，王璐，王梅，吴昊，蒋宇，史则颖，罗海博，
申请(专利权)人：华中科技大学，中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42