一种液冷相控阵天线及其冷却方法技术

本发明专利技术涉及一种液冷相控阵天线及其冷却方法，属于相控阵天线技术领域，解决了现有技术相控阵天线的天线阵面的热流密度很大，导致天线阵面温度升高影响天线性能的问题。本发明专利技术的液冷相控阵天线包括：天线盘、TR组件、射频同轴连接器和液冷系统；液冷系统包括依次连接的液冷源、进液管路、液冷板和回液管路；液冷源用于提供冷却换热所需的冷却液；进液管路和回液管路分别实现向液冷板中注入冷却液和冷却液回流；天线盘、TR组件、射频同轴连接器均安装在液冷板上，通过液冷板中的冷却液对相控阵天线进行冷却散热。本发明专利技术实现了对相控阵天线的快速均匀散热。

【技术实现步骤摘要】
一种液冷相控阵天线及其冷却方法
本专利技术涉及相控阵天线
，尤其涉及一种液冷相控阵天线及其冷却方法。
技术介绍
有源相控阵天线在民用上的应用越来越广泛，一个天线阵面上分布着成百上千个T/R组件。飞行器环境下，它们排列紧凑，散热空间小，系统集成耦合度高，这使得天线阵面的热流密度很大，若这些热量不能及时从天线阵面带走，会导致天线阵面温度升高，引起T/R组件性能下降甚至失效，从而影响天线电性能，导致雷达性能恶化。因而有源相控阵天线的热设计直接关系到天线的电性能指标，并最终影响有源相控阵雷达的探测、跟踪等性能。液冷板技术即利用液冷装置腔体内的液体与腔体间进行强制对流换热，用持续不断的供液耗散热源的发热，从而对发热器件进行散热。液体冷却工质的传热系数是空气传热系数的20倍以上，因此强迫液冷通常用于大热流密度的情况下。强迫液冷的优点是散热性能较为均匀，散热效率高。飞行器雷达空间异形且狭小、相控阵天线阵元间距必须符合半波长设计等约束，而共口径双频双极化天线在空间体积严重受限的情况下要求收发通道数翻2～4倍，引起空间排布设计、高集成度密集连接、大功率热耗问题等难度急剧上升。需要在直径230mm的天线内排布近千个射频连接器，且相控阵天线总发热功率可以达到3000W以上，相控阵天线的结构设计需同时满足结构强度、刚度、散热、连接可靠度、维修性等要求。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种液冷相控阵天线及其冷却方法，用以解决现有相控阵天线的天线阵面的热流密度很大，若这些热量不能及时从天线阵面带走，会导致天线阵面温度升高，引起T/R组件性能下降甚至失效，从而影响天线电性能的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种液冷相控阵天线，包括：天线盘、TR组件、射频同轴连接器和液冷系统；液冷系统包括依次连接的液冷源、进液管路、液冷板和回液管路；液冷源用于提供冷却换热所需的冷却液；进液管路用于向液冷板中注入冷却液；回液管路用于回收液冷板中换热后的冷却液；液冷板上设有用于安装射频同轴连接器的第一射频通道；天线盘和TR组件分别安装在液冷板的上表面和下表面，并通过射频同轴连接器连接；液冷板中的冷却液能够对相控阵天线进行冷却散热。进一步地，液冷系统还包括：控制器；微控制器用于控制液冷系统的工作状态。进一步地，第一射频通道设有多个，且第一射频通道在液冷板上阵列分布。进一步地，第一射频通道贯穿液冷板的金属基体。进一步地，天线盘上设有多个阵列分布的天线辐射单元；天线辐射单元上设有第二射频通道；TR组件上设有第三射频通道；射频同轴连接器的两端通过第二射频通道和第三射频通道与天线辐射单元和TR组件实现信号连接。进一步地，天线盘与液冷板的金属基体固定连接；TR组件上设有支耳，并通过支耳与液冷板的金属基体固定连接。进一步地，TR组件有多个，且多个TR组件并列排布。进一步地，TR组件的外部套设支撑结构；支撑结构为罩体结构，支撑结构罩在多个TR组件的外部。进一步地，支撑结构与TR组件之间通过螺钉连接；且支撑结构与液冷板的金属基体固定连接。一种液冷相控阵天线的冷却方法，包括以下步骤：步骤S1：将液冷系统的冷却液流入液冷板；步骤S2：通过冷却液流经液冷板，对液冷板上的相控阵天线进行冷却换热；换热过程为：液冷板中的冷却液与金属基体进行热交换；金属基体与天线盘、TR组件和射频同轴连接器进行热交换；射频同轴连接器与天线辐射单元和TR组件进行热交换，完成对相控阵天线的冷却；步骤S3：冷却液通过回液管路流回液冷源，并重复步骤S1和S2。本专利技术技术方案至少能够实现以下效果之一：1.本专利技术的相控阵天线的液冷系统，传热路径短、传递热阻小，散热效率高，结构集成度高，液冷循环系统连接可靠，且对振动、冲击等环境有较好的适应性。对相控阵天线温度、液冷管路状态实时监控。并依据温度和运行状态，调整冷却液流量和温控方式。2.本专利技术提供的一种液冷相控阵天线的液冷板，与液冷循环系统连接可靠、结构紧凑，散热效果显著。结构主体采用铝合金为支撑，结构强度高，液冷板换热面积大，与热源之间传热路径短，对振动、冲击等环境有较好的适应性，使天线的散热、连接可靠度、维修性等满足要求。3.本专利技术的一种液冷相控阵天线的液冷板，在分水腔和汇水腔内加工有贯穿腔体、且无序排布的扰流器。扰流器能够使冷却液在腔体内无序流动，能够促使冷却液均匀分流至各个并行流道，同时促使流体进入湍流流动状态，进一步提高冷却液和金属腔体之间的换热效率。4.本专利技术的一种液冷相控阵天线的液冷板，设有上下两层并行流道，通过两层并行流道中的冷却液增加冷却液与金属基板的换热面积，提高换热效率。5.本专利技术的由进液接头和出液接头组成的相控阵天线的进出液接头，整体结构紧凑，与液冷系统间连接可靠性高，水密性好，操作简单省力。同时，进出液接头与液冷循环系统连接可靠，能够适用于振动、冲击等环境有较好的适应性。6.本专利技术的液冷装置的进出液接头拔插安装操作简单，在进液接头和出液接头的插接、接通和拔出过程中，进液阀块与出液通道贴合，出液阀块与圆推台贴合，且出液接头金属基的外表面始终与弹性外阻挡圈挤压接触。本专利技术的进出液接头，不会发生漏液，能够保证冷却液只会在金属基体的出液通道和进液通道之间流过，而不会从出液接头和进液接头渗出。本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术的液冷相控阵天线分解图；图2为相控阵天线的液冷系统；图3为本专利技术的液冷相控阵天线仰视图；图4为本专利技术的液冷相控阵天线俯视图；图5为液冷系统的剖视图；图6为液冷板视图一；图7为液冷板视图二；图8为液冷板和转接头；图9为液冷板的横向剖视图；图10为液冷板的纵向剖视图；图11为TR组件视图一；图12为TR组件视图二；图13为TR组件和支撑结构；图14为支撑结构组装图；图15为支撑结构分解图；图16为转接头；图17为转接头半剖结构；图18为出液接头结构图；图19为进液接头结构图；图20为活动套筒立体图；图21为活动套筒主视图；图22为进出液接头使用状态图；图23为相控阵天线冷却系统的原理图。附图标记：1-液冷板；2-天线盘；3-TR组件；4-射频同轴连接器；5-密封圈；6-转接头；7-支撑结构；8-进出液接头；9-第一液冷管；10-第二液冷管；101-进液口；102-出液口；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液冷相控阵天线，其特征在于，包括：天线盘(2)、TR组件(3)、射频同轴连接器(4)和液冷系统；所述液冷系统包括依次连接的液冷源、进液管路、液冷板(1)和回液管路；所述液冷源用于提供冷却换热所需的冷却液；所述进液管路用于向液冷板(1)中注入冷却液；所述回液管路用于回收液冷板(1)中换热后的冷却液；所述液冷板(1)上设有用于安装射频同轴连接器(4)的第一射频通道(103)；所述液冷板(1)中的冷却液能够对相控阵天线进行冷却散热。/n

【技术特征摘要】
1.一种液冷相控阵天线，其特征在于，包括：天线盘(2)、TR组件(3)、射频同轴连接器(4)和液冷系统；所述液冷系统包括依次连接的液冷源、进液管路、液冷板(1)和回液管路；所述液冷源用于提供冷却换热所需的冷却液；所述进液管路用于向液冷板(1)中注入冷却液；所述回液管路用于回收液冷板(1)中换热后的冷却液；所述液冷板(1)上设有用于安装射频同轴连接器(4)的第一射频通道(103)；所述液冷板(1)中的冷却液能够对相控阵天线进行冷却散热。


2.根据权利要求1所述的液冷相控阵天线，其特征在于，所述液冷系统还包括：控制器；所述控制器用于控制所述液冷系统的工作状态。


3.根据权利要求1或2所述的液冷相控阵天线，其特征在于，所述第一射频通道(103)设有多个，且所述第一射频通道(103)在液冷板(1)上阵列分布。


4.根据权利要求3所述的液冷相控阵天线，其特征在于，所述第一射频通道(103)贯穿所述液冷板(1)的金属基体。


5.根据权利要求4所述的液冷相控阵天线，其特征在于，所述天线盘(2)上设有多个阵列分布的天线辐射单元；所述天线辐射单元上设有第二射频通道；所述TR组件(3)上设有第三射频通道(306)；所述射频同轴连接器(4)的两端通过第二射频通道和第三射频通道(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋世豪，叶志坤，魏松涛，王文鹏，
申请(专利权)人：北京华航无线电测量研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11