一种新型的用于空间合成放大器的散热设计。该设计通过将热管或者具有高导热系数的材料植入构成放大器的卡的内部，降低卡的热阻抗；同时将液体制冷的散热系统直接植入放大器内部，提高系统的散热能力。使用这种新型散热结构适用用于高功率的放大器设计中，在实现系统小型化的同时，能够有效降低系统内部温度，提高系统的寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利涉及一种高功率放大器的散热系统设计技术，可广泛用于微波和毫米波系统中。
技术介绍
使用波导结构的空间合成功率放大器具有合成单元数量大，合成效率高等优点， 适于大功率合成。随着对于总的输出功率的要求逐渐增大，其合成结构中使用的放大器单元的输出功率也要求有很高的输出功率，特别是对于高功率的宽带放大器，每个放大器单元的效率都较低。随着放大器单元输出功率的增加，其产生的热量也会大大增加，整个放大器所产生的总热量也会增加到达到传统的散热方式无法有效消除的程度。这样每个功率放大器单元都会工作在很高的温度，导致系统寿命大大降低，可靠性无法保证。因此解决散热问题是提高系统输出功率的关键。
技术实现思路
本专利技术专利提供一种新型的用于空间合成放大器的散热设计。该设计通过将改善放大器内部的导热性能，同时将散热系统直接植入空间合成放大器内部，将有效的降低空间合成放大器内部的热阻抗，降低系统尺寸，提高系统的散热能力。使用这种新型散热结构可以被用于高功率的放大器设计中，能够有效保障内部放大器单元的工作温度，提高系统的寿命。基于该设计的空间合成功率放大器具有输出功率高，体积小和寿命长等优点，适合于替代传统的行波管放大器。使用同轴腔结构的空间合成放大器具有超宽带的特性，其覆盖的波段可以达到10 倍频程。但是由于宽带放大器单元普遍具有效率低的特点，使用同轴空间合成结构的高功率放大器将面临产生热量过高，放大器单元寿命大大缩短的问题。由于使用同轴腔结构的空间合成放大器的机械结构特殊，是由多片具有楔形截面的卡式结构构成一个同轴波导。每片卡上面有输入和输出两个槽，中部保持连通。其热量产生于位于卡的中部连通桥上的放大器单元，然后沿径向传导至同轴波导外表面，再传导到外部的夹钳，最后通过安装在夹钳上的散热片将热量散出。由于热量的传播路径长，导致热传导阻抗高。同时由于放大器整体结构小，外部附加的散热片散热面积有限，导致热交换系数很低，散热能力差。当放大器整体产生的热量很高时，内部的温度很快增加。本专利技术专利使用具有最佳导热系数的金属制作构成同轴波导的卡，同时在卡上植入具有更高热传导系数的材料或者热管，使得热量由连通桥上有效的分布到整个卡的外表 由于每个卡上的放大器单元位于卡的中部，其热量传导的最短路径是从放大器单元到卡的中部的外表面。在传统的结构中，由于将直流输入端口选择在中间，散热夹钳只能选择位于同轴波导的两端，而中部并没有直接的热传导途径。这样导致由放大器单元到散热片的热传导距离过长，热阻过大。本专利技术专利将直流输入端口移至卡的一端，这样散热夹钳可以和卡的中部有着良好的接触，增加热传导效率，降低热阻。在热量传导到夹钳以后，传统方式是通过附加在夹钳上散热片和风扇进行对流散热。由于空间合成放大器体积很小，所以与散热片直接想接触的夹钳面积有限，导致热交换能力不高。当总热量很大时，夹钳的温度增加很快。本专利技术专利将采用液态制冷的方式，在夹钳内部植入导水管或者在其内部直接加工出用于导水的空腔，然后通过循环的液态制冷方式，将热量传导到远端的散热结构，实现更为有效的散热，大大降低放大器的工作温度， 同时减小系统的尺寸。使用矩形波导的空间合成放大器可以有很高的输出功率，但是对于工作在连续波状态的系统，随着内部产生的热量增加，其效率会下降，导致内部产生的热量进一步增加， 这将导致在使用传统的散热片方式散热时，散热片和风扇的体积过大。而且由于热传导路径长，热阻抗高，内部的温度即使在使用大散热系统的前提下依然无法降低。本专利技术专利同样适用于使用矩形波导的空间合成功率放大器。通过在构成波导的金属卡中植入具有高导热性能的热管或者其他材料使得热量均勻分散到整个金属卡，可以有效降低系统内部的热阻抗。通过在一个或者多个金属卡内植入导水管，通过水冷(或者其他液体制冷)散热。由于这种结构将散热系统直接植入放大器内，减少了接口的数量，降低了热传导阻抗，同时使用液冷方式，相比于传统的外加散热片的方式本专利技术专利大大提高系统散热的能力。这种将散热系统在功率放大器内部集成的散热方式在使用的时候，可以同时使用在卡上植入热管或者高导热材料和加入水管的方式，也可以只使用其中一种改善散热的方式。同时这种集成散热系统于放大器内部的模式也可以用于其他结构的放大器。本专利技术专利的有益效果是，保持了空间合成放大器结构小的特点，同时大大改善了散热特性，降低了内部放大器单元的工作温度，有效提高了放大器的寿命和可靠性。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术专利做进一步说明。图1是传统的基于同轴波导的散热方式示意图。图2是传统的组成中部同轴波导的卡的示意图。图3是在楔形卡上植入热管改善散热的结构图。图4是在楔形卡上植入具有高导热系数的材料的结构图。图5是在楔形卡内加入导水管的结构图。图6是可用于液态循环制冷的夹钳结构图。图7是用于空间合成结构的液态制冷结构图。图8是传统的基于矩形波导的空间合成放大器结构图。图9是在矩形卡上植入热管改善散热的结构图。图10是在矩形卡上植入具有高导热系数材料的结构图。图11是在矩形卡上植入导水管的结构图。图12是使用矩形波导的放大器的液态制冷结构图。具体实施例方式5在图1中，一个
技术介绍
中介绍的基于同轴空间合成的放大器1由以下几部分组成输入同轴接头2，输入同轴渐变波导3，中部合成同轴波导4，输出同轴渐变波导5，输出同轴接头6，和两对夹钳7。中部合成同轴波导由两对夹钳固定，同时中部合成同轴波导内部产生的热量先传导到中部同轴波导的外表面，再传导到夹钳，然后通过夹钳上的散热片消散到空气中。而且由于为同轴腔内部放大器提供电源的穿心电容8位于构成中部同轴波导的卡9的中央，所以夹钳只能放置于中部波导的两端。而由于内部的放大器单元位于卡的中部，所以热传导路径长，内部温度高。图2中，一个
技术介绍
中介绍的组成中部合成同轴波导的卡20包括金属基板21， 输入异面鳍线天线22，放大器单元模块23和输出异面鳍线天线M组成。放大器单元模块 23产生的热量先传到到金属基板的中央连接上下两部分的金属桥25，然后沿着金属基板外导体沈传导到楔形卡的外表面27。由于金属基板宽度有限，热量主要集中于金属基板的中央部分，虽然沿着金属基板的外侧有一定的横向传导，但是热量向金属基板的边缘传导有限，仍然集中于金属基板的中部，不能充分利用整个金属基板的外表面。随着对于功率放大器输出功率要求的提高，每个放大器单元的输出功率也大为提高，同时产生的热量也大大增加。由于半导体器件需要保持沟道工作在一定的温度范围以内以保证半导体器件的可靠性，因此每个卡和整个放大器的散热性能都需要提高。图3中是内部植有热管的卡30的结构图。在金属基板31内靠近同轴外表面的一侧植入一个或者多个热管32。热管的一端靠近金属基板的中心，位于放大器单元的下方， 热管的另一端靠近金属基板的一端。由于热管具有远远高于普通金属的导热系数，由放大器单元产生的热量的一部分由热管传导到金属基板的两端。通过热管导热的热电阻远小于沿金属基板传导的热电阻，这样放大器单元产生的热量就可以均勻的分布到金属基板的外表面，增加了热传导的截面积，降低了热电阻，防止了放大器单元的工作在过高的温度条件下。热管在靠近卡中部的的一端可以延伸到放大器单元下方，以更好地提高导热性能。图4是内部植有本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种空间功率合成放大器，包括由多个卡叠加而成的波导结构，其特征是在卡的金属基板内部植入了一个或者多个热管将卡上放大器单元产生的热量传导至整个卡的外围，以降低卡的热阻抗。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨健，
申请(专利权)人：杨健，
类型：发明
国别省市：11
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