[发明专利]一种有源相控阵雷达天线的环控系统设计方法及框架结构

说明书

本发明提出了一种有源相控阵雷达天线的环控系统设计方法及框架结构，可有效解决有源相控阵雷达天线中除T/R组件及其供电电源外的单元控制器、高频接收机、功分网络等分散分布的低功耗组件的热控问题，总体上实现有源相控阵天线风冷与液冷混合散热的技术手段。本发明与现有技术相比，具有如下优点：1.解决了有源相控阵雷达天线中单元控制器、高频接收机、T组件以及功分网络等低功耗组件的散热问题，可与针对T/R组件及供电电源的液冷冷板搭配实现有源相控阵雷达天线系统的风冷与液冷的混合散热技术手段；2.送风及回风通道均基于天线框架边梁的中间夹层结构，无需专门设计静压腔，减小了天线尺寸，实现了结构和散热功能一体化；3.流体流动方向与冷板及功耗组件安装方向大体平行，减小了流动阻力，降低了风机及电源的功耗要求。

技术领域

本发明涉及天线热设计领域，具体涉及到一种面向有源相控阵天线的环控系统设计方法及框架结构，用于指导有源相控阵天线的散热设计。

背景技术

随着电子技术的飞速发展以及军事装备要求的不断提高，有源相控阵天线的集成度越来越高，系统内的热流密度也越来越大，部分芯片的发热量已超过100W/cm²，美国海军预测未来T/R组件的热流密度有可能突破1000W/cm²。如此高的热量如果不能及时有效地散出，雷达系统的工作性能将会受到严重影响，具体表现在：高温使结构产生热变形，降低阵面平面度，改变辐射单元的位置及指向；破坏T/R组件的相位一致性，降低收发增益，增加失效率。目前已有研究表明，固态雷达发射机中，功率晶体管的结温每增加10℃，其可靠性就会下降60％。由此可见，高效、可靠地散热方式对保证雷达系统的工作性能是十分重要的。目前，针对高热流密度的T/R组件，可采用基于微通道冷板技术的液冷散热方法，即将T/R组件及其二次供电电源安装在液冷冷板上，通过冷板内部流动的冷却介质换热将热量带走。然而，对一个复杂的有源相控阵天线系统而言，除了T/R组件、供电电源等高热流密度组件外，还有单元控制器、高频接收机、T组件、功分网络等零散分布的组件，这些组件虽然热功耗较低，但同样需要专门的散热措施来保证其正常工作，我们称这些散热措施为有源相控阵天线的环控系统。

对传统单纯采用风冷散热的有源相控阵天线而言，大多采用集中式孔板静压送风的方法，即将冷风从天线框架底部送入，在天线后盖板与中隔板之间形成静压层，在静压作用下，风流经T/R组件的散热器，从中隔板的通风孔进入天线反射面与天线罩之间的夹层，最后通过风机将热风抽出。然而，当T/R组件的热功耗增大，需采用换热效率更高的液冷冷板散热技术后，中间隔板将不会有足够的空间用于开通风孔，且与中隔板垂直安装的冷板将会对底部进风造成较大阻力，不利于此方案的成功实现。因此，设计一种简单、可靠的环控系统来解决除T/R组件及其供电电源外的热功耗器件的散热、实现未来有源相控阵天线的风冷、液冷混合散热将是本领域目前亟待解决的工程技术问题。

发明内容

为了解决有源相控阵雷达天线中除T/R组件及其供电电源外的发热组件的散热问题，本发明提出了一种天线框架结构以及基于这种天线框架结构的环控系统设计方法，可有效解决单元控制器、高频接收机、功分网络等分散分布的低功耗组件的热控问题，总体上实现有源相控阵天线风冷与液冷混合散热的技术手段。

实现本发明的设计方法的具体步骤如下：

(1)根据有源相控阵雷达天线功耗组件的分布确定天线框架的结构；

(2)利用框架边梁、后盖板以及框架中隔板规划环控系统风的流通路径；

(3)根据天线框架内安装功耗组件的热量计算所需风量；

(4)利用全面孔板送风原理计算静压腔侧板的开孔尺寸d_s、孔口间距l以及开孔数目n；

(5)基于等面积原则计算回风侧板的开孔直径D；

(6)根据所需风量及送风静压腔压力损失选择合适的风机；