[发明专利]一种液冷相控阵天线及其冷却方法

说明书

本发明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。本发明实现了对相控阵天线的快速均匀散热。

技术领域

本发明涉及相控阵天线技术领域，尤其涉及一种液冷相控阵天线及其冷却方法。

背景技术

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。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明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。

本发明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。