一种高散热小型化的卫星通信天线主承结构件的制作方法

1.本发明涉及一种卫星通信天线技术，具体为一种高散热小型化的卫星通信天线主承结构件。


背景技术：

2.随着电子技术及天线技术的不断发展，机载装备有源相控阵天线的要求也越来越高，特别强调在小型化的基础上实现稳定、快速、准确的信息传输。有源相控阵卫星通信天线是电子系统的集大成者，它由大量的有源组件和设备组成，有源组件的小型化和集成度不断提升，其功率元件组装密度、功耗及热负荷迅速增大，使得其产生的阵面功耗及热流密度快速增大，对热控技术提出了严峻的考验。
3.对于双频段的有源相控阵通信天线而言，则需在有限尺寸空间内完成双频段天线布局，同时为保证天线正常稳定工作，必须将射频部分产生的高热量迅速导出散掉，避免热量聚集造成器件温度过高而影响指标。面对高集成射频组件的高热流密度，单凭外界的空气交换是无法实现的。因此需要研发一种可承重、轻质化、散热快、强度高的卫星通信天线主承结构件，以满足高集成度小型化及高散热要求。
4.而目前能满足上述要求的卫星通信天线主承结构件尚未见报道。


技术实现要素：

5.针对现有技术中有源相控阵卫星通信天线采用双频段通讯时有限空间影响发热关键部件的电性能指标等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种体积小、重量轻、高散热小型化的卫星通信天线主承结构件。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：本发明提供一种高散热小型化的卫星通信天线主承结构件，其采用均温板和隔离式开式风冷的复合散热结构，包括a频率发射天线安装区、a频率接收天线安装区和b频率天线安装区，主承结构件对应上述三个区域的部分采用均温板结构，其中a频率发射天线安装区和a频率接收天线安装区对应均温板的第一循环腔室，b频率天线安装区对应均温板的第二循环腔室，第一循环腔室和第二循环腔室独立运行；第一循环腔室和第二循环腔室以外的主承结构件采用实心金属板；a频率发射天线安装区和a频率接收天线安装区之间的均温板外部及实心金属板上安装隔离式开式风冷通道。
7.a频率发射天线安装区、a频率接收天线安装区和b频率天线安装区形成品字形分布。
8.a频率发射天线安装区、a频率接收天线安装区和b频率天线安装区的均温板上设有穿透均温板的通孔，通孔处均温板的第一循环腔室和第二循环腔仍为密封结构。
9.隔离式开式风冷通道包括第一翅片、第二翅片以及风机，其中第一翅片设于a频率发射天线安装区和a频率接收天线安装区之间的均温板上，第二翅片设于a频率接收天线安装区和b频率天线安装区之间的实心金属板上，第一翅片和第二翅片成l形分布，在l形拐点
位置设有风机安装区；第一翅片和第二翅片上部固定安装结构板，使第一翅片和第二翅片以及风机构成l形风冷通道。
10.在第一翅片和第二翅片上方的结构板上为功能模块安装区。
11.在a频率发射天线、a频率接收天线和b频率天线与均温板安装面之间填充导热衬垫。
12.本发明具有以下有益效果及优点：1. 本发明提供的主承结构件可使整个卫星通信天线系统高度集成，采用均温板加隔离式开式风冷的复合散热技术，很好的解决大功率热耗、高热流密度、高集成的卫星通信天线热控问题，同时也减轻了重量，具有能承重、轻质化、散热快、强度高等特点；2. 本发明具备体积小、重量轻和高散热的优势，为卫星通信天线设备的正常运行提供了良好的工作温度环境，使其工作稳定、连续地运行；各功能模块传递到主承结构件的热量通过风机迅速带走，达到快速散热的目的；3. 本发明隔离式开式风冷的风流过翅片风道，气流不流过功能模块，冷却风道与设备安装舱是隔离的，所以天线设备安装舱内电子设备与风道隔离，风道中的气流不会接触和损伤功能模块，具有良好的耐恶劣环境性能。
附图说明
13.图1为本发明卫星通信天线主承结构件示意图；图2为本发明中均温板两个腔室布局示意图；图3为本发明中风机和翅片风道布局示意图；其中，1为a频率发射天线安装区，2为a频率接收天线安装区，3为b频率天线安装区，4为电源模块安装区，5为综合控制模块安装区，6为风机安装区，7为第一循环腔室，8为第二循环腔室，9a为第一翅片，9b为第一翅片，10为实心金属板。
具体实施方式
14.下面结合附图对本发明结构做进一步说明。
15.如图1~2所示，本发明提供一种高散热小型化的卫星通信天线主承结构件，采用均温板和隔离式开式风冷的复合散热结构，包括a频率发射天线安装区1、a频率接收天线安装区2和b频率天线安装区3，主承结构件对应上述三个区域的部分采用均温板结构，其中a频率发射天线安装区1和a频率接收天线安装区2对应均温板的第一循环腔室7，b频率天线安装区3对应均温板的第二循环腔室8，第一循环腔室7和第二循环腔室8独立运行；第一循环腔室7和第二循环腔室8以外的主承结构件采用实心金属板10；a频率发射天线安装区1和a频率接收天线安装区2之间的均温板外部及实心金属板10上安装隔离式开式风冷通道。
16.本实施例中，主承结构件上可以嵌装三个天线、电源模块及综合控制模块等功能模块。为达到三个天线排列既不相互干扰，又可获得最大辐射张角，还能达到布局面积最小的目的，本发明将a频率发射天线安装区1、a频率接收天线安装区2和b频率天线安装区3设计成品字形布局模式。为使得机载卫星通信天线所占空间小型化、高度集成化，各模块采用镶嵌、叠加的安装形式，如图1所示。
17.隔离式开式风冷通道包括第一翅片9a、第二翅片9b以及风机，其中第一翅片9a设
于a频率发射天线安装区1和a频率接收天线安装区2之间的均温板上，第二翅片9b设于a频率接收天线安装区2和b频率天线安装区3之间的实心金属板10上，第一翅片9a和第二翅片9b成l形分布，在l形拐点位置设有风机安装区6；第一翅片9a和第二翅片9b上部固定安装结构板，使第一翅片9a和第二翅片9b以及风机构成l形风冷通道，如图3所示；构板上为功能模块安装区。
18.本发明中的卫星通信天线为有源相控阵天线，天线射频组件（包括a频率发射天线1、a频率接收天线2和b频率天线3）热量占比最大，达到了70%以上，因此在热控上应重点考虑。本发明将安装天线射频组件的区域设置循环腔室，其他区域为实心结构（即图2中的实心金属板10），并在实心结构部分安装翅片组件及风机，这样设计即可以节省成本，又可以简化制作工艺。
19.本技术的热控设计方案利用了均温板+隔离式开式风冷的复合散热技术，很好的解决大功率热耗、高热流密度、高集成的卫星通信天线热控问题，保证天线正常稳定工作。
20.同时，a频率发射天线安装区1、a频率接收天线安装区2和b频率天线安装区3在主承结构件表面看为三个下凹的区域，对应的均温板位置设有穿过均温板、用于电连接的通孔；通孔处均温板的第一循环腔室和第二循环腔仍为密封结构。
21.本实施例中，通孔处的均温板以及第一循环腔室7和第二循环腔室8区域采用焊接方式实现良好密封，第一循环腔室7和第二循环腔室8的工介不会漏泄，保证运行安全。
22.在第一翅片和第二翅片上方的结构板上为功能模块安装区，即包括电源模块安装区4和综合控制模块安装区5。
23.而主承结构件的另一侧也安装有相应的功能模块，两侧功能模块（包括电源模块和综控模块）可通过通孔进行直插式电连接，免除线缆布线的繁琐。
24.本发明主承结构件在大功率的天线射频组件安装位置设计成均温板形式，利用均温板对天线组件高热耗单元进行热控，并在天线组件与主承构件安装面之间填充导热衬垫，增加接触面，提高导热性能，可尽快将天线组件产生的热量导出到主承结构件上。
25.由于整个天线结构紧凑、体积小，电源模块和综合控制模块等部分功能模块嵌套叠层安装，对不能通过均温板散热的模块，在其周边设计安装了散热翅片，利用风机负压作用，将各模块（包括天线组件）散发的热量传递到主承结构件表面并由隔离式开式风冷通道带走，扩散到外部空气中，形成，从而保障天线设备在良好的温度环境内稳定、连续地正常工作。
26.均温板技术为现有技术，采用相变高导热原理，通过液态-气态-液态冷热转换的原理，将天线射频组件工作产生的高热量迅速导出。根据天线系统的工作状态及热源分布密度，将主承结构件均温板设计为2个腔室结构，如图2所示。高热流密度的a频率发射天线安装区1、a频率接收天线安装区2对应的均温板内部设一个独立腔室即第一循环腔室7，b频率天线安装区对应的均温板内部设一个独立腔室即第二循环腔室8，每个循环腔室独立运行，快速形成工质循环流动，将热量迅速导出。
27.隔离式开式风冷采用强制对流技术，利用风冷与翅片一体化技术，实现天线的热控。主承结构件在安装电源模块和综合控制模块位置，设计了大量密集的翅片风道，两翅片风道呈l型分布，风量在翅片风道内等量分布。两翅片风道与风机形成散热通道，使各模块传递到主承结构件的热量通过风机迅速带走（翅片风道与大气相通，因此为开式通道）达到
快速散热的目的，同时也减轻了重量。
28.隔离式风冷的气流流过翅片风道，但并不流过电源模块和综合控制模块等功能模块，冷却风道与设备安装舱（主承结构件上用于安装除风机外的所有各类功能模块的空间）是隔离的，所以安装舱内电子设备与风道隔离，气流不会接触和损伤功能模块，具有良好的耐恶劣环境性能。