机电热一体化的热控层的制作方法

本发明涉及航天器热控，具体地，涉及机电热一体化的热控层。

背景技术：

1、受发射运载的限制，卫星收拢状态下要求具有较小的包络尺寸。同时为了节省运载的喷射燃料，要求卫星重量尽可能轻。传统的相控阵天线具备大阵面大幅宽的特点，各功能区相互糅合导致空间利用率不高且重量较重。卫星天线逐渐对热控提出轻质化和小包络的要求，相控阵天线的机电热耦合设计逐渐成为热门研究方向。

2、授权公告号为cn104166765b的发明专利，公开了一种基于器件位置的有源相控阵天线冷板机电热耦合设计方法，包括：确定有源相控阵天线t/r组件中发热器件的参数，根据发热器件的位置，设计冷板流道的拓扑形状和天线冷板的几何模型，建立天线的有限元模型，计算天线的阵面温度场分布，计算天线结构变形引起的相位误差以及温度变化引起的激励电流幅度误差、相位误差，计算有源相控阵天线的电性能，根据增益的指标要求确定有源相控阵天线冷板的设计方案。该发明主要保护微通道理论计算与分析相关内容，而本发明主要保护分层结构设计理念。

3、申请公布号为cn105787160b的发明专利，本发明提供了基于机电耦合的星载有源相控阵天线轻量化设计方法，该方法利用阵列天线的机电耦合模型，通过建立结构参数与电性能之间的关系，结合电性能对于指标的容许量，不断调整结构几何参数，以实现星载有源相控阵天线的轻量化设计，用以指导星载有源相控阵天线的结构设计。该专利主要保护机电热参数的优化迭代计算，与本专利的
技术实现要素：
差别较大。

4、授权公告号cn106207462b的发明专利，公开了一种机电热一体化相控阵天线模块，包括水平极化波导天线、垂直极化波导天线、t/r组件、延时线、微带功分器、耦合馈电网络、模块级波束控制和模块级电源，所述水平极化天线和垂直极化天线分上下两层阵列布置，其中水平极化天线位于上层，垂直极化天线位于下层，且水平极化天线与垂直极化天线相互交错布置，使水平极化天线的底壁与垂直极化天线的侧壁围成开口向下的凹槽，所述t/r组件安装于该凹槽内。该专利利用水平极化波导天线和垂直极化波导天线组成天线阵在天线阵背面形成的凹槽，把t/r组件和延时线放入凹槽内，属于微观领域。本专利归纳概括了轻量化天线的分层机构形式，侧重点不同。

5、授权公告号cn108832249b的发明专利，公布了一种用于宽域覆盖的可拼接天线模块，包括辐射单元、射频连接器、n边形拼接基板、角度可调拼接连接件、散热模块、tr模块。天线模块可以根据需求调整尺寸，从而实现拼接后阵列天线整机尺寸大小可调，具有通用性。该专利保护的结构图片形式与本专利的保护形式差异较大，具体表现在：(1)该专利保护的n边形拼接基板、角度可调拼接连接件等等与本专利形式差异较大；(2)该专利模糊提出了散热模块，并未像本专利对散热层与导热层、均温层、蓄能层和加热层的相对位置和功能关系进行保护。

6、学位论文《基于机电热耦合的星载有源相控阵天线热设计方法》，针对天线最高温以及温度一致性问题，在有源相控阵天线机电热耦合理论的基础上，提出了基于器件性能温漂的相控阵天线热管设计方法，以及面向电性能的星载相控阵天线集成优化方法，并通过仿真验证了方法的有效性。该研究成果与本专利的差异主要体现在：(1)该专利对影响热管传热性能的因素进行了总结与梳理，分析了热管尺寸、热管形变工艺、真空度、充液率等热管自身因素，而本专利并未涉及；(2)提出了面向电性能的星载相控阵天线机电热集成优化方法。首先对热控结构中各类参数进行了灵敏度分析，确定了影响天线散热效果的关键参数，然后以这些参数为优化变量，以天线电性能与热控结构质量为综合优化目标，以t/r件芯片最高温、温度一致性等为约束条件，建立了综合优化模型并进行了优化计算，最终给出了相控阵天线最优热设计参数。而本专利不同之处在于并未对软件参数进行优化设计，而是从结构分层上进行能量优化排散渠道。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种机电热一体化的热控层。

2、根据本发明提供的一种机电热一体化的热控层，包括pcb板、微波层、热控层、波导层、t/r组件以及直插件，pcb板、微波层、热控层以及波导层依次连接，t/r组件连接于pcb板上，t/r组件通过直插件与波导层相连。

3、一些实施例中，t/r组件点焊在pcb板上，t/r组件通过直插件与波导层互联。

4、一些实施例中，热控层包括散热层、加热层、蓄能层、均温层以及导热层，散热层、加热层、蓄能层、均温层以及导热层依次连接，散热层连接波导层，导热层连接微波层。

5、一些实施例中，蓄能层包括蓄热层和蓄冷层，蓄热层和蓄冷层相连，蓄热层连接均温层，蓄冷层连接加热层。

6、一些实施例中，蓄热层的主体材料采用相变点高于℃的相变材料，蓄冷层的主体材料采用相变点低于℃的相变材料。

7、一些实施例中，导热层和散热层的纵向导热系数大于w/(m·k)。

8、一些实施例中，均温层面向导热系数大于w/(m·k)。

9、一些实施例中，蓄能层为由铝合金壳体或者碳纤维壳体封装的相变蓄能体，蓄能层通过封装壳体内部的相变材料熔化吸热或者凝固放热，相变材料包括但不局限于十四烷、十六烷和十八烷。

10、一些实施例中，加热层包括加热片和安装板，加热片粘贴于安装板上，加热片的粘贴区域靠近电子元器件的敏感区域。

11、一些实施例中，散热层采用散热金属波导，散热金属波导对地面采用表面光亮阳极氧化的方式、表面粘贴锗膜或者辐射制冷纳米膜中的一种或多种。

12、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

13、本发明通过每一层的不同功能综合解决天线模块所有的热问题，在结构形式上仅交付1套热控模块与天线模块集成安装，极大优化了总装ait流程。

技术特征：

1.一种机电热一体化的热控层，其特征在于，包括pcb板(1)、微波层(2)、热控层(3)、波导层(4)、t/r组件(5)以及直插件(6)，所述pcb板(1)、所述微波层(2)、所述热控层(3)以及所述波导层(4)依次连接，所述t/r组件(5)连接于所述pcb板(1)上，所述t/r组件(5)通过所述直插件(6)与所述波导层(4)相连。

2.根据权利要求1所述的机电热一体化的热控层，其特征在于，所述t/r组件(5)点焊在所述pcb板(1)上，所述t/r组件(5)通过所述直插件(6)与所述波导层(4)互联。

3.根据权利要求1所述的机电热一体化的热控层，其特征在于，所述热控层(3)包括散热层(7)、加热层(8)、蓄能层(9)、均温层(10)以及导热层(11)，所述散热层(7)、所述加热层(8)、所述蓄能层(9)、所述均温层(10)以及所述导热层(11)依次连接，所述散热层(7)连接所述波导层(4)，所述导热层(11)连接所述微波层(2)。

4.根据权利要求3所述的机电热一体化的热控层，其特征在于，所述蓄能层(9)包括蓄热层(12)和蓄冷层(13)，所述蓄热层(12)和所述蓄冷层(13)相连，所述蓄热层(12)连接所述均温层(10)，所述蓄冷层(13)连接所述加热层(8)。

5.根据权利要求4所述的机电热一体化的热控层，其特征在于，所述蓄热层(12)的主体材料采用相变点高于28℃的相变材料，所述蓄冷层(13)的主体材料采用相变点低于18℃的相变材料。

6.根据权利要求3所述的机电热一体化的热控层，其特征在于，所述导热层(11)和所述散热层(7)的纵向导热系数大于1000w/(m·k)。

7.根据权利要求3所述的机电热一体化的热控层，其特征在于，所述均温层(10)面向导热系数大于1000w/(m·k)。

8.根据权利要求3所述的机电热一体化的热控层，其特征在于，所述蓄能层(9)为由铝合金壳体或者碳纤维壳体封装的相变蓄能体，所述蓄能层(9)通过封装壳体内部的相变材料熔化吸热或者凝固放热，相变材料包括但不局限于十四烷、十六烷和十八烷。

9.根据权利要求3所述的机电热一体化的热控层，其特征在于，所述加热层(8)包括加热片和安装板，所述加热片粘贴于所述安装板上，所述加热片的粘贴区域靠近电子元器件的敏感区域。

10.根据权利要求3所述的机电热一体化的热控层，其特征在于，所述散热层(7)采用散热金属波导，所述散热金属波导对地面采用表面光亮阳极氧化的方式、表面粘贴锗膜或者辐射制冷纳米膜中的一种或多种。

技术总结
本发明提供了一种涉及航天器热控技术领域机电热一体化的热控层，包括PCB板、微波层、热控层、波导层、T/R组件以及直插件，PCB板、微波层、热控层以及波导层依次连接，T/R组件连接于PCB板上，T/R组件通过直插件与波导层相连。热控层从上往下依次是：导热层、均温层、蓄能层、加热层和散热层，其中蓄能层的上层为蓄热层，下层为蓄冷层。本发明通过每一层的不同功能综合解决天线模块所有的热问题，在结构形式上仅交付1套热控模块与天线模块集成安装，极大优化了总装AIT流程。

技术研发人员：施哲栋,赵小翔,曾凡健,薛久明,孙怡雯
受保护的技术使用者：上海卫星工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15