一种内嵌热管的风冷式密闭天线子阵结构的制作方法

本发明属于雷达天线结合装置领域。

背景技术：

1、一部相控阵雷达包含有若干天线子阵结构，天线子阵结构的成本、重量、体积是整部雷达设计中需要着重考虑的因素之一。相控阵雷达的电磁兼容性要求下，天线子阵结构需要具备对抗各种杂波影响的电磁屏蔽性能。在提高相控阵雷达的发射功率、降低噪声系数的同时，降低天线子阵结构的成本、重量、体积，提高天线子阵结构的电磁屏蔽性对于保证雷达整机工作性能显得尤为重要。

2、依据相控阵天线的电路集成形式，天线子阵结构可分为纵向集成横向组装的“砖式”结构、横向集成纵向组装的“瓦式”结构，其中“瓦式”结构相较于“砖式”结构具备重量轻、体积小、结构紧凑的优势，但两种结构形式均基于模块化设计，将tr组件、散热冷板、供电网路、馈电网路等独立封装或结构集成。天线子阵结构集成度的提高，可有效降低天线子阵结构的成本、体积和重量，便于实现天线子阵结构的规模化阵列排布，但同时会大幅提升天线子阵结构、雷达整机的热流密度，导致天线子阵结构工作温度升高。

3、对于大型阵面的散热问题，国内外采用的主要冷却方法有强迫风冷、强迫液冷和蒸发冷却，其中强迫液冷的散热方案可有效提升大型阵面对高热流密度发热器件的散热能力，但同时增加系统设计难度和成本，更增加了渗漏导致电路短路的风险；强迫风冷的散热方案具备经济、实用、可靠的优点，虽可杜绝渗漏导致电路短路的风险，但其散热能力有限。cn115020958a《一种集成低剖面瓦片式数字阵列天线》提出将数字有源子阵天线呈瓦片式布置并嵌入框架内，风道安装在框架后侧，且与数字有源天线位置相对，风扇与风道连接的布置方案；采用前向安装，外置后向风道散热的方式，便于阵列天线的维护和维修；数字有源子阵天线内部及其与外部框架之间采用复合密封圈实现水密封和电磁屏蔽。但其子阵天线的热量集中在与子阵框架的接触面上进行传导，导热面面积受限，热量传递路径单一，且热量传递无法深入至子阵天线内部。cn208675233u《一种多通道瓦片式相控阵收发阵列》提出将天线子阵结构拆分为相互扣合的上层金属壳体和下层金属壳体，两者间形成的密闭空腔内布置收发电路板，加强天线子阵结构的气密性，防止芯片被水气等腐蚀而发生损坏；天线子阵结构与散热层紧贴，其连接器穿孔散热层预留孔与功能电路层互联。其散热层整框架一体结构，翅片冷端布置在框架四周，散热层的均温性不佳；散热层布置在天线子阵结构的功能电路层之间，考虑到其垂直互联的层叠模块式结构，热量传导无法深入至模块内部的其他高发热器件。cn106981720b《毫米波瓦式相控阵天线集成tr组件》提出通过中层金属隔板将tr组件内部空间分为上下两个独立部分，通过多层电路板技术实现上下两个物理功能层之间的电气连接，扩展了空间利用率，达到组件内芯片可用面积扩大一倍的有益效果；同时中层金属板作为芯片载体将芯片热量通过螺钉传导至下装配体后通过外接冷板导出。但中层金属板的热量通过螺钉向下装配体传导中热阻较大，热量传导效果受限，且热量集中至下装配体后再通过外接冷板导出，下装配体的热量集中温度升高；此外方案局限在2n个射频同轴连接器的tr组件，无法应用于通道阵列化的tr组件。cn217036019u《一种基于风冷的全功能瓦片层叠数字子阵》提出前端t/r组件的后端自带散热翅片，实现小占空比工作条件下的自然散热及大占空比工作条件下的强迫风冷散热。但是翅片设置在天线子阵结构纵向深度方向，增加了整个阵面的剖面厚度，且增大了互联连接器的长度，降低天线子阵结构的结构集成度。cn217134646u《一种相控阵天线散热结构》提出将相控阵天线的pcb板设置于散热模块内，相邻的散热模块在天线子阵横向方向上呈交错层叠设置，以此形成独立的散热空间，配合散热组件提升散热效果。但散热模块只针对其内部pcb板上设置的发热元器件进行散热，仅适用于热源分布集中的相控阵天线，散热模块的翅片在天线子阵结构纵向深度方向上设置，增加了整个阵面的剖面厚度，降低天线子阵结构的结构集成度。

4、热管冷板作为一种较为成熟的散热技术，具有强大的物理性能，适应恶劣使用环境的能力，被广泛应用于航空、航天等诸多领域。热管冷板具有提升系统可靠性，降低维护成本的优点。冷板加装热管分为螺纹压板、导热胶、锡焊三种方式，可有效降低接触热阻，提升冷板均温性。cn20957039u《一种采用风冷的热管冷板》和cn109640581a《一种内置热管的风冷冷板及其加工方法》提出通过导热胶将热管固定在冷板导热槽内，使用摩擦搅拌焊将导热槽盖板和冷板焊接为一个整体，再对冷板进行加工外形，使热管在冷板内部延伸至冷板翅片下方，提升冷板的换热性能和均温性能。但是，热管两端对应冷板翅片，热管中部对应热源的热管使用方式在热管导热原理上并未实现热源导热能力的最大化；其次摩擦搅拌焊的应用限制了冷板加工后的结构形式和热管在冷板内的布置形式，能以实现较复杂的冷板结构外形，和热管在冷板内的立体化三维布置。将热管冷板应用于相控阵天线的散热设计，具备经济、实用、可靠的优点，但如何提升其散热能力，或有针对性的将相控阵天线内部高发热器件热量导出，限制着热管冷板在相控阵天线上的应用。cn103747653a《t/r组件的散热结构及结构中热管的设计方法》提出将热管以蛇形弯曲形状盘绕在冷板上，一端焊接在冷板的底端，另一端与散热片的顶端焊接；通过热管式散热器和风冷相结合的散热方式，将t/r组件的发热量直接传导至发射子阵冷板上，再由热管把热量传导到上部散热片，最后由散热片上部的风机带走热量。但冷板底端的热管以蛇形弯曲形状盘绕，不仅增加了热管的制造成本和良品率，也增加了热管在冷板底端焊接的难度，同时热管经历了多次弯折后，其导热性能势必会降低。cn211267559u《一种带散热腔体的模块结构及子阵模块》提出在腔体和/或盖板的外侧表面上设置散热凹槽，散热凹槽内设置热管，通过热管对设置在腔体和/或盖板背面的发热芯片进行热传导散热，在不增加模块结构尺寸的情况下，提高模块结构的整体散热效果。但热管设置在腔体和/或盖板外侧表面的散热凹槽内，导致热管厚度受到腔体壁厚、盖板厚度的限制；在不增加模块结构尺寸的情况下，热管截面面积受限、热管散热能力受限；同时，热管布置在腔体和/或盖板外侧表面的暴露环境下，用于连接散热凹槽和热管的散热连接层(导热硅脂涂覆层)性能会受到使用环境的影响，随着工作时长的增加，热管与散热凹槽见得接触热阻会尺寸增大。cn113126074a《x波段高集成度两维相控阵雷达射频前端》提出以散热壳体作为主体支架，多个有源相控阵子阵安装在散热壳体上，子阵产生的热量传导至散热壳体后通过散热壳体背部的热管将热量传导至散热壳体两侧，然后通过离心风机强制风冷散热；频综接收机、数采板安装在后盖板上，热量传导至后盖板后侧散热齿，通过离心风机强制风冷。但安装在散热壳体背面的功分合成网络、波控电路板、和差网络均处于暴露环境，通过散热壳体外部设置的离心风机进行散热，工作环境复杂，存在电磁干扰，工作性能受到环境影响；同时散热壳体作为射频前端的主体支架，阵列化的功能模块安装在散热壳体上，架构上并未形成最小功能单元，测试和维护过程中，除子阵模块方便拆卸回装外，其余功能模块的拆装难度大、过程复杂。

5、如何在保证天线子阵结构工作功率的同时，提升天线子阵结构的散热性能，降低天线子阵结构的重量、体积，使天线子阵结构满足电磁屏蔽性要求，是本领域亟待解决的课题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提出了一种内嵌热管的风冷式密闭天线子阵结构，具有体积小、重量轻、成本低、集成度高、可靠性高的特点，能够有效改善相控阵雷达中天线子阵结构的维修性和互换性，同时有效改善天线子阵结构的散热性能和屏蔽性能，并提高天线子阵结构的工作环境适应性。

2、为实现上述技术目的，本发明的技术方案包括：

3、一种内嵌热管的风冷式密闭天线子阵结构，包括冷板支架、冷板盒体、翅片盖板、数字板、电源板、变频模块、tr组件、转接板、光电连接器、射频连接器、转接连接器；冷板支架为u型结构，外侧安装tr组件，tr组件外侧安装转接板；冷板支架内部与tr组件对应的位置均嵌入热管，热管的另一端连接在冷板支架顶部散热翅片的底部；冷板盒体为双侧盒体结构，冷板盒体的一侧内装入数字板，外侧安装翅片盖板，冷板盒体上部安装光电连接器；冷板盒体的另一侧盒体内装入电源板，外侧安装变频模块，变频模块上安装转接连接器；冷板盒体内隔板的散热凸台底部嵌入热管，热管的另一端连接在冷板盒体顶部散热翅片的底部；冷板盒体外侧壁的顶部布置有密封槽，密封槽内安装导电橡胶条。

4、进一步的，冷板盒体的顶部布置有散热翅片，内部隔板的两侧均布置有散热凸台，散热凸台尺寸、高度分别与数字板、电源板上的发热器件相配合，隔板上散热凸台底部嵌入热管，热管的一端连接在冷板盒体顶部散热翅片的底部，数字板、电源板的热量通过散热凸台，经热管传导至冷板盒体顶部的散热翅片。

5、进一步的，冷板支架的顶部布置有散热翅片，外侧布置有等间距凸台，凸台间安装tr组件，凸台间距与tr组件配合用于定位tr组件；冷板支架内部与tr组件对应的位置均嵌入热管，热管的另一端连接在冷板支架顶部散热翅片的底部，tr组件的热量通过冷板支架，经热管传导至冷板支架顶部的散热翅片。

6、进一步的，冷板盒体为双侧盒体结构，盒体外侧壁的顶部均布置有密封槽，用于安装导电橡胶条，与翅片盖板、变频模块配合实现天线子阵结构的密闭结构，改善天线子阵结构的屏蔽效果。

7、进一步的，翅片盖板的外侧布置有散热翅片，翅片盖板的内侧布置有散热凸台，散热凸台尺寸、高度与数字板上发热器件相配合，数字板的热量通过翅片盖板上的散热凸台传导至外侧散热翅片；翅片盖板安装在冷板盒体上后，通过导电橡胶条的弹性形变与冷板盒体形成密闭结构。

8、进一步的，冷板盒体顶部的散热翅片与冷板支架顶部的散热翅片，翅片高度、厚度、间距均一致，翅片截面形状、尺寸根据天线子阵结构内部发热量的分布进行设计。

9、本发明提出的内嵌热管的风冷式天线子阵结构，通过内嵌热管的冷板盒体和冷板支架将天线子阵结构内部的发热器件热量传导至外部散热翅片，通过冷板盒体、冷板支架、翅片盖板与功能模块间的夹层结构增加内部热量的传导路径，改善天线子阵结构的散热性能；通过冷板盒体的结构特征构建天线子阵结构的密闭结构，有效改善天线子阵结构的屏蔽性能、天线子阵结构内功能模块的工作环境。