Способ охлаждения активной фазированной антенной решетки



Способ охлаждения активной фазированной антенной решетки
Способ охлаждения активной фазированной антенной решетки
Способ охлаждения активной фазированной антенной решетки

 


Владельцы патента RU 2564152:

Публичное акционерное общество "Радиофизика" (RU)

Использование: для проектирования и изготовления активной фазированной антенной решетки (АФАР). Сущность изобретения заключается в том, что способ охлаждения активной фазированной антенной решетки (АФАР) включает: размещение охлаждающих средств и осуществление циркуляции в каналах охлаждающей жидкой среды; в качестве каждого из охлаждающих средств используют трубы эллиптического поперечного сечения с толщиной стенки, составляющей от 0,25 до 0,3 мм, в контакте с внешней поверхностью боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, которые устанавливают в промежуток между боковой стенкой корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, и элементом несущей конструкции полотна АФАР с суммарным зазором, составляющим от 0,1 до 0,5 мм, при этом каждую из труб выполняют из материала, имеющего возможность упругой деформации, обеспечивающей прижатие каждой из труб к внешней поверхности боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, циркуляцию осуществляют со скоростью, обеспечивающей разность температур между внутренней поверхностью стенки трубы и средней температурой охлаждающей жидкой среды от 3 до 5°C, а нагретую охлаждающую жидкую среду охлаждают при помощи воздушной системы охлаждения с использованием атмосферного воздуха. Технический результат: обеспечение возможности интенсивного отвода тепла с поверхностей корпусов приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при проектировании и изготовлении активной фазированной антенной решетки (АФАР).

В настоящее время используются различные способы охлаждения активных фазированных антенных решеток. Одним из таких способов, получившим широкое применение, является способ охлаждения, основанный на использовании испарительных систем охлаждения (см., например, Крахин О.И., Радченко В.П. «Проблема теплоотвода приемо-передающих модулей и АФАР с высоким уровнем теплового излучения», III Всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь» - ИРЭ РАН, 26-30 октября 2009).

Недостатки известного способа состоят в сложности его реализации.

Кроме этого, известны способы охлаждения активных фазированных антенных решеток, включающие размещение охлаждающих средств, имеющих каналы, в контакте с внешней поверхностью стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, и осуществление циркуляции в каналах охлаждающей жидкой среды. В известных способах в качестве охлаждающих средств, как правило, используют жидкостные панели (см., например, Савенко В.А. «Унификация конструкторских решений для построения приемо-передающих модулей АФАР различных диапазонов», Электроника и микроэлектроника СВЧ, Всероссийская конференция, Санкт-Петербург, 3-6 июня 2013).

Недостатки известных способов состоят в том, что при их реализации не обеспечивается интенсивное отведение тепла с поверхности корпусов приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР.

Подобный способ принят в качестве ближайшего аналога заявленного способа.

Задачей заявленного изобретения является создание способа охлаждения активной фазированной антенной решетки, лишенного указанных недостатков.

В результате достигается технический результат, заключающийся в обеспечении интенсивного отведения тепла с поверхностей корпусов приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, и, следовательно, интенсивного охлаждения АФАР в целом при ее эксплуатации при одновременной простоте реализации способа.

Конкретно, указанный технический результат достигается посредством осуществления способа охлаждения активной фазированной антенной решетки (АФАР), включающего размещение охлаждающих средств, имеющих каналы, в контакте с внешней поверхностью стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, и осуществление циркуляции в каналах охлаждающей жидкой среды, в котором в качестве каждого из охлаждающих средств используют трубу эллиптического поперечного сечения с толщиной стенки, составляющей от 0,25 до 0,3 мм, которую устанавливают в промежуток между боковой стенкой корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, и элементом несущей конструкции полотна АФАР с суммарным зазором, составляющий от 0,1 до 0,5 мм, при этом каждую из труб выполняют из материала, имеющего возможность упругой деформации под давлением охлаждающей жидкой среды, обеспечивающей прижатие каждой из труб к внешней поверхности боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, циркуляцию охлаждающей жидкой среды осуществляют со скоростью, обеспечивающей разность температур между внутренней поверхностью стенки трубы и средней температурой охлаждающей жидкой среды от 3 до 5°C, а нагретую охлаждающую жидкую среду охлаждают при помощи воздушной системы охлаждения с использованием атмосферного воздуха.

В частном варианте в качестве каждого из охлаждающих средств используют U-образную трубу.

Использование трубы с толщиной стенки, меньшей чем 0,25 мм, вызывает риск ее механических повреждений при эксплуатации АФАР, а также повышение напряжений в ней при ее деформации под давлением охлаждающей жидкой среды, что, в свою очередь, может привести к нарушению ее герметичности.

Использование трубы с толщиной стенки, большей чем 0,3 мм, уменьшает ее способность к упругой деформации и, следовательно, уменьшает площадь прижатия каждой из труб к внешней поверхности боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, что, в свою очередь, ухудшает теплопередачу между стенкой корпуса и охлаждающей жидкой средой.

Применение зазора, меньшего чем 0,1 мм, ограничено конструкцией АФАР.

Применение зазора, большего чем 0,5 мм, также уменьшает площадь прижатия каждой из труб к внешней поверхности боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР (поскольку требует применения повышенного давления охлаждающей жидкой среды, что ограничено прочностными свойствами трубы и характеристиками нагнетающего оборудования, например насоса), что, в свою очередь, ухудшает теплопередачу между стенкой корпуса и охлаждающей жидкой средой.

Разность температур между внутренней поверхностью стенки трубы и средней температурой охлаждающей жидкой среды от 3 до 5°C является оптимальной для отведения тепла от внешней поверхности боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей при условии охлаждения нагретой жидкой среды при помощи воздушной системы охлаждения с использованием атмосферного воздуха.

На фиг. 1 показано схематичное изображение АФАР с установленными трубами эллиптического сечения.

На фиг. 2а и 2b показана труба эллиптического сечения соответственно до и после деформации под давлением охлаждающей жидкой среды.

Заявленный способ реализуют, например, следующим образом.

Каждый из приемо-передающих модулей, входящий в состав АФАР, содержит тепловыделяющие радиоэлектронные элементы 1 (в частности, транзисторы), в результате чего при эксплуатации АФАР внешняя поверхность боковых стенок корпуса 2 каждого из приемо-передающих модулей нагревается до температуры, достигающей 70°C.

Как показано на фиг. 1 и 2а, трубы 3 эллиптического поперечного сечения с толщиной стенки, составляющей от 0,25 до 0,3 мм (например, 0,25 мм) устанавливают в промежуток между боковой стенкой корпуса 2 каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, и элементом 4 несущей конструкции полотна АФАР.

Суммарный зазор составляет от 0,1 до 0,5 мм (например, 0,25 мм).

Каждую из труб 3 выполняют из материала, имеющего возможность упругой деформации под давлением охлаждающей жидкой среды (например, из нержавеющей стали 12Х18Н10Т), обеспечивающей ее прижатие к внешней поверхности боковой стенки корпуса 2 каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, одной из своих сторон (как показано на фиг. 2b). Другой стороной каждая из труб 3 оказывается прижатой к элементу 4 несущей конструкции полотна АФАР.

Подведение в каналы каждой из труб 3 охлаждающей жидкой среды (например, раствора этиленгликоля) и отведение из каналов нагретой (в результате отведения тепла от корпусов 2 приемо-передающих модулей) охлаждающей жидкой среды осуществляют при помощи раздающего и собирающего коллекторов (не показаны). Циркуляцию охлаждающей жидкой среды осуществляют посредством насоса, создающего давление в жидкостном тракте, достаточное для компенсации потерь на трение, местных потерь и обеспечения необходимой скорости потока охлаждающей жидкой среды.

Циркуляцию охлаждающей жидкой среды осуществляют со скоростью, обеспечивающей разность температур между внутренней поверхностью стенки каждой из труб 3 и средней температурой охлаждающей жидкой среды от 3 до 5°C (данные значения получены в результате известных теплотехнических расчетов, которые приведены, например, в книге Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1990).

Нагретую охлаждающую жидкую среду охлаждают при помощи воздушной системы охлаждения с использованием атмосферного воздуха (в качестве такой системы может быть использована система, основанная на воздушном радиаторе).

1. Способ охлаждения активной фазированной антенной решетки (АФАР), включающий размещение охлаждающих средств, имеющих каналы, в контакте с внешней поверхностью стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, и осуществление циркуляции в каналах охлаждающей жидкой среды, отличающийся тем, что в качестве каждого из охлаждающих средств используют трубу эллиптического поперечного сечения с толщиной стенки, составляющей от 0,25 до 0,3 мм, которую устанавливают в промежуток между боковой стенкой корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, и элементом несущей конструкции полотна АФАР с суммарным зазором, составляющим от 0,1 до 0,5 мм, при этом каждую из труб выполняют из материала, имеющего возможность упругой деформации под давлением охлаждающей жидкой среды, обеспечивающей прижатие каждой из труб к внешней поверхности боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, циркуляцию охлаждающей жидкой среды осуществляют со скоростью, обеспечивающей разность температур между внутренней поверхностью стенки каждой из труб и средней температурой охлаждающей жидкой среды от 3 до 5°C, а нагретую охлаждающую жидкую среду охлаждают при помощи воздушной системы охлаждения с использованием атмосферного воздуха.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве каждого из охлаждающих средств используют U-образную трубу.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенной технике, в частности к сканирующей антенной решетке, базовой станции, сети беспроводной связи и способу формирования диаграммы направленности.

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при проектировании и изготовлении активной фазированной антенной решетки (АФАР).

Изобретение относится к системам низкочастотных антенн, имеющих улучшенную направленность излучения. Техническим результатом является создание низкочастотной антенны, имеющей улучшенные рабочие характеристики, а именно обеспечение коэффициента сжатия волны больше единицы без изменения полного волнового сопротивления оболочки при переходе от ее внутренней части к внешней, которые реализуются посредством того, что структура или материал внешней части оболочки антенны выбраны так, что отношение магнитной проницаемости внешней части оболочки к диэлектрической проницаемости внешней части оболочки остается постоянным в пределах внешней части оболочки и равным отношению магнитной проницаемости внешней среды к диэлектрической проницаемости внешней среды.

Использование: для приема и передачи сигнала при измерении диаграмм вторичного излучения антенн. Сущность изобретения заключается в том, что приемопередающая широкодиапазонная антенная решетка наклонной поляризации из 2*N-ПАР V-образных вибраторов, расположенных в плоскости, жестко закрепленная на основании, состоящая из N-пар антенных излучателей, соединенных с помощью согласованных СВЧ-трактов одинаковой электрической длины, отличающаяся тем, что все антенные излучатели выполнены в виде V-образных вибраторов, каждый антенный излучатель N-пары дополнительно содержит второй V-образный вибратор, плечи всех вибраторов состоят из двух диполей разной длины, длина первого диполя равна от 0.2*λcp1 до 0.3*λcp1, длина второго диполя равна от 0.2*λcp2 до 0.3*λcp 2, где λcp1, λcp2 - средние длины волн первого и второго диапазонов.
Изобретение относится к фазированным антенным решеткам. Технический результат изобретения заключается в расширении арсенала технических средств реализации оптической ФАР.

Изобретение относится к радиолокации, точнее к фазированным антенным решеткам (ФАР) СВЧ диапазона, и может быть использовано в пассивной и активной радиолокации для осуществления непрерывного параллельного контроля пространства.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в радиоэлектронных передающих и приемных устройствах различного назначения. Технический результат - упрощение конструкции электронной решетки.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокации, в системах связи и других устройствах, в которых используются последовательности мощных радиоимпульсов.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может быть использовано в радиолокационных станциях различного назначения, станциях радиосвязи, использующих два далеко разнесенных частотных диапазона, например сантиметровый и миллиметровый диапазоны волн.

Изобретение относится к радиолокации, а именно к широкополосным антенным системам, рабочий диапазон частот которых перекрывает несколько октав. Технический результат - расширение диапазона рабочих частот комбинированной антенной системы, работающей в активном и пассивном режимах.

Использование: для приема и передачи сигнала при измерении диаграмм вторичного излучения антенн. Сущность изобретения заключается в том, что приемопередающая антенная решетка вибраторов, жестко закрепленная на основании, состоящая из N-пар антенных излучателей, соединенных с помощью согласованных СВЧ-трактов одинаковой электрической длины, при этом все антенные излучатели выполнены в виде V-образных вибраторов, каждый антенный излучатель N-пары дополнительно содержит второй V-образный вибратор, соединенный противофазно с первым V-образным вибратором, когда первое левое плечо первого V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N-пары соединено со вторым правым плечом второго V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N-пары, а второе правое плечо первого V-образного вибратора положительного потенциала первого излучателя N-пары соединено с первым левым плечом второго вибратора положительного потенциала первого излучателя N-пары. Технический результат: обеспечение возможности создания приемопередающей антенной решетки, имеющей более широкую диаграмму обратного рассеяния. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: изобретение относится к области радиотехники, а точнее к области волноводных антенн с эллиптической поляризацией, и может быть использовано в качестве приемопередающих антенн различных радиотехнических систем, например, на подвижных объектах. Сущность: волноводная антенна содержит круглый волновод, в полости которого установлен поляризатор, выполненный в виде диэлектрической пластины, на открытый конец волновода в плоскости его раскрыва установлен круглый металлический экран в виде кольца с внешним диаметром D<2·λ, где λ - длина волны, а кромка волновода продолжена за плоскость раскрыва в виде четырех пилообразных выступов с высотой зуба h=d/4, где d - диаметр волновода. Технический результат: расширение диаграммы направленности по уровню половинной мощности, не изменяя поляризационных характеристик излучения. 3 ил.

Свч-модуль // 2566328
Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при проектировании и изготовлении активной фазированной антенной решетки (АФАР). Технический результат изобретения заключается в повышении удобства монтажа СВЧ-модуля за счет обеспечения простоты и удобства установки печатной платы в корпус при одновременном сохранении высоких радиотехнических характеристик СВЧ-модуля вследствие установки печатной платы с минимально допустимым зазором. СВЧ-модуль содержит корпус и расположенную в нем радиоэлектронную ячейку, содержащую печатную плату с радиоэлектронными элементами. В печатной плате с одной из сторон, предназначенных для соединения полосковых линий с центральными проводниками герметичных СВЧ-переходов, выполнены первые вырезы в количестве, равном количеству центральных проводников, имеющие форму и размеры, позволяющие разместить в них центральные проводники герметичных СВЧ-переходов с зазором, и второй вырез, имеющий форму и размеры, позволяющие обеспечить размещение центральных проводников герметичных СВЧ-переходов в упомянутых первых вырезах. Расстояния между продольными осями центральных проводников герметичных СВЧ-переходов и продольными осями первых вырезов одинаковы. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Использование: для радиосистем навигации, посадки, управления воздушным движением. Сущность изобретения заключается в том, что многоцелевая самолетная антенно-фидерная система содержит антенную часть, коммутационно-разделительное устройство, устройство управления, антенная часть содержит передние UHF антенну, правую и левую антенны горизонтальной поляризации диапазонов L, S, антенну вертикальной поляризации диапазонов L, S, заднюю антенну горизонтальной поляризации диапазонов UHF, L, S и антенну вертикальной поляризации диапазонов L, S, коммутационно-разделительное устройство, устройство управления, пять коммутаторов на два направления, пять частотно-разделительных устройств, управляемый фазовращатель, устройство управления входами соединено с UHF, L, S радиооборудованием, гировертикалью, определителем курсового угла радиомаяка, а выходами - с коммутационно-разделительным устройством, коммутаторами и фазовращателем, первый коммутатор соединен с одной стороны с коммутационно-разделительным устройством, а с другой стороны - с антеннами непосредственно или через частотно-распределительные устройства, а с задней антенной горизонтальной поляризации - через фазовращатель. Технический результат: обеспечение возможности устойчивой работы UHF радиооборудования при круговом обзоре пространства в азимутальной плоскости, в том числе в интерференционных зонах, и в L, S частотных диапазонах при значительных кренах летательного объекта. 3 ил.

Использование: изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при проектировании и изготовлении активной фазированной антенной решетки (АФАР). Сущность: приемо-передающий СВЧ-модуль содержит корпус и расположенную в нем радиоэлектронную ячейку, содержащую несущую печатную плату, на которой расположен узел, предназначенный для управления модулем, узел, предназначенный для питания модуля, и радиоэлектронные элементы, образующие по меньшей мере два приемо-передающих канала и узел, предназначенный для передачи СВЧ-сигнала. На несущей печатной плате установлены экранирующие жесткие перегородки, разделяющие приемо-передающие каналы, и экранирующая жесткая, по существу, четырехугольная рамка, ограничивающая область расположения узла, предназначенного для управления модулем, и узла, предназначенного для питания модуля. Две смежные стороны рамки выполнены с открытыми снизу каналами, обеспечивающими размещение узла, предназначенного для передачи СВЧ-сигнала. Каждая из упомянутых перегородок и упомянутая рамка закреплены через несущую печатную плату на дне корпуса резьбовыми соединениями. Технический результат: изобретение позволяет снизить шумы при работе модуля, повысить электромагнитную совместимость и повысить жесткость конструкции в целом за счет особенностей экранирования различных функциональных узлов и каналов модуля. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиолокационных станциях, предназначенных для обнаружения целей, определения дальности до цели и определения координат цели. Технический результат заключается в повышении точности определения координат цели за счет многоканального приема, цифровой совместной апостериорной обработки разночастотных сигналов и случайного распределения сигналов с различными частотами по номерам излучающих элементов при одновременном повышении быстродействия за счет однократного излучения и приема разночастотных сигналов и получения информации о радиолокационной обстановке в рабочей зоне на этапе обработки, а не за счет многократного зондирования пространства во времени. Для этого в многочастотную антенную решетку, содержащую систему формирования когерентной сетки эквидистантно расстроенных частот и N излучающих элементов, дополнительно введены: N аналоговых приемников, N аналогово-цифровых преобразователей (АЦП), устройство хранения результатов измерений, суммирующее устройство, N умножителей, вычислительное устройство, устройство отображения результатов измерений и устройство управления. 6 ил.

Изобретение относится к антенным системам направленного излучения и приема. Получаемым техническим результатом является создание АФАР со структурой построения, обеспечивающей, при размещении на самолете, одновременно круговой многолучевой прием запросных сигналов и излучение ответного сигнала в направлении запроса узким лучом с целью скрытости радиоизлучения. Сущность изобретения состоит в том, что АФАР разделена на четыре одинаковых модуля, размещаемых на передних, задних кромках правого и левого крыла самолета, при этом в модули АФАР введены амплитудно-фазовые формирующие части отдельно для передаваемых и принимаемых сигналов, которые связаны с общим излучателем через приемопередающие модули, имеющие раздельные передающий и приемный входы, причем входы передатчиков обслуживаемого радиооборудования подключены через делители мощности, число выходов которых равно числу излучателей и входов приемной амплитудно-фазовой формирующей части, и такое же количество выходов каналов связи (лучей), сформированных амплитудно-фазовой формирующей частью приемных сигналов, подключены к своему приемнику, а выход информационного сигнала каждого из приемников подключен ко входу введенного в модуль АФАР мультиплексора, выход мультиплексного канала связи которого соединен с обслуживаемым радиооборудованием, которое связано через блок управления и контроля с управляемыми элементами фазовращателями АФАР. 14 ил.

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат - уменьшение помех сигналов или многолучевой интерференции Для этого принимают на датчике, расположенном возле приемной антенны, сигнал отражения, отраженный по меньшей мере от одной поверхности летательного аппарата, с которой соединена конформная отражательная фазированная антенная решетка, настроенная для управления прохождением сигнала отражения. Сигналом отражения управляют с использованием конформной отражательной фазированной антенной решетки, чтобы уменьшать амплитуду сигнала отражения на приемной антенне на основе сигнала отражения, принятого на датчике. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат выражается в простоте конструкции и высокой выходной мощности антенны, оптимальном выходном сопротивлении, согласуемом с сопротивлением нагрузки, а также высокой надежности работы антенны. Для этого антенная решетка с обработкой сигнала состоит из М=2, 3, 4, … рядов линейных вибраторов, лежащих в одной плоскости и равноудаленных друг от друга на расстояние кратное λ/2, причем в каждом ряду имеется N=2, 3, 4, … вибраторов каждый длиной l=λ/2, а расстояние между концами соседних вибраторов в каждом ряду d<<λ, где λ - длина волны электромагнитного излучения СВЧ диапазона радиоволн, и содержит (N-1)М диодов, распределенных таким образом, что в каждом из М рядов концы соседних вибраторов соединены между собой по постоянному току (N-1) диодами, включенными по постоянному току последовательно и однополярно, а свободные концы крайних вибраторов М рядов соединены между собой параллельно и однополярно и подключены к нагрузке антенны. 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к средствам приема и передачи радиоволн. Приемо-передающий модуль активной фазированной антенной решетки содержит передающий и приемный каналы, первое, второе и третье направленное устройство разделения падающей и отраженной мощностей, защитное устройство, выпрямитель, согласованную нагрузку, обратноходовой преобразователь. Вход падающей мощности первого направленного устройства соединен с выходом передающего канала, а выход отраженной мощности соединен с входом падающей мощности второго направленного устройства, которое через защитное устройство соединено с входом приемного канала. Выход отраженной мощности второго направленного устройства разделения падающей и отраженной мощностей подключен к входу падающей мощности третьего направленного устройства, подключенному к выпрямителю, нагруженному на вход обратноходового преобразователя, выход которого подключен к цепи питания передающего канала. Выход отраженной мощности третьего направленного устройства разделения падающей и отраженной мощностей подключен к согласованной нагрузке. Технический результат - повышение КПД антенной решетки. 2 ил.
Наверх