一种中间隔层带蛇形冷却管的高功率数字t/r组件结构的制作方法
专利名称：一种中间隔层带蛇形冷却管的高功率数字t/r组件结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种中间隔层带蛇形冷却管的高功率数字T/R组件结构，具体为一种450W、40%占空比的集成化数字T/R组件的冷却结构，属大功率微波设备技术领域。
背景技术：
相控阵体制的雷达和通信设备由于良好的性能已获得越来越广泛的使用，T/R组件是相控阵雷达和通信设备的核心组成部分。现有模拟T/R所处的阵面和处理单元相隔较远，需要用到大量模拟器件和同轴电缆，信号在上/下行传输中损耗大，且容易受到干扰，产生相位及幅度的畸变；因T/R输入激励信号为模拟信号，因此阵面上所有的T/R单元的输入信号均为相同形式的信号，阵面上所有T/R均只能处于相同的工作模式。现有数字T/ R由于工作模式灵活，可以实时切换工作在窄脉冲高重复周期模式，也可以工作在宽脉冲低重复周期模式，但由于大功率功放的长时间工作必然产生更大的热量，紧凑的阵面空间难以满足组件散热要求，因此现有数字T/R组件难以兼顾输出功率和工作模式的灵活性，为了能保证有足够的散热，维持可靠工作，现有的数字T/R均工作在窄脉冲模式，降低输出的功率，因此现有数字T/R难以充分发挥数字T/R工作模式灵活的特点。对于功率为450W、占空比40%的T/R组件来说，由于其内部的元器件安装紧凑，厚度小，因此T/R组件内功率元件产生的热量仅依靠T/R组件自身散发相当困难，即使采用风冷或加装散热板方式也难达到很好效果。针对这种问题，也有采用在T/R组件的一侧开冷却槽，通液体冷却方式，如中国实用新型专利《一种带冷却槽的T/R组件》(申请号200820165404. 6)所公开的内容，是对于功耗大于15 30W的T/R组件的有效散热方式，但对于更高功率(如450W)的T/R组件，特别是将信号综合器、变频器模块、功放模块、BITE/AD模块、限幅场放模块及电源模块等全部集成在T/R组件腔体中的情况来说，这种仅是在组件的一侧开液体冷却槽方式，还是不能满足T/R组件在运行中需要充分散热要求。另一方面，针对过去的T/R组件的输入激励信号为模拟信号，阵面上所有的T/R单元的输入信号也是模拟信号，阵面上所有T/R组件也只能处于相同模拟信号工作模式，已有将模拟信号工作模式改为数字信号工作模式情况，这样将更有利于解决T/R组件抗干扰性能和工作灵活性，进一步的使得T/R组件达到尺寸小、重量轻要求，但更小尺寸的T/R组件将带来需要散热效果更好的问题。
发明内容本实用新型的目的是针对背景技术所述不足，特别是在新型专利《一种带冷却槽的T/R组件》所公开的技术上进行改进，提供一种中间隔层带蛇形冷却管的高功率数字T/R组件结构，在T/R组件的中间间隔位于R腔体一侧的底面上，加工有蛇形冷却管，工作中蛇形管内通冷却液后，可高效的将隔离两侧各模块散放出的热量带出，满足数字化大功率T/R组件正常工作需求。本实用新型的技术方案是一种中间隔层带蛇形冷却管的高功率数字T/R组件结构，是一个长方体的中间带间隔的铝盒，位于铝盒间隔的一面是R腔体，所述的R腔体内加工有三个独立的腔体，腔体内分别安装有变频模块、BITE/AD模块和电源模块；位于铝盒间隔的另一面是T腔体，所述的T腔体内加工有二个独立的腔体，腔体内分别安装有限幅场放模块及功放模块，其特征在于所述的R腔体底部位中间隔板面上，加工有蛇形弯曲凹槽，还有钎焊在蛇形弯曲凹槽上的密封板，弯曲凹槽的两端分别通向长方体侧部。其有益效果是工作中当弯曲凹槽内通冷却水时，可带走T/R组件中T腔体及R腔体内安装的各元件产生的热能，确保T/R组件稳定正常工作；独立的腔体结构可避免各功能模块在工作中产生相互干扰作用。本实用新型所涉及的数字T/R组件，其变频模块和功放模块可以用不同频率、不同带宽、不同体积的同类器件替换，以适应不同频率、不同带宽、不同体积和不同功率的应
用要求，可以用较低的成本解决相控阵T/R组件工作模式单一、工作稳定性差的问题。
附图I为R腔体底部蛇形弯曲凹槽结构示意图；附图2为分布在R腔体内的三个独腔体示意图；附图3为附图2上视图；附图4为附图2左视图；附图5为附图I中A—A首I]视图；附图6为分布在T腔体内各功能模块示意图。
具体实施方式
附图中的标记附图I 附图4中，I—凹槽，2—进液口，3—出液口，4一变频模块，5—BITE/AD模±夹，18—电源模块；附图5中，19一招盖板；附图6中，6—限幅场放模块，7—第一级IOW放大器，8—第二级50W放大器，9一第三级200W放大器，10—第四级200W放大器(三个)，11—隔离器，12—环形器，13—环形器，14 一串馈功分器，15 —串馈合成器，16—定向耦合器，17—充电器。
以下结合附图对本实用新型实施例作进一步说明如附图I 附图6所示，一种中间隔层带蛇形冷却管的高功率数字T/R组件结构，是一个长方体的中间带间隔的铝盒构件，位于铝盒间隔的一面是R腔体，所述的R腔体内加工有三个独立的腔体，腔体内分别安装有变频模块4、BITE/AD模块5和电源模块18 ;位于铝盒间隔的另一面是T腔体，所述的T腔体内加工有二个独立的腔体，腔体内分别安装有限幅场放模块6及功放模块。附图I中，是R腔体底部蛇形弯曲凹槽I结构示意图，蛇形弯曲凹槽I位于R腔体底部位中间隔板面上，密封板19钎焊在蛇形弯曲凹槽I上，弯曲凹槽I的两端分别通向长方体侧部(进液口 2、出液口 3)。工作时，冷却液从进液口 2注入，经过弯曲凹槽I，再由出液口 3流出，可带走T/R组件中由T组件铝盒及R组件铝盒内各元件产生的热能，确保T/R组件稳定正常工作。T/R组件的功能电路和器件根据信号形式和信号幅度结合成若干个模块，其中信号综合器、上变频器、下变频器和激励放大器安装在一个独立腔体中，形成变频模块4;BITE和AD安装在一个独立腔体中，形成BITE/AD模块5 ;限幅器和低噪声放大器安装在一个独立腔体中，形成限幅场放模块6。变频模块4、BITE/AD模块5和开关电源18均安装在R腔体内三个独立的腔中；IOW、50W、200W放大器(7、8、9、10)、串馈功分器14、串馈合成器15、定向耦合器16、隔离器11、环形器(12、13)、充电器17、微波负载等电路和器件作为功放模块的组成部分、还有限幅场放模块6，分别独立安装在T组件长方体铝盒中各自独立的腔中。本实用新型的T/R组件中的变频模块4工作在两种方式下，一种为发射模式，该模式为T/R产生发射波形信号，并变频至射频。另一种为接收模式，该模式将接收到的射频信号变为中频信号以供处理。发射模式时，信号综合器以输入80M基准信号和一本振信号产生二本振信号和中频信号，中频信号和二本振信号经过二次上变频变为射频信号，并经过 激励放大器将信号幅度提升，输出激励信号，激励信号经连接器和电缆送出变频模块；接收模式时，下变频器以输入的一本振信号和二本振信号将自限幅场放模块输出的射频信号经二次下变频，变为中频信号，并输出至AD模块。功放模块用于提高射频信号的幅度，在工作频带内提供稳定的功率增益，功放模块的放大连路由工作在C类组态的四级放大器组成，各放大器工作在40%占空比，800 ii s脉宽的脉冲状态下，四级放大器分别为，第一级IOW放大器7、第二级50W放大器8，第三级200W放大器9和第四级三个并行的200W放大器10，每级放大器间均有隔离，其中第一级放大器前、第一级与第二级极间、第二级与第三级级间为隔离器11，第三级与第四级级间为环形器12，第四级输出为四端环形器13。激励信号自变频模块通过电缆进入功放模块，经第一级隔离器进入IOW放大器，经级间隔离器进入第二级50W放大器，由级间隔离器进入第三级200W放大器，信号自第三级环形器输出后送入串馈功分器14，串馈功分器将输入信号分成三路幅度相等的信号，三路信号分别通过第四级的三个200W放大器，由串馈合成器15将三路信号重新合成为一路信号，信号合成后流入定向耦合器16，将主路上的射频功率信号耦合少量至支路中用于检测，主路信号直接送入四端环形器I端口，并在2端口将不小于450W的射频功率送出T/R组件。放大模块中的充电器17并接在电源主路上，当功率管未工作时充电器开始储存能量，当功率管工作时放出能量满足功率管在工作时对瞬态大电流的要求。限幅场放模块6在发射时阻挡发射信号进入本模块，在接收时将微弱的回波信号幅度放大，使之适应下变频放大器的输入要求。发射时，回波由四端环形器的第二端口进入，由第一端口接至限幅场放模块6，限幅器此时处于截止状态，发射信号被阻挡；接收时限幅器处于开启状态，从四端环形器中进入的信号通过限幅器，进入低噪声放大器中放大，最后送出限幅场放模块6至变频模块4。BITE/AD模块5有两部分功能电路，包括BITE部分和AD部分，其中BITE部分使用arm7处理器和CPLD，arm7处理器负责报文处理，状态监控和通讯，CPLD实现对实时性要求苛刻的功放模块过工作比控保功能，工作时，BITE中的arm处理器轮询各功能模块的工作状态，汇总状态，通过CAN总线向监控台上报；CPLD实时检测功放模块耦合器的耦合信号，当工作时间超过保护时间时，向变频模块4中的激励放大器发送关闭指令，切断激励信号输出，并维持此状态直到关闭时间满足占空比要求，并向arm处理器上报过工作比故障。AD电路的功能是将从变频模块4下变频器中输出的中频信号转换成量化的数字信号，并作预处理，转换成光信号，通过光缆送出T/R组件。开关电源18为变频模块和限幅场放模块6提供15V和5V两组低纹波供电，避免 电源纹波对变频模块4和限幅场放模块6中的关键器件的影响。本实用新型所涉及的数字T/R组件，其变频模块和功放模块可以用不同频率、不同带宽、不同体积的同类器件替换，以适应不同频率、不同带宽、不同体积和不同功率的应用要求，可以用较低的成本解决相控阵T/R组件工作模式单一、工作稳定性差的问题。
权利要求1.一种中间隔层带蛇形冷却管的高功率数字T/R组件结构，是一个长方体的中间带间隔的铝盒，位于铝盒间隔的一面是R腔体，所述的R腔体内加工有三个独立的腔体，腔体内分别安装有变频模块、BITE/AD模块和电源模块；位于铝盒间隔的另一面是T腔体，所述的T腔体内加工有二个独立的腔体，腔体内分别安装有限幅场放模块及功放模块，其特征在于所述的R腔体底部位中间隔板面上，加工有蛇形弯曲凹槽，还有钎焊在蛇形弯曲凹槽上的密封板，弯曲凹槽的两端分别通向长方体侧部。
专利摘要本实用新型提供一种中间隔层带蛇形冷却管的高功率数字T/R组件结构，是一个长方体的中间带间隔的铝盒，位于铝盒间隔的一面R腔体内分别安装有变频模块、BITE/AD模块和电源模块；位于铝盒间隔的另一面的T腔体内加工有二个独立的腔体，腔体内分别安装有限幅场放模块及功放模块，其特征在于所述的R腔体底部位中间隔板面上，加工有蛇形弯曲凹槽，还有钎焊在蛇形弯曲凹槽上的密封板，弯曲凹槽的两端分别通向长方体侧部。工作中当弯曲凹槽内通冷却水时，可带走T/R组件中T腔体及R腔体内安装的各元件产生的热能，确保T/R组件稳定正常工作；独立的腔体结构可避免各功能模块在工作中产生相互干扰作用。
文档编号H04B1/036GK202435389SQ201120498850
公开日2012年9月12日 申请日期2011年12月5日 优先权日2011年12月5日
发明者李宏斌, 殷律, 王志 申请人:武汉滨湖电子有限责任公司
技术领域：
本实用新型涉及一种中间隔层带蛇形冷却管的高功率数字T/R组件结构，具体为一种450W、40%占空比的集成化数字T/R组件的冷却结构，属大功率微波设备技术领域。
背景技术：
相控阵体制的雷达和通信设备由于良好的性能已获得越来越广泛的使用，T/R组件是相控阵雷达和通信设备的核心组成部分。现有模拟T/R所处的阵面和处理单元相隔较远，需要用到大量模拟器件和同轴电缆，信号在上/下行传输中损耗大，且容易受到干扰，产生相位及幅度的畸变；因T/R输入激励信号为模拟信号，因此阵面上所有的T/R单元的输入信号均为相同形式的信号，阵面上所有T/R均只能处于相同的工作模式。现有数字T/ R由于工作模式灵活，可以实时切换工作在窄脉冲高重复周期模式，也可以工作在宽脉冲低重复周期模式，但由于大功率功放的长时间工作必然产生更大的热量，紧凑的阵面空间难以满足组件散热要求，因此现有数字T/R组件难以兼顾输出功率和工作模式的灵活性，为了能保证有足够的散热，维持可靠工作，现有的数字T/R均工作在窄脉冲模式，降低输出的功率，因此现有数字T/R难以充分发挥数字T/R工作模式灵活的特点。对于功率为450W、占空比40%的T/R组件来说，由于其内部的元器件安装紧凑，厚度小，因此T/R组件内功率元件产生的热量仅依靠T/R组件自身散发相当困难，即使采用风冷或加装散热板方式也难达到很好效果。针对这种问题，也有采用在T/R组件的一侧开冷却槽，通液体冷却方式，如中国实用新型专利《一种带冷却槽的T/R组件》(申请号200820165404. 6)所公开的内容，是对于功耗大于15 30W的T/R组件的有效散热方式，但对于更高功率(如450W)的T/R组件，特别是将信号综合器、变频器模块、功放模块、BITE/AD模块、限幅场放模块及电源模块等全部集成在T/R组件腔体中的情况来说，这种仅是在组件的一侧开液体冷却槽方式，还是不能满足T/R组件在运行中需要充分散热要求。另一方面，针对过去的T/R组件的输入激励信号为模拟信号，阵面上所有的T/R单元的输入信号也是模拟信号，阵面上所有T/R组件也只能处于相同模拟信号工作模式，已有将模拟信号工作模式改为数字信号工作模式情况，这样将更有利于解决T/R组件抗干扰性能和工作灵活性，进一步的使得T/R组件达到尺寸小、重量轻要求，但更小尺寸的T/R组件将带来需要散热效果更好的问题。
发明内容本实用新型的目的是针对背景技术所述不足，特别是在新型专利《一种带冷却槽的T/R组件》所公开的技术上进行改进，提供一种中间隔层带蛇形冷却管的高功率数字T/R组件结构，在T/R组件的中间间隔位于R腔体一侧的底面上，加工有蛇形冷却管，工作中蛇形管内通冷却液后，可高效的将隔离两侧各模块散放出的热量带出，满足数字化大功率T/R组件正常工作需求。本实用新型的技术方案是一种中间隔层带蛇形冷却管的高功率数字T/R组件结构，是一个长方体的中间带间隔的铝盒，位于铝盒间隔的一面是R腔体，所述的R腔体内加工有三个独立的腔体，腔体内分别安装有变频模块、BITE/AD模块和电源模块；位于铝盒间隔的另一面是T腔体，所述的T腔体内加工有二个独立的腔体，腔体内分别安装有限幅场放模块及功放模块，其特征在于所述的R腔体底部位中间隔板面上，加工有蛇形弯曲凹槽，还有钎焊在蛇形弯曲凹槽上的密封板，弯曲凹槽的两端分别通向长方体侧部。其有益效果是工作中当弯曲凹槽内通冷却水时，可带走T/R组件中T腔体及R腔体内安装的各元件产生的热能，确保T/R组件稳定正常工作；独立的腔体结构可避免各功能模块在工作中产生相互干扰作用。本实用新型所涉及的数字T/R组件，其变频模块和功放模块可以用不同频率、不同带宽、不同体积的同类器件替换，以适应不同频率、不同带宽、不同体积和不同功率的应
用要求，可以用较低的成本解决相控阵T/R组件工作模式单一、工作稳定性差的问题。
附图I为R腔体底部蛇形弯曲凹槽结构示意图；附图2为分布在R腔体内的三个独腔体示意图；附图3为附图2上视图；附图4为附图2左视图；附图5为附图I中A—A首I]视图；附图6为分布在T腔体内各功能模块示意图。
具体实施方式
附图中的标记附图I 附图4中，I—凹槽，2—进液口，3—出液口，4一变频模块，5—BITE/AD模±夹，18—电源模块；附图5中，19一招盖板；附图6中，6—限幅场放模块，7—第一级IOW放大器，8—第二级50W放大器，9一第三级200W放大器，10—第四级200W放大器(三个)，11—隔离器，12—环形器，13—环形器，14 一串馈功分器，15 —串馈合成器，16—定向耦合器，17—充电器。
以下结合附图对本实用新型实施例作进一步说明如附图I 附图6所示，一种中间隔层带蛇形冷却管的高功率数字T/R组件结构，是一个长方体的中间带间隔的铝盒构件，位于铝盒间隔的一面是R腔体，所述的R腔体内加工有三个独立的腔体，腔体内分别安装有变频模块4、BITE/AD模块5和电源模块18 ;位于铝盒间隔的另一面是T腔体，所述的T腔体内加工有二个独立的腔体，腔体内分别安装有限幅场放模块6及功放模块。附图I中，是R腔体底部蛇形弯曲凹槽I结构示意图，蛇形弯曲凹槽I位于R腔体底部位中间隔板面上，密封板19钎焊在蛇形弯曲凹槽I上，弯曲凹槽I的两端分别通向长方体侧部(进液口 2、出液口 3)。工作时，冷却液从进液口 2注入，经过弯曲凹槽I，再由出液口 3流出，可带走T/R组件中由T组件铝盒及R组件铝盒内各元件产生的热能，确保T/R组件稳定正常工作。T/R组件的功能电路和器件根据信号形式和信号幅度结合成若干个模块，其中信号综合器、上变频器、下变频器和激励放大器安装在一个独立腔体中，形成变频模块4;BITE和AD安装在一个独立腔体中，形成BITE/AD模块5 ;限幅器和低噪声放大器安装在一个独立腔体中，形成限幅场放模块6。变频模块4、BITE/AD模块5和开关电源18均安装在R腔体内三个独立的腔中；IOW、50W、200W放大器(7、8、9、10)、串馈功分器14、串馈合成器15、定向耦合器16、隔离器11、环形器(12、13)、充电器17、微波负载等电路和器件作为功放模块的组成部分、还有限幅场放模块6，分别独立安装在T组件长方体铝盒中各自独立的腔中。本实用新型的T/R组件中的变频模块4工作在两种方式下，一种为发射模式，该模式为T/R产生发射波形信号，并变频至射频。另一种为接收模式，该模式将接收到的射频信号变为中频信号以供处理。发射模式时，信号综合器以输入80M基准信号和一本振信号产生二本振信号和中频信号，中频信号和二本振信号经过二次上变频变为射频信号，并经过 激励放大器将信号幅度提升，输出激励信号，激励信号经连接器和电缆送出变频模块；接收模式时，下变频器以输入的一本振信号和二本振信号将自限幅场放模块输出的射频信号经二次下变频，变为中频信号，并输出至AD模块。功放模块用于提高射频信号的幅度，在工作频带内提供稳定的功率增益，功放模块的放大连路由工作在C类组态的四级放大器组成，各放大器工作在40%占空比，800 ii s脉宽的脉冲状态下，四级放大器分别为，第一级IOW放大器7、第二级50W放大器8，第三级200W放大器9和第四级三个并行的200W放大器10，每级放大器间均有隔离，其中第一级放大器前、第一级与第二级极间、第二级与第三级级间为隔离器11，第三级与第四级级间为环形器12，第四级输出为四端环形器13。激励信号自变频模块通过电缆进入功放模块，经第一级隔离器进入IOW放大器，经级间隔离器进入第二级50W放大器，由级间隔离器进入第三级200W放大器，信号自第三级环形器输出后送入串馈功分器14，串馈功分器将输入信号分成三路幅度相等的信号，三路信号分别通过第四级的三个200W放大器，由串馈合成器15将三路信号重新合成为一路信号，信号合成后流入定向耦合器16，将主路上的射频功率信号耦合少量至支路中用于检测，主路信号直接送入四端环形器I端口，并在2端口将不小于450W的射频功率送出T/R组件。放大模块中的充电器17并接在电源主路上，当功率管未工作时充电器开始储存能量，当功率管工作时放出能量满足功率管在工作时对瞬态大电流的要求。限幅场放模块6在发射时阻挡发射信号进入本模块，在接收时将微弱的回波信号幅度放大，使之适应下变频放大器的输入要求。发射时，回波由四端环形器的第二端口进入，由第一端口接至限幅场放模块6，限幅器此时处于截止状态，发射信号被阻挡；接收时限幅器处于开启状态，从四端环形器中进入的信号通过限幅器，进入低噪声放大器中放大，最后送出限幅场放模块6至变频模块4。BITE/AD模块5有两部分功能电路，包括BITE部分和AD部分，其中BITE部分使用arm7处理器和CPLD，arm7处理器负责报文处理，状态监控和通讯，CPLD实现对实时性要求苛刻的功放模块过工作比控保功能，工作时，BITE中的arm处理器轮询各功能模块的工作状态，汇总状态，通过CAN总线向监控台上报；CPLD实时检测功放模块耦合器的耦合信号，当工作时间超过保护时间时，向变频模块4中的激励放大器发送关闭指令，切断激励信号输出，并维持此状态直到关闭时间满足占空比要求，并向arm处理器上报过工作比故障。AD电路的功能是将从变频模块4下变频器中输出的中频信号转换成量化的数字信号，并作预处理，转换成光信号，通过光缆送出T/R组件。开关电源18为变频模块和限幅场放模块6提供15V和5V两组低纹波供电，避免 电源纹波对变频模块4和限幅场放模块6中的关键器件的影响。本实用新型所涉及的数字T/R组件，其变频模块和功放模块可以用不同频率、不同带宽、不同体积的同类器件替换，以适应不同频率、不同带宽、不同体积和不同功率的应用要求，可以用较低的成本解决相控阵T/R组件工作模式单一、工作稳定性差的问题。
权利要求1.一种中间隔层带蛇形冷却管的高功率数字T/R组件结构，是一个长方体的中间带间隔的铝盒，位于铝盒间隔的一面是R腔体，所述的R腔体内加工有三个独立的腔体，腔体内分别安装有变频模块、BITE/AD模块和电源模块；位于铝盒间隔的另一面是T腔体，所述的T腔体内加工有二个独立的腔体，腔体内分别安装有限幅场放模块及功放模块，其特征在于所述的R腔体底部位中间隔板面上，加工有蛇形弯曲凹槽，还有钎焊在蛇形弯曲凹槽上的密封板，弯曲凹槽的两端分别通向长方体侧部。
专利摘要本实用新型提供一种中间隔层带蛇形冷却管的高功率数字T/R组件结构，是一个长方体的中间带间隔的铝盒，位于铝盒间隔的一面R腔体内分别安装有变频模块、BITE/AD模块和电源模块；位于铝盒间隔的另一面的T腔体内加工有二个独立的腔体，腔体内分别安装有限幅场放模块及功放模块，其特征在于所述的R腔体底部位中间隔板面上，加工有蛇形弯曲凹槽，还有钎焊在蛇形弯曲凹槽上的密封板，弯曲凹槽的两端分别通向长方体侧部。工作中当弯曲凹槽内通冷却水时，可带走T/R组件中T腔体及R腔体内安装的各元件产生的热能，确保T/R组件稳定正常工作；独立的腔体结构可避免各功能模块在工作中产生相互干扰作用。
文档编号H04B1/036GK202435389SQ201120498850
公开日2012年9月12日 申请日期2011年12月5日 优先权日2011年12月5日
发明者李宏斌, 殷律, 王志 申请人:武汉滨湖电子有限责任公司
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