一种星载有源相控阵天线热控装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种星载有源相控阵天线热控装置及方法，包括：天线组件，包括依次设置的天线罩、天线子阵、热控结构、相变储热模块、天线底板，所述热控结构包括工质第一入口和工质第一出口，所述相变储热模块包括工质第二入口和工质第二出口，所述相变储热模块外周设置热致变色智能涂层；主动热控组件，包括储液罐、驱动泵、阀门、流量计、压力表、温度传感器、控制器；所述天线组件通过所述天线底板安装在卫星平台上，所述主动热控组件设置在卫星平台内。本发明专利技术能够根据天线的实时高低温度自动完成闭环温度控制，尤其适用高热流密度的星载有源相控阵天线，而且热控功能与天线结构一体化设计，在满足热控需求的同时兼具轻量化的优势。在满足热控需求的同时兼具轻量化的优势。在满足热控需求的同时兼具轻量化的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种星载有源相控阵天线热控装置及方法


[0001]本专利技术涉及航天
，具体涉及一种星载有源相控阵天线热控装置及方法。

技术介绍

[0002]有源相控阵天线具有波束指向灵活可控以及高可靠等优势，已成为未来天线发展的重要趋势。星载有源相控阵天线作为卫星的有效载荷，其在轨工作时所处的空间热环境极为恶劣，不仅受到太阳直接辐射、地球反照辐射和地球红外辐射等空间外热流的影响，还面临空间近4K的低温以及频繁进出地球光照区、阴影区冷热交变的影响，温度变化十分剧烈；此外，天线集成度的提高和性能的提升造成大功耗组件布局密集，天线工作瞬时热耗大、热量集中、局部热流密度高，散热困难。热控措施不到位将严重影响天线在轨的正常工作。
[0003]通常，星载相控阵天线采用基于热管的方法进行热控，具体包括热管、辐射散热器、电加热器、热控涂层以及多层隔热组件。然而，基于热管的热控方法只能适用于热流密度不高(热流密度<10W/cm2)的场合。对于星载毫米波有源相控阵天线，其典型特点就是高密度集成，如以Ka频段30GHz计算，阵元间距(取约为半波长)仅为5mm，在如此小的空间集成功放和低噪放等大功率有源器件，其热流密度将很容易突破10W/cm2。因此，需要采用其他更为有效的热控方法以确保天线处于合理的温度水平。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种星载有源相控阵天线热控装置及方法，解决目前的热控方法不能适用于热流密度较高的场景的问题。
[0005]第一方面，本专利技术第一实施例提供一种星载有源相控阵天线热控装置，包括：天线组件，包括依次设置的天线罩、天线子阵、热控结构、相变储热模块、天线底板，所述热控结构包括工质第一入口和工质第一出口，所述相变储热模块包括工质第二入口和工质第二出口，所述相变储热模块外周设置热致变色智能涂层；主动热控组件，包括储液罐、驱动泵、阀门、流量计、压力表、至少一个温度传感器和控制器，所述控制器连接所述驱动泵和所述温度传感器，所述温度传感器连接在所述天线组件上；所述储液罐中存储的热控工质依次经所述驱动泵、所述阀门、所述流量计、所述压力表、所述工质第一入口、所述工质第一出口、所述工质第二入口和所述工质第二出口循环至所述储液罐构成流动回路。
[0006]进一步地，所述天线子阵设置在所述热控结构上，所述相变储热模块连接在所述热控结构的下表面，所述天线底板连接在所述相变储热模块下表面；其中，所述相变储热模块呈框架体，在所述热控结构和所述天线底板之间形成中空区域，在所述中空区域中，所述工质第一入口与所述主动热控组件的输出管线连接、所述工质第一出口与所述工质第二入口通过管线连接、所述工质第二出口与所述主动热控组件的输入管线连接，所述天线底板上具有供各管线穿经的通孔。
[0007]进一步地，所述天线组件通过所述天线底板安装在卫星平台上，所述主动热控组
件设置在卫星平台内。
[0008]进一步地，所述热控结构内部具有多条相互并联的流体通道连接于所述工质第一入口和所述工质第一出口之间。
[0009]进一步地，所述相变储热模块包括相变材料层和流体层，所述工质第二入口和所述工质第二出口均位于所述流体层。
[0010]进一步地，所述热致变色智能涂层设置于所述相变材料层外周，所述流体层外周设置多层隔热组件。
[0011]进一步地，所述热控结构和所述天线底板的外周均设置多层隔热组件，且所述热控结构、所述相变储热模块和所述天线底板之间均为非导热连接。
[0012]进一步地，所述热控结构包括多个热控结构点阵胞元，所述相变储热模块包括多个相变储热模块点阵胞元，所述热控结构点阵胞元和相变储热模块点阵胞元为四面体型、金字塔型或Kagome型点阵胞元。
[0013]进一步地，所述相变储热模块上还设有相变材料灌注口。
[0014]第二方面，本专利技术第二实施例提供一种星载有源相控阵天线热控方法，利用如第一方面任一项所述的星载有源相控阵天线热控装置，所述方法包括：所述温度传感器监测所述天线子阵的温度；当所述天线子阵的温度大于阈值时，所述控制器控制所述驱动泵驱动所述储液罐内热控工质经所述流动回路循环，其中，所述热控工质在循环过程中吸收所述天线子阵的热量，且所述热控工质在途径所述相控储热模块时将热量传递给所述相控储热模块内的相变材料，一部分热量由所述相变材料储存，另一部分热量经所述热致变色智能涂层散出；当所述天线子阵的温度小于阈值时，所述控制器控制所述驱动泵驱动所述储液罐内热控工质经所述流动回路循环，其中，所述热控工质在途径所述相控储热模块时，所述相控储热模块内的相变材料储存的热量至少部分传递给所述热控工质，由所述热控工质在循环时将热量带给所述天线子阵。
[0015]本专利技术采用泵驱流体回路、相变储热模块和热致变色涂层主被动复合热控方法，能够适用高热流密度散热场景，尤其适用于星载天线(热流密度通常>10W/cm2)，不仅省去了功率补偿电加热装置，而且利用天线自身结构即可完成辐射散热，无须额外的辐射散热器。
[0016]本专利技术采用天线结构热控一体化设计，热控结构和相变储热模块均采用三维点阵结构，在保证热控和支撑承载的同时，也实现了轻量化。
[0017]本专利技术简单实用，只需卫星平台提供用于主动热控的接口，即可完成自身热控闭环。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本专利技术实施例的星载有源相控阵天线热控装置示意图；
[0020]图2为本专利技术实施例的天线组件的俯视视角下立体示意图；
[0021]图3为本专利技术实施例的天线组件的仰视视角下立体示意图；
[0022]图4为本专利技术实施例的热控工质的流动路径示意图；
[0023]图5为本专利技术实施例的热控结构内热控工质流动通道示意图；
[0024]图6为本专利技术实施例的相变储热模块局部的立体示意图；
[0025]图7为本专利技术实施例的相变储热模块局部的正视示意图。
具体实施方式
[0026]此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属
中的普通技术人员所知的形式。
[0027]此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本专利技术保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本专利技术并不特别地限定于优选的实施方式。本专利技术的范围由权利要求书所界定。
[0028]如图1所示，本专利技术第一实施例的星载本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星载有源相控阵天线热控装置，其特征在于，包括：天线组件(1)，包括依次设置的天线罩(1
‑
1)、天线子阵(1
‑
2)、热控结构(1
‑
3)、相变储热模块(1
‑
4)、天线底板(1
‑
5)，所述热控结构(1
‑
3)包括工质第一入口(1
‑3‑
1)和工质第一出口(1
‑3‑
2)，所述相变储热模块(1
‑
4)包括工质第二入口(1
‑4‑
1)和工质第二出口(1
‑4‑
2)，所述相变储热模块(1
‑
4)外周设置热致变色智能涂层(1
‑
6)；主动热控组件(2)，包括储液罐(2
‑
1)、驱动泵(2
‑
2)、阀门(2
‑
3)、流量计(2
‑
4)、压力表(2
‑
5)、至少一个温度传感器(2
‑
6)和控制器(2
‑
7)，所述控制器(2
‑
7)连接所述驱动泵(2
‑
2)和所述温度传感器(2
‑
6)，所述温度传感器(2
‑
6)连接在所述天线组件(1)上；所述储液罐(2
‑
1)中存储的热控工质依次经所述驱动泵(2
‑
2)、所述阀门(2
‑
3)、所述流量计(2
‑
4)、所述压力表(2
‑
5)、所述工质第一入口(1
‑3‑
1)、所述工质第一出口(1
‑3‑
2)、所述工质第二入口(1
‑4‑
1)和所述工质第二出口(1
‑4‑
2)循环至所述储液罐(2
‑
1)构成流动回路。2.根据权利要求1所述的星载有源相控阵天线热控装置，其特征在于，所述天线子阵(1
‑
2)设置在所述热控结构(1
‑
3)上，所述相变储热模块(1
‑
4)连接在所述热控结构(1
‑
3)的下表面，所述天线底板(1
‑
5)连接在所述相变储热模块(1
‑
4)下表面；其中，所述相变储热模块(1
‑
4)呈框架体，在所述热控结构(1
‑
3)和所述天线底板(1
‑
5)之间形成中空区域，在所述中空区域中，所述工质第一入口(1
‑3‑
1)与所述主动热控组件(2)的输出管线连接、所述工质第一出口(1
‑3‑
2)与所述工质第二入口(1
‑4‑
1)通过管线连接、所述工质第二出口(1
‑4‑
2)与所述主动热控组件(2)的输入管线连接，所述天线底板(1
‑
5)上具有供各管线穿经的通孔。3.根据权利要求1所述的星载有源相控阵天线热控装置，其特征在于，所述天线组件(1)通过所述天线底板(1
‑
5)安装在卫星平台(3)上，所述主动热控组件(2)设置在所述卫星平台(3)内。4.根据权利要求1所述的星载有源相控阵天线热控装置，其特征在于，所述热控结构(...

【专利技术属性】
技术研发人员：何立臣，洪元，杨立明，刘大勇，
申请(专利权)人：航天恒星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：