CN114051359A - 天线板导冷板、毫米波雷达导冷结构及其温度场仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线板导冷板，属于雷达领域，天线板导冷板包括导冷板本体，所述导冷板本体的一侧面上设置有与天线PCB板形状相适配的导热槽，所述导冷板本体的另一侧面上设置有若干用于增加热容的棱条，相邻的两根棱条之间设置有散热通道，所述天线PCB板上具有集中热源区，相邻的两根所述棱条的一部分均靠近所述集中热源区形成低压区，其另一部分均远离所述集中热源区形成高压区，所述高压区的冷空气沿着所述散热通道吹向所述低压区。本发明还公开了一种毫米波雷达导冷结构及温度场仿真方法，本公开的天线板导冷板利用天线PCB板热源集中的特性，通过空气的自然对流对导冷板进行散热，不仅取消额外的散热元器件，而且长时间连续散热。

Description

天线板导冷板、毫米波雷达导冷结构及其温度场仿真方法

技术领域

本发明涉及台车领域，尤其涉及一种天线板导冷板，安装有天线板导冷板的毫米波雷达导冷结构以及用于天线板导冷板的温度场仿真方法。

背景技术

毫米波雷达通常会将天线PCB板及信号处理板等电路元器件集成在一个盒体结构内，随着信息时代的发展，电路元器件越来越小型化，这就需要增强对集成电路的散热效果，否则元器件越集中越容易过热烧毁。此外，现有技术中很多毫米波雷达采用风冷或者水冷方式进行散热，往往需要增加供能装置，如：电源或者电池等，这种也进一步增加了散热降温中的能源消耗。

中国专利文献公开号CN109413964A公开了一种一种与卫星平台结构热控一体化的星载相控阵雷达载荷，包括插接壳体和安装有发热器件的PCB板，所述插接壳体的至少一端通过楔形锁紧条与所述插槽锁紧配合；所述插接壳体内形成有一安装腔，所述插接壳体的其中一侧壁为导冷板，所述PCB板安装在所述安装腔内，所述发热器件位于所述PCB板与所述导冷板之间，所述发热器件与所述导冷板之间设有热界面材料。这种星载相控阵雷达载荷采用热界面材料来增加导冷板的散热效果，但热界面材料有使用寿命，很难长时间稳定散热。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种天线板导冷板，利用天线PCB板热源集中的特性，通过空气的自然对流对导冷板进行散热，不仅取消额外的散热元器件，而且长时间连续散热。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种天线板导冷板，包括导冷板本体，所述导冷板本体的一侧面上设置有与天线PCB板形状相适配的导热槽，所述导冷板本体的另一侧面上设置有若干用于增加热容的棱条，相邻的两根棱条之间设置有散热通道，所述天线PCB板上具有集中热源区，一对或多对相邻的两根所述棱条的一部分均靠近所述集中热源区形成低压区，其另一部分均远离所述集中热源区形成高压区，所述高压区的冷空气沿着所述散热通道吹向所述低压区。

本发明进一步的技术方案在于，所述棱条的横截面为矩形。

本发明进一步的技术方案在于，所述导冷板本体的上部设有至少一个的供高密度插槽穿过的插槽孔。

本发明进一步的技术方案在于，所述天线PCB板上设置有若干具有芯片的辐射单元及功分网络；所述功分网络与若干所述辐射单元电连接，并对若干所述辐射单元进行馈电激励，所述导热槽包括若干辐射单元的外形相适配的第一类导热槽及与所述功分网络的外形相适配的第二类导热槽，所述第一类导热槽与所述第二类导热槽连为一体。

本发明还提供的一种毫米波雷达导冷结构，包括上述的天线板导冷板及隔离框，隔离框用于隔离所述天线PCB板及信号处理板，所述天线板导冷板具有若干所述棱条的一面与所述隔离框的第一端面相抵，使得所述天线板导冷板的顶部具有若干第一通孔，所述天线板导冷板的底部具有若干第二通孔。

本发明进一步的技术方案在于，还包括信号板导冷板，所述信号板导冷板与所述隔离框的第二端面相抵。

本发明进一步的技术方案在于，所述信号板导冷板的一侧面设置有多个用于对所述信号处理板进行散热的导热凸起，所述信号板导冷板的另一侧面上设置有若干散热凸条。

本发明进一步的技术方案在于，所述信号板导冷板的一侧面设置有多个用于固定所述信号处理板的固定柱。

本发明进一步的技术方案在于，所述天线板导冷板的一侧面上设置有与所述天线板导冷板的一侧面形状相适配的封盖。

本发明提供一种温度场仿真方法，按如下步骤实施：

S00：建立权利要求1至4任一项所述的天线板导冷板的三维模型。

S10：依据所述天线板导冷板的三维模型建立有限元分析模型。

S20：依据所述有限元分析模型划分网格。

S30：设置所述天线板导冷板的热载荷、热传导路径及仿真度约束条件。

S40：利用求解器进行热耦合的稳态求解计算。

S50：所述求解器输出导冷板温度场。

本发明的有益效果为：

本发明提供的天线板导冷板，其一面设置有与天线PCB板贴合的导热槽，吸收天线PCB板产生的热量，另一面设置有具有一定热容能力的棱条，并在棱条之间设置散热通道，散热通道在天线PCB板的作用下受热不均，从而低压区通过散热通道吸入冷空气而对天线PCB板的发热集中区进行散热，这种结构利用受热不均的通道会形成自然对流的特性，从而使得导冷板在不需要主动降温设备，如：水冷或者风冷设备，的情况下，就能够具有极佳的散热效果。优选地，棱条的横截面为矩形，矩形甚至方形，能够形成更加棱角分明的散热通道，从而加速气流沿散热通道进行流动，从而提升散热效果。此外，本发明还提供的一种安装有天线板导冷板的毫米波雷达导冷结构，其天线板导冷板与隔离框的端面边框相抵，使得散热通道的两端形成进风口及出风口，进一步提升散热通道的吸风效果，很好利用了空气的自然对流对导冷板进行散热。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中提供的毫米波雷达的***图；

图2是本发明具体实施方式中提供的毫米波雷达的第一立体图；

图3是本发明具体实施方式中提供的毫米波雷达的第二立体图；

图4是本发明具体实施方式中提供的毫米波雷达的俯视图；

图5是本发明具体实施方式中提供的信号板导冷板的第一立体图；

图6是本发明具体实施方式中提供的信号板导冷板的第二立体图；

图7是本发明具体实施方式中提供的天线板导冷板的立体图；

图8是本发明具体实施方式中提供的天线板导冷板的正视图；

图9是本发明具体实施方式中提供的天线板导冷板的俯视图；

图10是本发明具体实施方式中提供的天线板导冷板的A局部示意图。

图中：

1、导冷板本体；11、导热槽；12、棱条；13、散热通道；14、插槽孔；111、第一类导热槽；112、第二类导热槽；2、隔离框；121、第一通孔；122、第二通孔；3、信号板导冷板；31、导热凸起；32、散热凸条；33、固定柱；4、天线PCB板；5、信号处理板；6、封盖。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1至10所示，本实施例中提供的天线板导冷板包括导冷板本体1，导冷板本体1的一侧面上设置有与天线PCB板形状相适配的导热槽11，导冷板本体1的整体尺寸与天线PCB板的尺寸类似，由于导冷板本体1贴设在天线PCB板上，故导热槽11的形状通常与天线PCB板的各个元器件类似，天线PCB板上设置有若干具有芯片的辐射单元及功分网络，功分网络与若干辐射单元电连接，并对若干辐射单元进行馈电激励，相应地导热槽11包括若干辐射单元的外形相适配的第一类导热槽111及与功分网络的外形相适配的第二类导热槽112，第一类导热槽111与第二类导热槽112连为一体，第一类导热槽111用于对若干具有芯片的辐射单元进行散热，其中，芯片是发热主体，第二类导热槽112用于对功分网络进行散热。导冷板本体1的另一侧面上设置有若干用于增加热容的棱条12，相邻的两根棱条12之间设置有散热通道13，天线PCB板上具有集中热源区，集中热源区是指具有芯片的辐射单元，一对或者多对相邻的两根棱条12的一部分均靠近集中热源区形成低压区，其另一部分均远离集中热源区形成高压区，高压区的冷空气沿着散热通道13吹向低压区，在两根棱条12之间形成具有一定深度的散热通道13，通过集中热源区提供热量使得散热通道13受热不均，就形成了高压区及低压区，之所以采用一对或者多对相邻的两根棱条12是由于只有成对才能形成散热通道13，单根棱条12无法形成散热通道13。散热通道13相比于现有技术中散热凸条32或者凸起更深，有时也会更宽，也一般不采用现有技术中的被动散热的鳍片形式，这种结构设置目的是为了有足够的风量通过散热通道13从而加快散热效果。由此可见，本实施例中提供的天线板导冷板其一面设置有与天线PCB板贴合的导热槽11，吸收天线PCB板产生的热量，另一面设置有具有一定热容能力的棱条12，并在棱条12之间设置散热通道13，散热通道13在天线PCB板的作用下受热不均，从而低压区通过散热通道13吸入冷空气而对天线PCB板的发热集中区进行散热，从而形成空气快速流动的散热通道13，主动与外界低温空气进行热交换。这种结构利用受热不均的散热通道13会形成自然对流的特性，从而使得导冷板在不需要主动降温设备，如：水冷或者风冷设备，的情况下，就能够具有极佳的散热效果。优选地，棱条12的横截面为矩形，能够形成更加棱角分明的散热通道，从而加速气流沿散热通道进行流动，从而提升散热效果。本实施例中提供的天线板导冷板紧凑贴设在天线PCB板上而使得毫米波雷达的体积更小，同时不需要提供额外的散热能源消耗进而取消主动降温设备，更加节能环保。

为了便于天线PCB板上的高密度插槽穿过导冷板本体1，进一步地，导冷板本体1的上部设有至少一个的供高密度插槽穿过的插槽孔14，优选地，导冷板本体1的上部设有两个的供高密度插槽穿过的插槽孔14，两个插槽孔14可以供两个供高密度插槽从相应的插槽孔14内穿过以方便连接插线头。

实施例二

本发明提供的一种毫米波雷达导冷结构包括上述的天线板导冷板及隔离框2，隔离框2用于隔离天线PCB板及信号处理板，天线板导冷板具有若干棱条12的一面与隔离框2的第一端面相抵，使得天线板导冷板的顶部具有若干第一通孔121，也即散热通道13的顶部具有若干第一通孔121，天线板导冷板的底部具有若干第二通孔122，也即散热通道13的底部具有若干第二通孔122。第一通孔121及第二通孔122中一个为进风口，另一个为出风口，通常靠近集中热源的口为出风口，远离集中热源的口为进风口，天线板导冷板与隔离框2的端面边框相抵，使得散热通道13的两端形成进风口及出风口，进一步提升散热通道的吸风效果，很好利用了空气的自然对流对导冷板本体1进行散热。

在进一步地实施例中，毫米波雷达导冷结构还包括信号板导冷板3，信号板导冷板3与隔离框2的第二端面相抵，信号板导冷板3用于对信号处理板进行散热，一般毫米波雷达导冷结构具有天线PCB板及信号处理板，通常天线PCB板由于设置有多个具有芯片的辐射单元，故其导热需求更加刚性。进一步优选地，信号板导冷板3的一侧面设置有多个用于对信号处理板进行散热的导热凸起31，导热凸起31与信号处理板上被导热元器件相接触，从而带走信号处理板主要发热元器件的热量，信号板导冷板3的另一侧面上设置有若干散热凸条32，若干散热凸条32能够增大信号板导冷板3的散热面积提高散热效率。为了便于固定信号处理板，进一步地，信号板导冷板3的一侧面设置有多个用于固定信号处理板的固定柱33，通过固定柱33能够对信号处理板进行限位及固定。

为了对天线PCB板进行保护，进一步的，天线板导冷板的一侧面上设置有与天线板导冷板的一侧面形状相适配的封盖6，封盖6外边缘与天线板导冷板的天线板导冷板的一侧面的外边框形状相适配，当天线PCB板放入至导热槽11上后，通过封盖6的中部能够对导热槽11的边缘处进行密封，由此可见，导热槽11既是用于天线PCB板的吸热槽，也是与封盖6进行配合形成用于容纳天线PCB板的容纳槽，进一步精简了毫米波雷达的体积。

实施例三

本发明提供的一种温度场仿真方法，用于上述的天线板导冷板，下文中以芯片工作时的热载荷为35W，毫米波雷达的环境温度40℃，目标稳定工作温度≤80℃进行温度场仿真计算，温度场仿真方法按如下步骤实施：

步骤S00：建立上述的天线板导冷板的三维模型。具体的，建立天线板导冷板的三维模型时，首先需要确定天线PCB板的热源位置分布图，尤其是集中热源区，并依据天线PCB板的热源位置分布图设计天线板导冷板。

步骤S10：依据天线板导冷板的三维模型建立有限元分析模型。通过ANSYS仿真软件针对天线板导冷板建立有限元分析模型，ANSYS仿真软件是一种强大的有限元分析工具，为后续求解器的求解奠定基础。

步骤S20：依据有限元分析模型划分网格。划分网格对有限元分析模型的精度和规模有重要的影响，也直接影响导冷板温度场的输出结果。

步骤S30：设置天线板导冷板的热载荷、热传导路径及仿真度约束条件。其中，热载荷对于被测试的天线PCB板而言，其中，设置热载荷为35W，仿真约束条件有自然工作环境，其环境温度为40℃。

步骤S40：利用求解器进行热耦合的稳态求解计算。具体的利用NXTHERMAL/FLOW求解器进行稳态求解计算，NXTHERMAL/FLOW求解器能够有效保证稳态求解的准确性。

步骤S50：求解器输出导冷板温度场。通过求解器输出的仿真结果可知，本实施例中的毫米波雷达的工作条件下最大温度为67.034℃，完全满足本实施例中的设计指标稳态后目标稳定工作温度≤80℃的目标。

本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种天线板导冷板，其特征在于，包括：

导冷板本体(1)，所述导冷板本体(1)的一侧面上设置有与天线PCB板形状相适配的导热槽(11)，所述导冷板本体(1)的另一侧面上设置有若干用于增加热容的棱条(12)，相邻的两根棱条(12)之间设置有散热通道(13)；

所述天线PCB板上具有集中热源区，一对或多对相邻的两根所述棱条(12)的一部分均靠近所述集中热源区形成低压区，其另一部分均远离所述集中热源区形成高压区，所述高压区的冷空气沿着所述散热通道(13)吹向所述低压区。

2.根据权利要求1所述的天线板导冷板，其特征在于：

所述棱条(12)的横截面为矩形。

3.根据权利要求2所述的天线板导冷板，其特征在于：

所述导冷板本体(1)的上部设有至少一个的供高密度插槽穿过的插槽孔(14)。

4.根据权利要求1或2或3所述的天线板导冷板，其特征在于：

所述导热槽(11)包括若干辐射单元的外形相适配的第一类导热槽(111)及与所述功分网络的外形相适配的第二类导热槽(112)，所述第一类导热槽(111)与所述第二类导热槽(112)连为一体。

5.一种毫米波雷达导冷结构，其特征在于，包括：

权利要求1至4任一项所述的天线板导冷板；

隔离框(2)，用于隔离所述天线PCB板及信号处理板；

所述天线板导冷板具有若干所述棱条(12)的一面与所述隔离框(2)的第一端面相抵，使得所述天线板导冷板的顶部具有若干第一通孔(121)，所述天线板导冷板的底部具有若干第二通孔(122)。

6.根据权利要求5所述的毫米波雷达导冷结构，其特征在于：

还包括信号板导冷板(3)；

所述信号板导冷板(3)与所述隔离框(2)的第二端面相抵。

7.根据权利要求6所述的毫米波雷达导冷结构，其特征在于：

所述信号板导冷板(3)的一侧面设置有多个用于对所述信号处理板进行散热的导热凸起(31)，所述信号板导冷板(3)的另一侧面上设置有若干散热凸条(32)。

8.根据权利要求6或7所述的毫米波雷达导冷结构，其特征在于：

所述信号板导冷板(3)的一侧面设置有多个用于固定所述信号处理板的固定柱(33)。

9.根据权利要求5所述的毫米波雷达导冷结构，其特征在于：

所述天线板导冷板的一侧面上设置有与所述天线板导冷板的一侧面形状相适配的封盖(6)。

10.一种温度场仿真方法，其特征在于，按如下步骤实施：

S00：建立权利要求1至4任一项所述的天线板导冷板的三维模型；

S10：依据所述天线板导冷板的三维模型建立有限元分析模型；

S20：依据所述有限元分析模型划分网格；

S30：设置所述天线板导冷板的热载荷、热传导路径及仿真度约束条件；

S40：利用求解器进行热耦合的稳态求解计算；

S50：所述求解器输出导冷板温度场。

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