ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ МОДУЛЬ Российский патент 1996 года по МПК H05K5/00 H05K7/20 H05K7/02 

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для систем связи преимущественно миллиметрового диапазона длин волн.

Предпосылками к созданию изобретения явились проблемы технологичности конструкции и ее эксплуатационной надежности.

Известны простые и широко применяемые конструкции блоков, эксплуатационная надежность которых повышается путем улучшения их температурных режимов. К таким можно отнести радиоэлектронный модуль [1] содержащий оребренный корпус, на противоположных стенках которого выполнены направляющие, имеющие каждая герметичную камеру, заполненную жидкостью. В модуле осуществляется эффективный сброс тепла. Однако подобная конструкция не может обеспечить термостатирование.

Известен радиоэлектронный модуль [2] В модуле осуществляется эффективное охлаждение "сбросом" тепла, выделяющегося в печатных платах на теплоотвод, и далее через прижатые контактные поверхности теплопроводящей шины на ребристый корпус. Плотный контакт обеспечивается упругими элементами-пружинами. Недостатком данного модуля является отсутствие термостабилизации, что ухудшает его эксплуатационную надежность.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототип высокочастотный интегральный модуль [3] Данное устройство содержит корпус, радиатор, тепловую трубу, компоненты в виде прямоугольных параллелепипедов: полупроводниковые, металлические, диэлектрические и гиромагнитные СВЧ-элементы. Пенистый диэлектрик заполняет зоны несочленения между стенками корпуса и компонентами. Для внешней коммутации модуля служат высокочастотные коаксиальные и волноводные соединители, а также низкочастотные металлостеклянные соединители. Теплоотвод от основания-радиатора выполняется в общей системе принудительной вентиляции изделия при соответствующей ориентации ребер радиатора.

Данная конструкция высокочастотного модуля отличается повышенной плотностью компоновки и технологичностью конструкции, корпус герметизируется пайкой или микросваркой, что повышает эксплуатационную надежность.

Однако данный модуль не содержит элементов, позволяющих осуществлять термостатирование без, например, принудительной регулируемой вентиляции, а пенистый диэлектрик и сваренный корпус затрудняют доступ к СВЧ-элементам для настройки блока, что в совокупности снижает эксплуатационную надежность и технологичность конструкции модуля.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности и технологичности конструкции высокочастотного модуля.

Цель достигается тем, что в высокочастотном модуле, содержащем корпус, ребристый радиатор, тепловую трубу, СВЧ-элементы, заполненные пенистым диэлектриком зоны несочленения между стенками корпуса и элементами, коаксиальные и волноводные тракты для внешней коммутации, корпус состоит из переднего и заднего радиаторов, соединенных жестко колонками, и надвигаемой на задний радиатор обечайки с кольцом, прижатым к заднему радиатору с малым контактным термосопротивлением, при этом радиаторы и обечайка образуют посредством уплотнительных колец замкнутый герметичный объем и все поверхности конструкции модуля передают тепло в окружающее пространство. Ребристый радиатор включает в себя рефлектор антенны, а расположенные под рефлектором ребра выполнены концентрическими, уменьшающимися по высоте к центру с радиальными прорезями. На теплопроводящей плате, соединенной с радиатором терморегулируемой тепловой трубой при помощи обжимающих трубу упругодеформирующихся элементов, расположены СВЧ-элементы. Волноводные тракты соединены с волноводным фланцем на корпусе модуля тонкостенной вставкой с высоким термическим сопротивлением. Пенистый диэлектрик заполняет зоны несочленения между стенками корпуса и элементами окончательно вспененными гранулами.

Новыми, существенными признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа, являются выполнение корпуса разборным из герметично соединенных переднего и заднего радиаторов и надвигаемой на задний радиатор обечайки с кольцом с малым термическим сопротивлением частей и передача тепла в окружающее пространство всеми поверхностями конструкции модуля; радиатор включает в себя рефлектор антенны; выполнение ребер радиатора, расположенных под рефлектором, концентрическими, уменьшающимися по высоте к центру с радиальными прорезями; введение теплопроводящей платы с расположенными на ней СВЧ-элементами, соединенной с радиатором терморегулируемой тепловой трубой при помощи обжимающих трубу упругодеформирующихся элементов; соединение волноводных трактов с волноводным фланцем на корпусе модуля тонкостенной вставкой с высоким термическим сопротивлением; пенистый диэлектрик, заполняющий зоны несочленения между стенками корпуса и элементами, представляет собой окончательно вспененные гранулы.

Анализ известных в данной области техники технических решений показывает, что все признаки вместе образуют совокупность, приводящую к достижению цели изобретения, т.е. обеспечивают повышение эксплуатационной надежности и технологичности конструкции высокочастотного модуля. Следовательно, заявляемое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На чертеже схематически изображен предлагаемый модуль.

Модуль содержит металлический герметичный корпус, состоящий из переднего 1 и заднего 2 радиаторов, соединенных жестко между собой колонками 3, и обечайки с кольцом 4, которая надвигается на задний радиатор и образует с помощью уплотнительных колец герметичный объем. Кольцо обечайки прижато к заднему радиатоpу по плоскости с малым термическим сопротивлением. Внутри корпуса расположены на общем теплопроводящем основании 5 электронные блоки 6, требующие термостабилизации. Теплопроводящее основание подвешивается на терморегулируемых тепловых трубах 7 посредством кронштейнов 8 к радиаторам, для чего основание и кронштейны снабжены упругими охватывающими трубу зажимами с малым термическим сопротивлением. Связь волноводных блоков на термостабилизированном основании с разъемом, установленным на радиаторе, выполнена с помощью тонкостенной неметаллической вставки 9 с высоким термическим сопротивлением. Электронные блоки 10, не требующие термостабилизации, установлены в непосредственной близости от обечайки на отдельном основании 11, укрепленном на радиаторах. Свободное пространство внутри корпуса модуля заполнено гранулами 12 окончательно вспененного диэлектрика. К радиатору пристыкован с малым термическим сопротивлением рефлектор 13 зеркальной антенны, выполненный из теплопроводящего материала.

Устройство функционирует следующим образом. При работе электронных блоков 6 выделяющееся в них тепло переходит в теплопроводящее основание 5 и далее по терморегулируемым тепловым трубам 7 через кронштейны 8 к радиаторам 1 и 2. Последние сбрасывают тепло в окружающую среду.

Эффективность радиаторов увеличивается подстыкованными к ним с малым термическим сопротивлением обечайкой с кольцом и рефлектором зеркальной антенны. Соединение радиаторов жесткими колонками позволяет проводить монтаж блоков внутри модуля при снятой обечайке, что обеспечивает удобный доступ ко всем внутренним элементам модуля, т.е. повышает технологичность конструкции при сборке.

Выполнение ребер радиатора, расположенных под рефлектором, концентрическими и уменьшающимися по высоте к центру с радиальными прорезями, позволяет при максимальной площади ребер получить их минимальную засветку от солнечных лучей.

Термическое сопротивление терморегулируемой тепловой трубы зависит от температуры радиатора (с уменьшением последней оно растет), что позволяет осуществить пассивное термостатирование основания 5 модуля в некотором диапазоне температур. Электронные блоки 10, не требующие термостатирования, сбрасывают выделяющееся в них тепло непосредственно через основание 11 на радиаторы и далее в среду, а также через воздух на обечайку и далее в среду.

Крепление терморегулируемых тепловых труб посредством упругих, охватывающих трубу зажимов позволяет снизить термоупругие механические напряжения, возникающие в конструкции при высокой разности температур между корпусом модуля и основанием 5, что также увеличивает эксплуатационную надежность и делает легкой установку и снятие трубы при сборке разборке модуля.

Соединение внутренних волноводных трактов с волноводным фланцем на корпусе модуля тонкостенной вставкой с высоким термическим сопротивлением, а также теплоизоляция из гранул 12, заполняющая все свободное пространство внутри модуля, позволяют стабилизировать тепловую мощность, прокачиваемую через тепловые трубы при изменении в широком диапазоне температуры внешней среды, что приводит к улучшению термостабилизации основания 5. Осуществление пассивной термостабилизации модуля увеличивает его эксплуатационную надежность.

Выполнение теплоизоляции модуля заполнением свободных объемов внутри модуля вспененными гранулами делает легкой ее размещение в модуле при его сборке, а также удаление при разборе, т.е. улучшает технологичность конструкции.

Использование: в радиотехнике для систем связи преимущественно миллиметрового диапазона длин волн. Сущность изобретения: высокочастотный модуль содержит корпус, ребристые радиаторы, тепловую трубу, СВЧ-элементы, заполненные пенистым диэлектриком зоны несочленения между стенками и элементами, коаксиальные и волноводные тракты для внешней коммутации. Корпус состоит из переднего и заднего радиаторов, соединенных жестко колонками, и надвигаемой на задний радиатор обечайки с кольцом, прижатым к заднему радиатору с малым контактным термосопротивлением, при этом радиаторы и обечайка образуют посредством уплотнительных колец замкнутый герметический объем и все поверхности конструкции модуля передают тепло в окружающее пространство. Ребристый радиатор включает в себя рефлектор антенны, а расположенные под рефлектором ребра выполнены концентрическими, уменьшающимися по высоте к центру с радиальными прорезями. На теплопроводящем основании, соединенном с радиатором терморегулируемой тепловой трубой при помощи обжимающих трубу упругодеформирующихся элементов, расположены СВЧ-элементы. Волноводные тракты соединены с воловодным фланцем на корпусе модуля тонкостенной вставкой с высоким термическим сопротивлением. Пенистый диэлектрик заполняет зоны несочленения между стенками корпуса и элементами - окончательно вспененными гранулами 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ МОДУЛЬ, содержащий герметичный корпус с ребристым радиатором с внешней стороны его, размещенные в корпусе тепловую трубу и высокочастотные элементы, свободное пространство между которыми и стенками корпуса заполнено пенистым диэлектриком, и коаксиальные и волноводные тракты для внешней коммуникации, отличающийся тем, что ребристый радиатор корпуса выполнен из двух частей, а корпус выполнен в виде двух указанных выше частей радиатора, жестко соединенных между собой, и обечайки с кольцом с одной стороны из материала с малым термическим сопротивлением, которая герметично соединена с частями радиатора, а волноводные тракты для внешней коммутации снабжены тонкостенной вставкой из материала с высоким термическим сопротивлением и соединены с ней. 2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что корпус снабжен рефлектором, установленным на части радиатора с его внешней стороны, противоположной размещению тонкостенной вставки, над его ребрами, которые выполнены концентрическими и уменьшающимися по высоте в направлении к его центральной части, в которой выполнены радиальные прорези. 3. Модуль по п.1, отличающийся тем, что он снабжен теплопроводящим основанием в виде платы, кронштейнами из теплопроводного материала с замками, соединенными с тепловой трубой, причем высокочастотные элементы и тепловая труба установлены на теплопроводящем основании с возможностью теплового контакта с ней, а кронштейны соединены с частями радиатора с возможностью теплового контакта с ними. 4. Модуль по п.1, отличающийся тем, что в качестве пенистого диэлектрика использован гранулированный материал.