УСИЛИТЕЛЬ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОЙ МОЩНОСТИ Российский патент 2025 года по МПК H05K7/20 H03F1/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к усилителям сверхвысокочастотной (СВЧ) мощности с воздушным охлаждением тепловыделяющих радиоэлектронных модулей, и может быть использовано на подвижных объектах в составе радиотехнических систем.

Уровень техники

Известен усилитель сверхвысокочастотной мощности с воздушным охлаждением, содержащий теплопроводное пластинчатое основание, на котором в гермообъеме крепятся модулятор и источник питания, а усилительный элемент находится в кожухе, который крепится к основанию с противоположной стороны (патент РФ на изобретение №2188475, H01J 23/33, опубл. 27.08.2002 г.).

Недостатками этого устройства являются: относительно невысокая интенсивность охлаждения из-за отсутствия на выходе кожуха вытяжных вентиляторов, крупные габаритные размеры корпуса, толстые стенки кожуха, которые увеличивают массу усилителя.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является усилитель мощности с радиатором, преобразователем электропитания, усилительным модулем, принудительной вентиляторной системой охлаждения (патент РФ на полезную модель №197263, Н03В 1/00, опубл. 12.09.2019 г.).

Недостатком указанного технического решения является то, что усилитель имеет большие габаритные размеры, тяжелый корпус и недостаточно эффективную систему охлаждения.

Раскрытие сущности изобретения

Технической задачей изобретения является обеспечение эффективности охлаждения при уменьшении массогабаритных характеристик.

Техническая задача решена в предлагаемом изобретении тем, что усилитель сверхвысокочастотной мощности содержит, по меньшей мере, один теплонагруженный элемент в виде усилительного модуля, преобразователь электропитания с многоуровневой защитой от перенапряжения и от перегрузки по температуре, систему управления, вентиляторную систему охлаждения, а конструкция усилителя выполнена в функционально-конструкционном единстве. При этом вентиляторная система охлаждения образована, по меньшей мере, из двух двухсекционных радиаторов в форме коробов со стенками, дном, теплопроводящими основаниями под теплонагруженные элементы, приточными и вытяжными полостями, между которыми размещены направляющие для поворота потока воздуха, блока воздуховодов, собранного из двух малых втягивающих воздуховодов, расположенных на входах приточных полостей, и большого трапецеидального воздуховода, установленного на выходах вытяжных полостей и снабженного вентиляторами для удаления потока воздуха. Все воздуховоды закреплены на одной лицевой стороне усилителя, а составляющие вентиляторной системы охлаждения и двухсекционные радиаторы образуют корпус усилителя.

В стенках радиатора могут быть выполнены конструктивные наплывы для увеличения теплоотдачи.

Двухсекционные радиаторы могут быть скреплены несущими крепежными элементами, преимущественно кронштейнами.

Двухсекционные радиаторы могут быть выполнены двухуровневыми, собранными из двух двухсекционных радиаторов.

По бокам корпуса усилителя могут быть размещены делитель и сумматор.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения и возможность его практической реализации поясняется фигурами, где представлено:

на фиг. 1 - общий вид усилителя сверхвысокочастотной мощности;

на фиг. 2 - двухсекционный радиатор, сечение А-А фиг. 1;

на фиг. 3 - выносной элемент Б фиг. 2 с изображенными ребрами охлаждения с радиусными переходами;

на фиг. 4 - результат моделирования компьютерной САПР воздушных потоков при прохождении через направляющие, в которых радиусы выполнены в пределах коэффициента соотношения радиусных переходов от 0,4 до 0,6;

на фиг. 5 - результат моделирования компьютерной САПР воздушных потоков при прохождении через направляющие, в которых радиусы выполнены в пределах коэффициента соотношения радиусных переходов более 0,6;

на фиг. 6 - выносной элемент А фиг. 5.

На фигурах позициями обозначены:

1 - усилительный модуль;

2 - преобразователь электропитания;

3 - система управления;

4 - двухсекционный радиатор;

5 - стенки радиатора;

6 - дно радиатора;

7 - приточные полости;

8 - вытяжные полости;

9 - ребра охлаждения;

10 - направляющие;

11 - малые втягивающие воздуховоды;

12 - большой трапецеидальный воздуховод;

13 - вентиляторы;

14 - стрелками обозначено направление воздушного потока.

Осуществление изобретения

Заявляемый усилитель сверхвысокочастотной мощности, представленный в качестве примера, содержит два усилительных модуля 1, преобразователь электропитания 2 с многоуровневой защитой от перенапряжения и от перегрузки по температуре, систему управления 3, вентиляторную систему охлаждения, которая состоит из блока воздуховодов и двух двухсекционных радиаторов 4, образующих корпус усилителя. При этом двухсекционные радиаторы 4 скреплены несущими крепежными элементами, преимущественно кронштейнами, и при этом двухсекционные радиаторы 4 могут быть выполнены двухуровневыми, собранными из двух двухсекционных радиаторов. В конкретном примере, первый радиатор - одноуровневый, второй - двухуровневый. Двухсекционные радиаторы 4 выполнены в форме коробов со стенками 5, дном 6, приточными полостями 7, вытяжными полостями 8 и направляющими 10 для поглощения тепловой энергии от теплонагруженных элементов в виде усилительных модулей 1, преобразователя электропитания 2 соответственно, и передачи ее ребрам охлаждения 9. Стенки 5, дно 6 образуют каркас двухсекционного радиатора, который представляет собой секции, где размещены приточные полости 7, вытяжные полости 8 с ребрами охлаждения 9. При этом в стенках 5 могут быть выполнены конструктивные наплывы для увеличения теплоотдачи. Входы приточных полостей 7 и выходы вытяжных полостей 8 размещены на одной лицевой стороне радиатора 4. Направляющие 10 с переходами служат для поворота потока воздуха между приточными полостями 7 и вытяжными полостями 8. Переходы направляющих 10 выполнены с двумя радиусами в соотношении коэффициента радиусных переходов К от 0,4 до 0,6.

R₁<R_2,

где R₁ - радиус, прилегающий к приточной полости 7; R₂ - радиус, прилегающий к вытяжной полости 8.

В двухсекционных радиаторах 4 с обратной стороны дно 6 оснащено фрезерованной площадкой с высокой частотой шероховатости с посадочными местами под установку теплонагруженных элементов. Блок воздуховодов выполнен из двух малых втягивающих воздуховодов 11, расположенных на входах приточных полостей 7, и большого трапецеидального воздуховода 12, установленного на выходах вытяжных полостей 8 и снабженного вентиляторами 13. Большой трапецеидальный воздуховод 12 разделен на четыре выхода, причем в каждом выходе расположен вентилятор 13 для обеспечения удаления воздуха из вытяжных полостей 8. При этом в местах соединений воздуховодов 11, 12 и полостей 7, 8 двухсекционных радиаторов 4 вставлены уплотняющие резиновые шнуры, что обеспечивает герметичность конструкции. В совокупности, предложенная конструкция повышает эффективность охлаждения, уменьшает массогабаритные характеристики корпуса усилителя за счет обеспечения поворота потока воздуха. При этом по бокам корпуса могут быть размещены сумматор и делитель. Стрелками 14 показано направление воздушного потока.

Усилитель сверхвысокочастотной мощности с учетом вышеприведенного описания работает следующим образом:

СВЧ-энергия, попадая через входной ВЧ-разъем системы управления 3, проходит через усилительные модули 1, предназначенные для работы с непрерывными или импульсными сигналами миллиметровых волн. Источником питания усилительных модулей является преобразователь электропитания 2 с многоуровневой защитой от перенапряжения и от перегрузки по температуре. С теплонагруженных элементов усилительного модуля 1 преобразованный сигнал поступает на выходной ВЧ-разъем системы управления 3. Тепловую нагрузку теплонагруженных элементов принимают двухсекционные радиаторы 4. Воздушный поток входит в приточные полости 7 двухсекционных радиаторов 4 с закрепленными малыми втягивающими воздуховодами 11, где направляющими 10 с переходами поворачивают поток в направлении к вытяжным полостям 8 с размещенными под площадками для крепления усилительных модулей 1 и источника питания 2 ребрами охлаждения 9. При этом переходы направляющих 10 поворачивают поток воздуха без большой потери скорости и турбулентных завихрений при соотношении радиусов от 0,4 до 0,6, что проиллюстрировано на фиг. 5. Конструкция двухсекционного радиатора с разворотом потока воздуха позволяет уменьшить массогабаритные характеристики. На фиг. 5 изображены результаты моделирования прохождения потока воздуха в виде стрелок 14 через направляющие 10 с переходами при значениях коэффициента от 0,4 до 0,6. При коэффициенте более 0,6 возникают турбулентные завихрения, снижающие скорость прохождения потока воздуха. На выносном элементе А (фиг. 6) показаны окружности турбулентных завихрений, образованные прохождением потока воздуха через направляющие 10 с переходами. Процесс моделирования воздушных потоков через направляющие 10 осуществлялся в компьютерной САПР. При коэффициенте менее 0,4 снижается скорость прохождения из-за удара воздушного потока о направляющие 10. Для повышенного отвода тепла от усилительных модулей 1 и преобразователя электропитания 2, на двухсекционные радиаторы 4 происходит автоматическое включение вентиляторов 13, которые закреплены на большом трапецеидальном воздуховоде 12 и удаляют нагретый поток воздуха из вытяжных полостей 8 с ребрами охлаждения 9.

Таким образом, представленная конструкция усилителя позволяет обеспечить эффективное охлаждение теплонагруженных элементов при уменьшении массогабаритных характеристик усилителя за счет обеспечения поворота потока воздуха. На предприятии-заявителе разработана конструкция заявляемого технического решения, по которой изготовлены образцы изделий, успешно прошедшие испытания, что подтверждает соответствие критерию «промышленная применимость» для изобретения.

Изобретение относится к усилителям сверхвысокочастотной (СВЧ) мощности с воздушным охлаждением тепловыделяющих радиоэлектронных модулей. Технический результат изобретения - обеспечение эффективности охлаждения при уменьшении массогабаритных характеристик. Для этого усилитель сверхвысокочастотной мощности содержит, по меньшей мере, один теплонагруженный элемент в виде усилительного модуля, преобразователь электропитания с многоуровневой защитой от перенапряжения и от перегрузки по температуре, систему управления, вентиляторную систему охлаждения, при этом вентиляторная система охлаждения образована, по меньшей мере, из двух двухсекционных скрепленных крепежными элементами герметичных радиаторов в форме коробов со стенками, дном, теплопроводящими основаниями под теплонагруженные элементы, приточными и вытяжными полостями, между которыми размещены направляющие для поворота потока воздуха, блока воздуховодов, собранного из двух малых втягивающих воздуховодов, расположенных на входах приточных полостей, и большого трапецеидального воздуховода, установленного на выходах вытяжных полостей и снабженного вентиляторами для удаления воздуха. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Усилитель сверхвысокочастотной мощности, содержащий, по меньшей мере, один теплонагруженный элемент в виде усилительного модуля, преобразователь электропитания с многоуровневой защитой от перенапряжения и от перегрузки по температуре, систему управления, вентиляторную систему охлаждения, при этом конструкция усилителя выполнена в функционально-конструкционном единстве, отличающийся тем, что вентиляторная система охлаждения образована, по меньшей мере, из двух двухсекционных скрепленных крепежными элементами герметичных радиаторов в форме коробов со стенками, дном, теплопроводящими основаниями под теплонагруженные элементы, приточными и вытяжными полостями, между которыми размещены направляющие для поворота потока воздуха, блока воздуховодов, собранного из двух малых втягивающих воздуховодов, расположенных на входах приточных полостей, и большого трапецеидального воздуховода, установленного на выходах вытяжных полостей и снабженного вентиляторами для удаления воздуха, при этом все воздуховоды закреплены на одной лицевой стороне усилителя, а составляющие вентиляторной системы охлаждения и двухсекционные радиаторы образуют корпус усилителя.

2. Усилитель сверхвысокочастотной мощности по п. 1, отличающийся тем, что в стенках радиатора выполнены конструктивные наплывы для увеличения теплоотдачи.

3. Усилитель сверхвысокочастотной мощности по п. 1, отличающийся тем, что двухсекционные радиаторы скреплены несущими крепежными элементами - кронштейнами.

4. Усилитель сверхвысокочастотной мощности по п. 1, отличающийся тем, что двухсекционные радиаторы выполнены двухуровневыми, собранными из двух двухсекционных радиаторов.

5. Усилитель сверхвысокочастотной мощности по п. 1, отличающийся тем, что содержит закрепленные по бокам корпуса делитель и сумматор.