[发明专利]一种相控阵天线与卫星舱板的一体化结构

说明书

一种相控阵天线与卫星舱板的一体化结构，包括卫星热管(1)、卫星平衡热管(2)、卫星舱板(3)、天线结构(4)、TR组件(5)；天线结构(4)、TR组件(5)组成天线；天线结构(4)安装在卫星舱板(3)上，天线TR组件(5)穿过并接触部分卫星热管(1)；卫星热管(1)、卫星平衡热管(2)组成卫星热管网络，以预埋形式安置于卫星舱板(3)内。本发明利用卫星自身结构的刚度与强度，替代了相控阵天线集热面以及与卫星结构的安装面，利用卫星舱板内置的热管网络，替代了相控阵天线集热面、引出热管、平衡热管以及外贴热管。

技术领域

本发明涉及一种相控阵天线结构。

背景技术

随着通信需求与通信技术的发展，有源相控阵天线在卫星上的应用越来越多，轨道多样、频率多样。从运载能力与卫星发射成本考虑，卫星整体重量与体积越小，发射成本就越低；从系统性设计来看，在单机研制较为成熟的前提下，系统一体化优化设计执行得越彻底、仪器设备集成度越高，整星系统运行效率相对就越高。

对于有源相控阵天线而言，高集成、高功率、高效率的设计，使得天线的核心模块TR(Transmitter/Receiver)组件的功率越来越大、相应的热耗与热流密度越来越大、其散热成本也就越来越高。为达到及时散热、维持天线正常工作温度范围的目的，卫星的热控系统需要增加热控成本，进行复杂设计；从卫星系统层面来看，需要耗费更多的布局面积及重量资源。

一般而言，卫星是多专业综合运行的复杂系统。在研制卫星时，通常采用系统-分系统的框架，不同专业设计不同分系统，再经系统级总体设计，相互协调，达到系统最优的结果。

天线分系统中的有源相控阵天线，其中包含了发热的TR组件(热源)、引出所有TR组件(几十至数百)热量的引出热管、汇集引出热管引出的所有热量的集热板和平衡热管、以及连接天线与卫星热管网络的外贴热管；卫星结构板属于结构分系统；结构板内整星热管网络属于热控分系统。

当相控阵天线功率越高，天线性能就越强，随之而来的天线热耗就越高；同性能情况下，天线集成度越高，热流密度就越大、散热难度就越大。天线在单机或分系统层面由于高度集成而节约的重量资源，通常需要依靠系统级别调用更多的结构分系统、热控分系统资源配合，为其及时散热，不会使系统过热，达到天线稳定工作的温度区间。上述过程的实现，需要系统付出重量与体积的代价，这直接决定了卫星的成本。传统的相控阵天线热控设计是从分系统/单机设计最优的角度出发，天线热控设计独立于卫星的热控分系统，只留外贴热管作为热接口，即通过引出热管收集馈电单元阵内热量，将所有引出热管共同汇聚于集热板，再在集热板的另一面粘贴平衡热管，平衡热管再通过外贴热管与卫星舱板内置的正交热管网络交汇，最终通过与卫星热管网络接触达到散热目的，如图1所示。

这种设计的好处是天线与卫星总体设计相对独立，接口清晰，二者可并行进行组装工作。缺点则是在接口部分，相控阵天线独立热控设计从阵内发热单元到卫星热辐射器间共设置五层热管、四次热传递，热阻较大，传热效率较低，同时热控重量较重。当卫星资源充足时，这是明确责任界面、节约总装时间的首选方案，但当卫星资源紧张，特别是重量与安装空间资源受卫星功能、寿命、轨道，以及运载约束紧张时，天线与卫星接口处的独立设计状态，就需要从系统的角度进行优化设计了。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：从卫星系统设计最优的角度出发，提供一种卫星相控阵天线与卫星舱板的一体化结构，达到减小相控阵天线到整星热管网络的热阻、提高传热效率，减少布局空间，降低卫星发射重量的目的。本发明利用卫星自身结构的刚度与强度，替代了相控阵天线集热面以及与卫星结构的安装面，利用卫星舱板内置的热管网络，替代了相控阵天线集热面、引出热管、平衡热管以及外贴热管。

本发明所采用的技术方案是：一种相控阵天线与卫星舱板的一体化结构，包括卫星热管、卫星平衡热管、卫星舱板、天线结构、TR组件；天线结构、TR组件组成天线；天线结构安装在卫星舱板上，天线TR组件穿过并接触部分卫星热管；卫星热管、卫星平衡热管组成卫星热管网络，以预埋形式安置于卫星舱板内。