本發(fā)明涉及空間電子器件散熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種星載速調(diào)管散熱裝置。

背景技術(shù)：

熱特性是大功率速調(diào)管一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，影響著器件的穩(wěn)定性和可靠性。大功率速調(diào)管的電子注功率高達(dá)數(shù)十千瓦至數(shù)兆瓦，由于高能電子對(duì)收集極和漂移管的轟擊而產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致收集極局部溫度可以達(dá)到幾百攝氏度。如果器件內(nèi)部溫度過高，整個(gè)速調(diào)管可靠性與穩(wěn)定性將受到嚴(yán)重影響，甚至損壞，需要采取各種有效措施來降低器件溫度。

目前，針對(duì)速調(diào)管，當(dāng)其平均功率較小時(shí)，一般采用強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱，需要設(shè)計(jì)帶有散熱翼片的收集極。若平均功率較大，一般采用水冷散熱。冷卻液的選擇主要取決于速調(diào)管使用的環(huán)境，如速調(diào)管在室溫工作，可采用蒸餾水或去離子水，在低溫環(huán)境下應(yīng)采用防凍液，可采用乙二醇水溶液。通過調(diào)節(jié)入口水壓、水溫、冷卻液組成以及優(yōu)化收集極冷卻液通道等參數(shù)，水冷散熱方式可以滿足絕大多數(shù)大功率速調(diào)管的散熱要求。

綜上，現(xiàn)有的星載速調(diào)管尚未出現(xiàn)采用傳導(dǎo)散熱式，主要為水冷、風(fēng)冷散熱方式，然而，其存在以下缺陷：

(1)傳統(tǒng)水冷、風(fēng)冷速調(diào)管，采用冷卻液、冷卻通道及冷卻液供給系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度高，穩(wěn)定性不足，散熱效率低。

(2)在太空，液體直接揮發(fā)為氣態(tài)，散向太空，地面所用的水冷和強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱方式都無法工作。

(3)若要使用地面散熱方式，就要在太空實(shí)現(xiàn)地面的氣壓環(huán)境，設(shè)備復(fù)雜、昂貴。

隨著國(guó)際航天電子對(duì)抗和衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，對(duì)速調(diào)管空間應(yīng)用的需求已日益迫切，同時(shí)也急需調(diào)整設(shè)計(jì)思路和方法，設(shè)計(jì)出適合太空低氣壓環(huán)境的散熱裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種星載速調(diào)管散熱裝置，散熱效率高，體積小，成本低，質(zhì)量輕和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；改變熱管數(shù)量和粗細(xì)或改變散熱器結(jié)構(gòu)可以靈活調(diào)節(jié)散熱能力。該裝置適用于星載大功率速調(diào)管散熱，不會(huì)給磁場(chǎng)帶來影響。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種星載速調(diào)管散熱裝置，包括：漂移段散熱器，設(shè)置于速調(diào)管的下部，與所述速調(diào)管的漂移段下部接觸，用于傳導(dǎo)所述速調(diào)管漂移段產(chǎn)生的熱量；收集極散熱器，設(shè)置于速調(diào)管端部，與所述速調(diào)管的收集極接觸，用于傳導(dǎo)所述速調(diào)管收集極產(chǎn)生的熱量；冷卻板，同時(shí)與所述漂移段散熱器及收集極散熱器底部接觸；用于傳導(dǎo)所述漂移段散熱器及收集極散熱器的熱量。

優(yōu)選的，本發(fā)明星載速調(diào)管散熱裝置中，還包括：熱管，設(shè)置在所述收集極散熱器和/或漂移段散熱器上。

優(yōu)選的，本發(fā)明星載速調(diào)管散熱裝置中，在所述收集極散熱器和/或漂移段散熱器表面設(shè)置有凹槽，所述熱管設(shè)于所述凹槽內(nèi)，熱管的一端與收集極和/或漂移段直接接觸，另一端與冷卻板直接接觸。

優(yōu)選的，本發(fā)明星載速調(diào)管散熱裝置中，所述收集極散熱器包括：底座，其上部形成一圓弧狀凹腔結(jié)構(gòu)；及蓋板，其下部形成一圓弧狀凹腔結(jié)構(gòu)；二者相對(duì)設(shè)置形成一圓柱形空腔，用于容納所述速調(diào)管的收集極。

優(yōu)選的，本發(fā)明星載速調(diào)管散熱裝置中，所述收集極散熱器的底座表面設(shè)有多個(gè)凹槽，在所述多個(gè)凹槽內(nèi)設(shè)有熱管，所述熱管表面與所述底座表面齊平；其中，所述熱管的尺寸與所述收集極的外徑相匹配以完全接觸。

優(yōu)選的，本發(fā)明星載速調(diào)管散熱裝置中，所述收集極散熱器的底座和蓋板之間采用可調(diào)節(jié)部件連接，通過該可調(diào)節(jié)部件改善表面接觸狀態(tài)。

優(yōu)選的，本發(fā)明星載速調(diào)管散熱裝置中，所述收集極散熱器及漂移段散熱器的材質(zhì)為紫銅或硬鋁。

優(yōu)選的，本發(fā)明星載速調(diào)管散熱裝置中，所述收集極散熱器底座的凹槽周期長(zhǎng)度為10～15mm，熱管寬度為5～10mm。

優(yōu)選的，本發(fā)明星載速調(diào)管散熱裝置中，所述熱管與凹槽之間，所述收集極與熱管、蓋板及底座之間均設(shè)有導(dǎo)熱膠。

優(yōu)選的，本發(fā)明星載速調(diào)管散熱裝置中，所述漂移段散熱器上部形成凹腔結(jié)構(gòu)；該凹腔結(jié)構(gòu)的形狀及尺寸與所述速調(diào)管的漂移段形狀及尺寸一致以完全接觸。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明星載速調(diào)管散熱裝置至少具有以下有益效果其中之一：

(1)現(xiàn)有的星載速調(diào)管散熱裝置主要采用水冷、風(fēng)冷散熱方式，本發(fā)明星載速調(diào)管散熱裝置采用傳導(dǎo)散熱方式，擺脫了水冷和風(fēng)冷等傳統(tǒng)散熱方式的限制。

(2)星載速調(diào)管散熱裝置包括收集極散熱器、漂移段散熱器及冷卻板，分別采用收集極和漂移段相適應(yīng)的散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳導(dǎo)散熱，通過衛(wèi)星艙內(nèi)恒溫冷板交由溫控系統(tǒng)處理，取消了傳統(tǒng)水冷速調(diào)管漂移段和收集極內(nèi)部冷卻液的水路通道以及管外的冷卻液供給系統(tǒng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，加工難度降低，速調(diào)管穩(wěn)定性更好。

(3)通過熱管和金屬傳導(dǎo)散熱器的結(jié)合，進(jìn)一步提升了散熱能力，大幅度提高了熱傳導(dǎo)效率，有效降低了管內(nèi)溫度；在不增加漂移段散熱器的接觸面積的情況下，漂移段溫度仍可容易的降到銅蒸散溫度以下，明顯降低了漂移段熱設(shè)計(jì)的難度。

(4)通過對(duì)熱管形狀，結(jié)構(gòu)及尺寸的合理設(shè)置，使得該散熱裝置的體積、重量明顯減小，迎合了衛(wèi)星有效載荷小型化的需求。

附圖說明

通過附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的星載速調(diào)管散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的收集極散熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的收集極散熱器的底座的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的收集極散熱器的熱管的正視圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的收集極散熱器的熱管的側(cè)視圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的漂移段散熱器及其熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的星載速調(diào)管在高頻輸出狀態(tài)的溫度分布圖。

【主要元件】

1-速調(diào)管；2-漂移段散熱器；3-收集極散熱器；4-冷卻板；31-蓋板；32-熱管；33-底座。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實(shí)施例中提到的方向用語(yǔ)，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語(yǔ)是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明提供了一種星載速調(diào)管散熱裝置。圖1為本發(fā)明實(shí)施例的星載速調(diào)管散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，星載速調(diào)管散熱裝置包括：

漂移段散熱器2，設(shè)置于速調(diào)管1的下部，與所述速調(diào)管的漂移段下部接觸，用于傳導(dǎo)所述速調(diào)管漂移段產(chǎn)生的熱量；

收集極散熱器3，設(shè)置于速調(diào)管1端部，與所述速調(diào)管的收集極接觸，用于傳導(dǎo)所述速調(diào)管收集極產(chǎn)生的熱量；

冷卻板4，同時(shí)與所述漂移段散熱器2及收集極散熱器3底部接觸；用于傳導(dǎo)所述漂移段散熱器及收集極散熱器的熱量。

為了加強(qiáng)散熱，所述速調(diào)管散熱裝置還包括熱管，設(shè)置于所述收集極散熱器和/或漂移段散熱器上，由此構(gòu)成基于熱管技術(shù)的星載速調(diào)管散熱裝置。優(yōu)選的，所述散熱裝置中，所述漂移段散熱器和/或收集極散熱器，表面開設(shè)有凹槽，在該凹槽內(nèi)設(shè)置熱管。所述熱管一端與收集極和/或漂移段直接接觸，另一端與冷卻板4直接接觸。由于所述熱管具有極強(qiáng)的散熱能力和等溫特性，從而可將熱量快速導(dǎo)入冷卻板4，冷卻板4為衛(wèi)星艙內(nèi)恒溫冷板，通過衛(wèi)星艙內(nèi)恒溫冷板交由溫控系統(tǒng)處理，達(dá)到良好的散熱效果。

更具體而言，所述熱管具有與所述收集極或漂移段相匹配的彎折結(jié)構(gòu)，以與所述收集極或漂移段完全接觸，所述散熱器的凹槽也與熱管截面保持一致，并可在所述熱管表面增設(shè)導(dǎo)熱膠等以增加接觸。優(yōu)選的，所述熱管與凹槽之間，所述收集極與熱管、蓋板及底座之間均設(shè)有導(dǎo)熱膠。

所述收集極散熱器和漂移段散熱器的材料可為銅或鋁，優(yōu)選為紫銅或硬鋁。其中，收集極散熱器的材料優(yōu)選為硬鋁，硬鋁密度小可以進(jìn)一步減輕重量；漂移段散熱器材料優(yōu)選為紫銅，雖然一定程度上增加了重量，但在漂移段散熱器與漂移段的接觸面較小的情況下，采用導(dǎo)熱系數(shù)更高的材料有利于提高散熱效率。

下面結(jié)合圖2-5詳細(xì)介紹本發(fā)明實(shí)施例的星載速調(diào)管散熱裝置的收集極散熱器結(jié)構(gòu)。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的星載速調(diào)管散熱裝置的收集極散熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)進(jìn)一步參考圖2，所述收集極散熱器包括：蓋板31，及底座33。

所述收集極散熱器的底座和蓋板之間采用可調(diào)節(jié)部件連接固定，通過該可調(diào)節(jié)部件調(diào)節(jié)松緊來改善表面接觸狀態(tài)。所述可調(diào)節(jié)部件優(yōu)選為螺栓。其中，所述底座上部形成一圓弧狀凹腔結(jié)構(gòu)；相應(yīng)的，所述蓋板下部形成一圓弧狀凹腔結(jié)構(gòu)；二者相對(duì)設(shè)置形成一圓柱形空腔，用于容納所述速調(diào)管的收集極，所述空腔結(jié)構(gòu)與所述收集極緊密接觸。

優(yōu)選的，所述散熱裝置，其收集極散熱器的底座與蓋板要保證緊密連接，避免與收集極形成空隙。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的收集極散熱器的底座的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，所述收集極散熱器的底座下部形成一矩形凹腔結(jié)構(gòu)，以減輕整個(gè)裝置的重量，收集極散熱器底部接銅板，該銅板與所鋪設(shè)的熱管一端連接。

在所述收集極散熱器的底座表面設(shè)有多個(gè)凹槽，在所述多個(gè)凹槽內(nèi)設(shè)有熱管32，所述收集極散熱器底座的表面形成的凹槽的尺寸與熱管的尺寸相適應(yīng)，所述熱管表面與所述底座表面齊平，以充分接觸收集極。

優(yōu)選的，所述蓋板上也可以設(shè)置熱管，由此星載速調(diào)管散熱裝置會(huì)達(dá)到更良好的散熱效果。另外，所述蓋板可根據(jù)熱流密度分布截去不需要的部分以減重。所述星載速調(diào)管散熱裝置，在熱分析的基礎(chǔ)上，去掉其他熱流密度較小區(qū)域的部分材料，以減輕重量。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的收集極散熱器的熱管的正視圖。其中，所述熱管尺寸R需要取較小公差，尺寸R與所述收集極的外徑相匹配以完全接觸。所述收集極散熱器上的熱管的末端連接有銅板，銅板的厚度t為5-10mm。

本發(fā)明實(shí)施例的收集極散熱器的熱管的側(cè)視圖如圖5所示，所述收集極散熱器底座上長(zhǎng)度L上，包括多個(gè)凹槽周期，其中d1為凹槽周期長(zhǎng)度，d2為熱管寬度，可根據(jù)熱管具體尺寸型號(hào)和熱設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。本實(shí)施例中，凹槽周期長(zhǎng)度d1優(yōu)選為10～15mm，熱管寬度d2優(yōu)選為5～10mm。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的星載速調(diào)管散熱裝置的漂移段散熱器結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖6中a為熱管與漂移段散熱器組裝結(jié)構(gòu)示意圖，圖6中b為漂移段散熱器的熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，所述漂移段散熱器上部形成凹腔結(jié)構(gòu)；該凹腔結(jié)構(gòu)的形狀及尺寸與所述速調(diào)管的漂移段形狀及尺寸一致以完全接觸。由于漂移段散熱器的具體結(jié)構(gòu)、原理與所述收集極散熱器底座類似，此處不再贅述。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的星載速調(diào)管在高頻輸出狀態(tài)的溫度分布圖。如圖7所示，采用本發(fā)明實(shí)施例提供的星載速調(diào)管散熱裝置可將速調(diào)管內(nèi)最高溫度降至300度(銅蒸散溫度)以下。

本發(fā)明實(shí)施例星載速調(diào)管散熱裝置，其工作原理如下：

速調(diào)管由于功率較大，在工作時(shí)因電子注轟擊而產(chǎn)生的熱量主要集中在收集極以及漂移段后半部。相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例所提供的速調(diào)管散熱裝置，包括漂移段散熱器，設(shè)置于速調(diào)管的下部，與所述速調(diào)管的漂移段下部接觸，從而及時(shí)傳導(dǎo)所述速調(diào)管漂移段產(chǎn)生的熱量；收集極散熱器，設(shè)置于速調(diào)管端部，與所述速調(diào)管的收集極接觸，從而及時(shí)傳導(dǎo)所述速調(diào)管收集極產(chǎn)生的熱量；冷卻板，同時(shí)與所述漂移段散熱器及收集極散熱器底部接觸；從而及時(shí)傳導(dǎo)所述漂移段散熱器及收集極散熱器的熱量。在各散熱器表面開設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)有熱管。所述熱管一端與收集極和/或漂移段直接接觸，另一端直接與衛(wèi)星艙內(nèi)恒溫冷板接觸，由于所述熱管具有極強(qiáng)的散熱能力和等溫特性，從而可將熱量快速導(dǎo)入艙內(nèi)冷板，交由溫控系統(tǒng)處理。所述散熱裝置可擺脫大功率速調(diào)管對(duì)地面?zhèn)鹘y(tǒng)散熱方式的依賴，有效的解決其空間應(yīng)用的散熱難題。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本申請(qǐng)。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本申請(qǐng)的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本申請(qǐng)將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。

需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，上述對(duì)各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地更改或替換，例如：

(1)速調(diào)管散熱裝置的凹槽周期長(zhǎng)度d1、熱管寬度d2及銅板的厚度大小等均可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，均不影響本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)；

(2)收集極散熱器的底座與蓋板之間除采用螺栓進(jìn)行固定之外，還可以采用其他的方式進(jìn)行固定連接，均不影響本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)。

(3)在收集極散熱器的底座未鋪設(shè)熱管的情況下，該底座下部可不設(shè)置空腔，也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。

綜上所述，本發(fā)明提供的星載速調(diào)管散熱裝置散熱效率高，體積小，成本低，質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；且可通過改變熱管數(shù)量和粗細(xì)或改變散熱器結(jié)構(gòu)靈活調(diào)節(jié)散熱能力。另外，與現(xiàn)有大多數(shù)速調(diào)管采用“立”式工作方式不同，本發(fā)明速調(diào)管采用“臥”式工作方式，從而實(shí)現(xiàn)了更充分的接觸和更小的熱量傳導(dǎo)距離。該裝置重新計(jì)算并調(diào)整了聚焦磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，留出了漂移段傳導(dǎo)散熱器的耦合空間，不會(huì)給電子光學(xué)系統(tǒng)帶來明顯不利影響，非常適用于星載大功率速調(diào)管散熱。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。