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一種具有多個(gè)中空錐形散熱風(fēng)道的多層密封機(jī)箱的制作方法與工藝

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一種具有多個(gè)中空錐形散熱風(fēng)道的多層密封機(jī)箱的制作方法與工藝
本發(fā)明屬于機(jī)械和電路兩個(gè)領(lǐng)域,涉及一種具有多個(gè)中空錐形散熱風(fēng)道的多層密封機(jī)箱。該機(jī)箱內(nèi)安裝了某雷達(dá)的天線、TR組件、波控、功分器、微波、信處和電源模塊。該雷達(dá)的工作環(huán)境有高低溫以及振動(dòng)、沖擊等要求,雷達(dá)機(jī)箱結(jié)構(gòu)上采用集成散熱與多層密封技術(shù),增強(qiáng)了雷達(dá)在惡劣環(huán)境下的工作能力。雷達(dá)收發(fā)機(jī)箱內(nèi)的TR組件熱密度較大,波控、信處、微波模塊、電源均有較高的散熱要求。由于雷達(dá)的安裝與使用環(huán)境相當(dāng)嚴(yán)苛,需各分系統(tǒng)在密閉的環(huán)境下工作,該機(jī)箱解決了在安裝空間受限、高熱密度環(huán)境下的雷達(dá)各分系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)與散熱難題。

背景技術(shù):
雷達(dá)收發(fā)機(jī)箱為雷達(dá)各電子模塊的結(jié)構(gòu)支撐體,并兼有環(huán)境防護(hù)的功能。該收發(fā)機(jī)箱工作環(huán)境為開(kāi)放式的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,除去極端的低溫、高溫外,對(duì)砂塵、濕熱、電磁兼容也有較高的環(huán)境適應(yīng)性要求。該雷達(dá)天線為無(wú)源多層波導(dǎo)裂縫陣列,鑒于天線口徑受限,天線陣列的波導(dǎo)間距小于標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)管尺寸,相鄰的波導(dǎo)只能采用共壁設(shè)計(jì)。陣列天線共三層,均為中空裂縫陣列,采用3A21防銹軟鋁釬焊成型,波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換集成在天線內(nèi)部,天線對(duì)外采用SMA連接器與TR組件對(duì)接。TR組件一端靠SMA連接器與天線電信號(hào)連接;另一端靠多芯矩形連接器與波控電信號(hào)連接,靠SMP與功分器電信號(hào)連接。TR組件的效率較低,約為40%左右,并且熱耗與局部熱密度很大,是機(jī)箱內(nèi)的主要熱源(約250W純發(fā)熱功率)。微波模塊內(nèi)發(fā)熱芯片熱量以較低的熱阻傳導(dǎo)到模塊安裝壁。波控與信處為印制板形式,其上焊接有電源功率芯片和高速運(yùn)算處理芯片,這些芯片在運(yùn)算狀態(tài)下所產(chǎn)生發(fā)熱量需及時(shí)散發(fā)出去。電源為封裝的殼體模塊,熱量傳導(dǎo)到殼體安裝表面。機(jī)箱內(nèi)總的發(fā)熱功率約為380W左右,機(jī)箱內(nèi)腔尺寸為265×300×108mm,整個(gè)機(jī)箱的對(duì)外電信號(hào)輸入、輸出靠機(jī)箱側(cè)壁安裝的YB和SMA連接器完成。箱體內(nèi)部的電纜主要為同軸電纜和多芯電纜,考慮到操作維修,收發(fā)機(jī)箱內(nèi)的各分機(jī)之間的線纜應(yīng)便于拆卸,在集成設(shè)計(jì)時(shí)需預(yù)留線纜的操作空間。為了確保雷達(dá)有良好的環(huán)境適應(yīng)性,機(jī)箱結(jié)構(gòu)采用密封設(shè)計(jì),將如此大的熱功耗密封在上述腔體內(nèi),將熱量及時(shí)排除是設(shè)計(jì)的難題。同時(shí)雷達(dá)收發(fā)機(jī)箱長(zhǎng)期工作在室外,受太陽(yáng)的輻射而吸收的熱量對(duì)其內(nèi)電子設(shè)備的影響也應(yīng)該考慮。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
要解決的技術(shù)問(wèn)題為了解決現(xiàn)有機(jī)箱內(nèi)各分系統(tǒng)的高溫散熱以及局部高熱密度問(wèn)題,本發(fā)明提出一種具有多個(gè)中空錐形散熱風(fēng)道的多層密封機(jī)箱。技術(shù)方案由天線罩、后蓋板、左右罩板和上下罩板密封在收發(fā)機(jī)箱最外層,由收發(fā)機(jī)箱結(jié)構(gòu)預(yù)留的外層空腔結(jié)構(gòu)形成第三層密封腔;由左內(nèi)風(fēng)道封板、右內(nèi)風(fēng)道封板安裝在收發(fā)機(jī)箱結(jié)構(gòu)預(yù)留的左、右內(nèi)風(fēng)道腔體安裝端面形成第一層密封腔體,收發(fā)箱體結(jié)構(gòu)自身被后蓋板密封后形成安裝各分系統(tǒng)的第二層腔體。第一層密封腔體為中空散熱風(fēng)道,通過(guò)內(nèi)風(fēng)道錐形左翅片與內(nèi)風(fēng)道錐形右翅片左右對(duì)稱布局,在散熱翅片的高度和長(zhǎng)度方向形成獨(dú)特的中空錐形風(fēng)道。收發(fā)機(jī)箱內(nèi)各分系統(tǒng)通過(guò)導(dǎo)熱襯墊貼附在左、右內(nèi)風(fēng)道的外表面,將各分系統(tǒng)的熱量以較低的熱阻傳遞到左、右內(nèi)風(fēng)道的內(nèi)表面散熱翅片上,通過(guò)風(fēng)機(jī)強(qiáng)制對(duì)流將熱量帶走。一種具有多個(gè)中空錐形散熱風(fēng)道的多層密封機(jī)箱,其特征在于包括前腔體和后腔體;前腔體由天線罩和前腔密封繩密封而成,陣列天線安裝在前腔體內(nèi),陣列天線的輸出端設(shè)有浮動(dòng)連接座,浮動(dòng)連接座與位于后腔體的TR組件上的浮動(dòng)連接頭相連;后腔體內(nèi)設(shè)有左內(nèi)風(fēng)道和右內(nèi)風(fēng)道,右內(nèi)風(fēng)道由右內(nèi)風(fēng)道封板和右內(nèi)風(fēng)道導(dǎo)電密封墊封閉而成,內(nèi)風(fēng)道錐形左翅片與內(nèi)風(fēng)道錐形右翅片左右對(duì)稱的安裝在右內(nèi)風(fēng)道內(nèi)表面上,TR組件、微波模塊通過(guò)柔性導(dǎo)熱襯墊貼附在右內(nèi)風(fēng)道外表面上,功分器固定在右內(nèi)風(fēng)道封板上;左內(nèi)風(fēng)道由左內(nèi)風(fēng)道封板和左內(nèi)風(fēng)道導(dǎo)電密封墊封閉而成,內(nèi)風(fēng)道錐形左翅片與內(nèi)風(fēng)道錐形右翅片左右對(duì)稱的安裝在左內(nèi)風(fēng)道內(nèi)表面上,電源模塊、波控導(dǎo)熱冷板、信處導(dǎo)熱冷板貼附在左內(nèi)風(fēng)道外表面上,波控和信處通過(guò)柔性導(dǎo)熱襯墊分別貼附在波控導(dǎo)熱冷板和信處導(dǎo)熱冷板上,前級(jí)放大模塊固定在左內(nèi)風(fēng)道封板上,在左內(nèi)風(fēng)道和右內(nèi)風(fēng)道末端分別安裝風(fēng)機(jī);左右罩板和上下罩板安裝在收發(fā)機(jī)箱最外層并與收發(fā)機(jī)箱形成空腔結(jié)構(gòu)。所述的內(nèi)風(fēng)道錐形左翅片與內(nèi)風(fēng)道錐形右翅片在長(zhǎng)度方向和高度方向分別線性遞增,形成35°與18°的錐形斜面風(fēng)道。所述的天線罩工藝成型方法為內(nèi)外蒙皮、中間蜂窩夾層的方法,內(nèi)外蒙皮材料為環(huán)氧玻璃布,中間夾層為紙蜂窩結(jié)構(gòu)。有益效果本發(fā)明提出的一種具有多個(gè)中空錐形散熱風(fēng)道的多層密封機(jī)箱,多個(gè)密封風(fēng)道的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn),將各模塊的熱量通過(guò)柔性導(dǎo)熱襯墊傳遞到風(fēng)道外表面,風(fēng)道的內(nèi)表面設(shè)計(jì)有散熱翅片,且風(fēng)道內(nèi)表面與外界相通,通過(guò)風(fēng)機(jī)對(duì)流換熱實(shí)現(xiàn)與外界的熱交換。完成雷達(dá)的陣列天線、TR組件、波控、信處、電源模塊、微波模塊的安裝固定,解決上述各分系統(tǒng)的高溫散熱以及局部高熱密度問(wèn)題,并使其具備良好的高低溫、濕熱、鹽霧以及EMC等環(huán)境適應(yīng)性。附圖說(shuō)明圖1為一種具有多個(gè)中空錐形散熱風(fēng)道的多層密封機(jī)箱主視圖圖2為一種具有多個(gè)中空錐形散熱風(fēng)道的多層密封機(jī)箱俯視剖視圖圖3為一種具有多個(gè)中空錐形散熱風(fēng)道的多層密封機(jī)箱左側(cè)剖視圖圖4為一種具有多個(gè)中空錐形散熱風(fēng)道的多層密封機(jī)箱翅片長(zhǎng)度方向剖視圖1-收發(fā)箱體;2-天線罩;3-前腔密封繩;4-陣列天線;5-前腔導(dǎo)電密封墊,6-浮動(dòng)連接座;7-浮動(dòng)連接頭;8-TR組件,9-功分器,10-波控;11-右內(nèi)風(fēng)道封板;12-內(nèi)風(fēng)道錐形左翅片;13-內(nèi)風(fēng)道錐形右翅片;14-右內(nèi)風(fēng)道導(dǎo)電密封墊;15-柔性導(dǎo)熱襯墊;16-微波模塊;17-風(fēng)機(jī);18-風(fēng)機(jī)安裝板;19-信處;20-電源模塊;21-信處導(dǎo)熱冷板;22-波控導(dǎo)熱冷板;23-前級(jí)放大模塊;24-左內(nèi)風(fēng)道封板;25-左內(nèi)風(fēng)道導(dǎo)電密封墊;26-左右罩板;27-上下罩板;28-進(jìn)風(fēng)罩;29-出風(fēng)罩;30-銅網(wǎng);31-蓋板密封繩;32-YB圓形連接器;33-同軸連接器;34-后蓋板。具體實(shí)施方式現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:考慮到箱體內(nèi)部需散熱的模塊較多,并且模塊的散熱安裝面較大,箱體采用兩個(gè)獨(dú)立的密封風(fēng)道散熱。鑒于各模塊之間的連線關(guān)系,將信處、電源與波控貼附在一個(gè)密封風(fēng)道,將TR組件、微波貼附在另外一個(gè)密封風(fēng)道上。為便于工程實(shí)現(xiàn),高度與長(zhǎng)度方向錐形散熱翅片以零件形式安裝在機(jī)箱上,由于印制板上需散熱的器件高低不一,在機(jī)箱上直接將這些墊塊加工出來(lái)不方便,也將其拆分為零件形式。風(fēng)道采用風(fēng)道蓋板密封,為保證整個(gè)機(jī)箱的電磁密封性,風(fēng)道蓋板與電磁屏蔽密封墊配合使用。機(jī)箱前腔體安裝天線陣面,后腔體安裝其余各分機(jī)。TR組件既要和天線盲插,又需要其導(dǎo)熱面緊貼在風(fēng)道外表面上。為了保證TR組件電信號(hào)的良好傳輸,并且TR組件的熱量能及時(shí)傳遞出去,與天線盲插的SMP插座為特殊定制浮動(dòng)結(jié)構(gòu)形式,同時(shí)在TR組件的導(dǎo)熱面上貼附柔性導(dǎo)熱襯墊。浮動(dòng)配合連接器的游動(dòng)間隙以及柔軟的導(dǎo)熱襯墊可取的良好的電信號(hào)傳輸與導(dǎo)熱效果。密封風(fēng)道的進(jìn)風(fēng)口位于機(jī)箱上后端區(qū)域,冷卻流從機(jī)箱下底部排出??紤]到風(fēng)道自身的特點(diǎn),由于單側(cè)進(jìn)風(fēng)會(huì)造成的風(fēng)壓不均勻,按冷卻流的方向,將散熱翅片設(shè)計(jì)成高低遞減以形成錐形通道,以均勻分布進(jìn)風(fēng)口的冷卻流;將風(fēng)機(jī)正上方風(fēng)道內(nèi)的翅片在長(zhǎng)度方向設(shè)計(jì)為不規(guī)則的倒斜角結(jié)構(gòu),形成錐形增壓風(fēng)道以增大風(fēng)機(jī)對(duì)流換熱的效率。風(fēng)機(jī)自帶轉(zhuǎn)速反饋與控制功能,信處模塊DSP芯片上有溫度傳感器,當(dāng)檢測(cè)到傳感器表面溫度低于-10°時(shí),風(fēng)機(jī)停止工作。風(fēng)機(jī)安裝在可拆卸的風(fēng)機(jī)板上。為了提高風(fēng)機(jī)對(duì)流換熱的效率,風(fēng)機(jī)板安裝在收發(fā)機(jī)箱的邊緣部位需做密封處理,采用南大704密封膠填充零件裝配產(chǎn)生的縫隙??紤]到太陽(yáng)輻射對(duì)溫度的影響,在機(jī)箱壁周圈添加了一層金屬板,該金屬板與箱體之間形成空氣隔離腔,該空氣腔位于箱體周圈四處。由于裂縫天線為無(wú)源的波導(dǎo)裂縫陣列,無(wú)電纜連接關(guān)系,在天線零位標(biāo)定后不會(huì)進(jìn)行拆卸和維修,所以將天線獨(dú)立安裝在前腔,通過(guò)SMA穿墻插座與后腔體進(jìn)行電信號(hào)連接。機(jī)箱前腔安裝端面設(shè)計(jì)有密封槽,其內(nèi)粘接有密封繩,天線罩安裝后壓緊密封繩,前腔形成一個(gè)獨(dú)立的密封腔體。天線罩工藝成型方法為內(nèi)外蒙皮、中間蜂窩夾層的方法,內(nèi)外蒙皮材料為環(huán)氧玻璃布,中間夾層為紙蜂窩結(jié)構(gòu)。天線罩的結(jié)構(gòu)自身在蜂窩夾層之間形成一個(gè)隔熱腔體。由于空氣是熱的不良導(dǎo)體,機(jī)箱周圈一層空氣腔以及機(jī)箱前腔體不僅能阻止外界高溫侵入機(jī)箱后端腔體內(nèi)部,當(dāng)處于低溫時(shí),該空氣腔同樣起到后端腔體保溫的作用。如圖2所示,機(jī)箱分為前、后兩個(gè)腔體區(qū)域,前腔體通過(guò)天線罩2、收發(fā)箱體1的前端面和前腔密封繩3封閉成第一個(gè)獨(dú)立的密封區(qū)域,陣列天線4安裝在前腔體的安裝端面上,并壓緊前腔導(dǎo)電密封墊5,通過(guò)浮動(dòng)連接座6完成該密封區(qū)域?qū)ν獾碾娦盘?hào)傳輸。浮動(dòng)連接頭7集成安裝在TR組件8一端,TR組件的另一端通過(guò)SMA電纜和多芯電纜分別與功分器9、波控10相連。功分器9固定在右內(nèi)風(fēng)道封板11上,TR組件8連接波控10的多芯電纜通過(guò)右內(nèi)風(fēng)道封板11上的矩形過(guò)線孔,為避免電纜交叉,該矩形過(guò)線孔位于功分器9下方。內(nèi)風(fēng)道錐形左翅片12與內(nèi)風(fēng)道錐形右翅片13是散熱風(fēng)道的核心零件。按冷卻流流經(jīng)機(jī)箱風(fēng)道的先后順序,翅片在長(zhǎng)度方向和高度方向分別線性遞增,形成35°與18°的錐形斜面風(fēng)道。經(jīng)過(guò)仿真分析和優(yōu)化,這兩個(gè)角度的錐形斜面對(duì)冷卻流的均勻分布以及冷卻流的增壓的效果最好。左、右內(nèi)風(fēng)道為收發(fā)箱體內(nèi)第一層密封腔體。內(nèi)風(fēng)道錐形左翅片12與內(nèi)風(fēng)道錐形右翅片13左右對(duì)稱的安裝在收發(fā)箱體1后腔體的左、右兩個(gè)風(fēng)道內(nèi)表面上。為保證良好的熱傳遞效果,彼此安裝接觸面有較高加工表面光潔度和平面度要求,并且在零件裝配時(shí)填充導(dǎo)熱硅脂。右內(nèi)風(fēng)道通過(guò)右內(nèi)風(fēng)道封板11和右內(nèi)風(fēng)道導(dǎo)電密封墊14封閉完成,使用右內(nèi)風(fēng)道導(dǎo)電密封墊14是為了保證收發(fā)箱體自身的電磁兼容性。TR組件8的散熱面緊貼在右內(nèi)風(fēng)道的外表面上,兩者之間填充柔性導(dǎo)熱襯墊15。浮動(dòng)連接座6與浮動(dòng)連接頭7配合后產(chǎn)生浮動(dòng)間隙以及通過(guò)調(diào)整柔性導(dǎo)熱襯墊15的厚度可以補(bǔ)償陣列天線和TR組件安裝時(shí)產(chǎn)生過(guò)自由度定位。微波模塊16也通過(guò)柔性導(dǎo)熱襯墊15安裝在右內(nèi)風(fēng)道外表面。風(fēng)機(jī)17位于風(fēng)道末端,通過(guò)風(fēng)機(jī)安裝板18固定在收發(fā)箱體后腔區(qū)域的右內(nèi)風(fēng)道末端預(yù)留的安裝面上,并用南大704密封膠密封。風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋與轉(zhuǎn)速控制信號(hào)線穿過(guò)收發(fā)機(jī)箱預(yù)留的過(guò)線孔與信處19相連。波控10和信處19為印制板形式的分系統(tǒng),在進(jìn)行印制板設(shè)計(jì)時(shí)將發(fā)熱器件排布于印制板背面。信處導(dǎo)熱冷板21、波控導(dǎo)熱冷板22與收發(fā)機(jī)箱后腔內(nèi)的左風(fēng)道外表面貼附。之所以將信處導(dǎo)熱冷板21、波控導(dǎo)熱冷板22拆分為相對(duì)于機(jī)箱可獨(dú)立拆卸的零件,是考慮到收發(fā)機(jī)箱實(shí)際加工的工藝性,同時(shí)也因?yàn)檫@兩者表面需要根據(jù)印制板表面芯片的高低預(yù)留出若干的高低不等的墊塊。柔性導(dǎo)熱襯墊15同樣填充在印制板上的發(fā)熱芯片與導(dǎo)熱冷板之間。電源模塊20的安裝面以同樣的導(dǎo)熱方式緊貼在左內(nèi)風(fēng)道外表面。收發(fā)機(jī)箱左內(nèi)風(fēng)道的密封靠左內(nèi)風(fēng)道封板24、左內(nèi)風(fēng)道導(dǎo)電密封墊25完成??紤]到線纜連接關(guān)系,前級(jí)放大模塊23安裝在左內(nèi)風(fēng)道封板24上,用來(lái)進(jìn)行微波模塊16的信號(hào)放大。整個(gè)收發(fā)機(jī)箱靠機(jī)箱左側(cè)的一個(gè)YB圓形連接器32和四個(gè)同軸連接器33實(shí)現(xiàn)機(jī)箱對(duì)外的電信號(hào)傳輸。機(jī)箱左右罩板26和上下罩板27分別安裝在收發(fā)箱體1的外輪廓四周圈,裝配后靠南大704膠填充縫隙,用以實(shí)現(xiàn)箱體的第三層密封腔體。進(jìn)風(fēng)罩28、出風(fēng)罩29分別安裝的風(fēng)道的進(jìn)口與出口處,考慮到防水要求,兩者的風(fēng)口均朝下。銅網(wǎng)30用來(lái)過(guò)濾沙塵并防止較大的異物進(jìn)入風(fēng)道內(nèi)部。后蓋板34靠螺釘壓緊蓋板密封繩31后,安裝在收發(fā)箱體1上,完成整個(gè)收發(fā)機(jī)箱的第二層密封。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),自身密封、中空形式的左、右內(nèi)風(fēng)道為第一層密封腔體,存在于收發(fā)機(jī)箱主體的第二層密封腔體內(nèi)部,與外界相通,通過(guò)風(fēng)機(jī)對(duì)流換熱將中空的機(jī)箱內(nèi)各分系統(tǒng)的熱量傳出。由散熱翅片高度和長(zhǎng)度方向形成的獨(dú)特的錐形密封風(fēng)道均勻了進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)量、增大了出風(fēng)口的風(fēng)壓,提高了整個(gè)機(jī)箱的散熱效率。由天線罩、機(jī)箱左右罩板、上下罩板封閉形成的第三層中空腔體,包裹在收發(fā)機(jī)箱的第二層腔體周圍。當(dāng)收發(fā)機(jī)箱內(nèi)模塊的數(shù)量增加或者散熱要求提高時(shí),可以通過(guò)增加中空錐形風(fēng)道的數(shù)量來(lái)滿足使用要求。上述創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形成一種具有多個(gè)中空錐形散熱風(fēng)道的多層密封機(jī)箱。
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