某大功率室外型功放机箱的结构设计

28技术应用与研究

某地面站系统使用的Ｘ频段功放机箱功能为大功率、高效率和高线性度的固态

功率放大器。该设备一直依赖于进口，现阶段，基于设备国产化的发展趋势，为降

低设备成本，保持设备生产周期的稳定性，急需设计出适用于该频段的室外功放机

箱。

一、室外X频段功放机箱的结构总体设计

１．室外Ｘ频段功放机箱内部模块组成

机箱内主要器件为激励放大模块、末级放大模块、温度检测模块、衰减模块、

监控模块、波导转换、电源模块、功分器模块、检波模块等。

２．室外Ｘ频段功放机箱的轻型化、小型化设计

为便于设备安装，机箱设计要充分满足设备轻型化、小型化的设计要求。在结

构设计过程中，在满足各项功能性指标的前提下，优化机箱内各元器件的布局，使

元器件间接线更合理、散热性能更佳，并适当对机箱壁进行减重设计。

为有效控制机箱的整体尺寸、重量，并考虑设备的可维修性，经过与用户的充

分沟通，该型号室外功放机箱整体布局分为三层：电源层、通风散热层及功能层，

其中，功能层又细分为两层，分别安装元器件。机箱整体布局如图１所示。细分为两

层的功能层布局为激励放大模块、末级放大模块、温度检测模块、衰减模块、监控

模块、波导转换、功分器模块、检波模块及其他元器件。功能层布局如图２所示。

功放机箱的外形尺寸设计为９３０长×４９０宽×２２５高（单位：ｍｍ）。为保证设备轻型

化，机箱框架材质选用铝合金，在同时满足机箱承重及安装强度的前提下，对机箱

壁减薄减重。

图１　室外功放机箱总体布局

图２　室外功放机箱功能层布局

３．室外功放机箱环境防护设计

环境因素涉及气候、生物、地理、海拔、温湿度等方面各个因素，这些环境因某大功率室外型功放机箱的结构设计

李　莎 中国电子科技集团公司第五十四研究所　

【摘　要】某地面站系统使用的X频段功放机箱一直依赖于进口，为降低设备成本，保持设备生产周期的稳定性，急需设计一种室外X频段功放机箱。本

文从顶端入手，从机箱的结构总体设计、热设计及防雨、防尘、三防设计等方面，详细论述了机箱的结构设计过程，并经过仿真计算，论证了设计的合理

性。

【关键词】功放机箱；室外机箱；结构设计素的作用必然会使功放机箱的材料及器

件受到腐烛或破坏，电子器件和装备

性能劣化，从而影响其性能。因此要有

针对性的开展散热设计，三防设计等研

究，满足室外功放机箱环境防护设计要

求。

二、机箱热设计

１．散热方案选取

电子设备的热设计，首先要从确定设

备的冷却方法开始，冷却方法的选择应根

据热流密度、温升要求、可靠性要求以

及尺寸、重量、经济性和安全性等因素，

选择最简单、有效的冷却方法。该设备

的总热耗为２４９６Ｗ，通过功率放大盒底

部焊接热管和机箱底板设计为散热器，并

将散热器表面积设计为约２５０００ｃｍ２，使

得其热流密度控制在０．１Ｗ／ｃｍ２左右。又

根据功率管器件要求，其管壳温度应控

制在９０度以下（环境５５度，温升３５度以

下），因此选择强迫风冷散热。强迫风

冷散热工作可靠、易于维修保养、成本

相对较低，是一种较好的冷却方法，所以在

需要散热的电子设备冷却系统中被广泛

采用，同时也是高功率器件采取的主要冷

却形式。

强迫风冷系统风道的实际很关键，

风道一般分为吹风和抽风两种方式，这

两种方式的优缺点分别是：　

１）吹风方式：　

Ａ、风扇出口附近气流主要为紊流

流动，局部换热强烈，宜用于发热器件

比较集中的情况，此时必须将风扇的主

要出风口对准集中的发热元件；　

Ｂ、吹风时将在设备内形成正压，可

以防止缝隙中的灰尘进入设备；　

Ｃ、风扇将不会受到系统散热量的

影响，工作在在较低的空气温度下，风

扇寿命较长。　

２）抽风方式：　

Ａ、送风均匀，适用于发热器件分

布比较均匀，风道比较复杂的情况；　

Ｂ、进入风扇的流动主要为层流状

态；　

Ｃ、风扇将在出风口高温气流下工

作，寿命会受影响；　

Ｄ、系统内形成负压，缝隙中的灰

29技术应用与研究

尘将进入机柜／箱；　

考虑设备的可靠性及室外机箱的防

尘要求，选择吹风方式散热。

２．风扇选型

机箱的风扇选用ＥＢＭ４１００Ｎ系列直

流风机，具体参数如下：

图３　风机特性曲线（曲线３）

１）供电：ＤＣ　２４Ｖ；

２）功耗：３０Ｗ；

３）转速：６８００ｒｐｍ；

４）重量：３９０ｇ；

５）防护等级：ＩＰ　５４／ＩＰ　６８

３．风道设计

（１）旁流抑制技术

通过设计漏斗形进风口、导流板等

气流管理模块，实现对特定器件区域的

局部强化，以利用气流的冲刷效应达成

改善器件散热的目的。该技术在满足同

等系统功耗条件下，可降低风量需求约

１５％。

图４　风道设计图

（２）散热器流场的均匀程度

风扇强迫冷却吹风时，在风扇出

口下游处，造成流场不均匀的主要因素

是风扇转轴的存在，其次才是流体流经

轴流风扇后的旋转效应，如图５。在结

构设计上，为了获得散热器的最大散热

能力，应保证风扇的出口截面与散热器

之间的距离至少大于一个风扇转轴的直

径。而一旦超过一个风扇外形直径后，

对下游流场均匀程度的贡献已经微乎其

微。如图６，功放机箱设计风扇出口与散

热器之间的距离为１００ｍｍ，大于风扇转

轴直径７０ｍｍ且小于风扇外径１２０ｍｍ，利

于机箱散热和小型化设计。

图５　风扇出口与散热器之间的距离

对流场的影响示意图 图６　风扇出口与散热器间距示意图

三、热仿真

设置环境温度：５５℃（进口风温５５℃）；

热源：共计２４９６Ｗ；

机箱材料：６０６１铝合金。

图７　仿真模型热源分布示意图

图８　竖直截面温度云图

（下转第31页）

31技术应用与研究

图９　水平截面温度云图

通过室外功放机箱热源温度云图可以看出，最高温度约为８７．９℃（相对于进风温

度５５℃，温升３２．９℃），１２０Ｗ热源表面温温差≤３．５℃。

图１０　室外功放机箱热源温度云图

四、防雨、防尘、三防及其他结构特点

针对防雨、防尘、三防、轻载等设计要求，室外功放机箱主要设计特点如下：

１）机箱整体扁平安装，重心较稳；

２）电源模块通风，同时增加挡雨罩；

３）机箱外壳开口向下，机箱外侧固定孔盲孔设计，保证了机箱的水密性；

４）风机盒也是独立结构设计，防护等级ＩＰ６８，具有良好的防水性，并且风机直

径大、低风速，有利于降噪；

５）顶盖单独做防水结构，与机箱安装面设置密封圈，同时顶盖的高度可调，方

便机箱内部安装其它部件；

６）在减重的设计条件下，外形设计美观，机箱表面做喷漆，内壁导电氧化，并

整机喷涂三防漆；

７）其它如增加防水航空插头等增加三防特性设计。致密的α晶体结构，芯层为疏松的类似

竹叶状的β晶体结构。随着剪切取向面

积的增加，聚丙烯材料的拉伸强度提高

了近２０ＭＰａ，同时抗冲击强度也提高了

５倍，这种加工方式调控的晶体形态能

够实现聚丙烯材料刚性和韧性的同时提

高。调节聚合物相形态，使聚合物产生

空穴达到提高其韧性的方法，便产生了

空穴理论增韧的原理。

五、结语

聚丙烯的增韧改性研究是高分子材

料领域中的一项重大工程，目前已取得了显著的成绩。然而随着科学技术的进

步，对推动ＰＰ的改性技术朝着功能化和

高性能化方向发展成为一种新的挑战。

这也使得聚丙烯改性技术得到不断发展

和完善，将开发出更多高性能的产品满

足各种应用领域的需要。

参考文献：

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五、结论

该大功率室外型功放机箱的结构设

计涉及热设计、防雨设计、三防设计及

减重降噪等方面，本文详细论述了机箱

的结构设计过程，并经过仿真计算，论

证了设计的合理性。

参考文献：

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49．

作者简介：李莎（1984—），女，工程师，主要

从事电子设备结构设计工作。（上接第29页）

通常情况下，在不同方式中进行选择时，应自始至终坚持一个原则，即，促使化学检测结果准确性的全面提升，不仅能够增加数据的精确度，且能够在某种意义上有效指导各类实践工作的开展。目前，可供选择的处理方式较为多样化，但在具体对策选择过程中应尽可能的与实际情况相结合，在相关处理技术实际应用过程中，强调能够准确判断化学检验对象，首先应对被检测对象的性质等相关情况进行全面了解，有效防止检测过程和检测结果受到来自检测对象本身性质的影响，精确度降低，确保化学检测样品处理方式符合实际需求，从根本上为具体项目时间提供大量技术性支持。５．超临界流体萃取技术。除了上述几种常见技术之外，另一种超临界流体萃取技术也属于化学检测内的核心技术之一，尽管该技术的应用尚未全面普及，但在实际科学研究工程中同样拥有不可获取地位。该技术类型所采用方式极为特殊，处理方式较为少见，主要是通过流体中所存在于临界压力和温度数值等，更加科学、合理的开展相应的技术检测，在气体或者液体等不同形式下均可进行萃取处理，因此，又常被成为“超临界流体萃取”，该技术形式将物质特质发挥至极致，如，通过对“溶解能力”和“密度”的充分融合完成相关萃取任务，高超的实践能力成为该技术的突出功能，因此，常应用于处理灵活性较强的物质分离。四、结语

综上所述，在化学检测试验过程中，容易受到各种因素的干扰与影响，在分析样品检测时需考虑方方面面的因素，如，操作人员技术的成熟与否，试剂总量的科学与否、实验方式的合理与否以及仪器设备性能的正常与否等等，上述因素均应该被纳入考虑范围之内，当其中某一环节发生严重错误或者突发情况时，将对后续检测产生不可估量的结果，增加数据误差率，不仅容易对资源和时间精力造成严重浪费，且证明该试验的失败。因此，在样品检测处理过程中，应与实际为前提条件，通过对不同方式与技术的合理应用，以从根本上确保检验结果的准确性与可靠性。参考文献：

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