一种箱式便携站天线的热设计

2014-07-09 02:31高建海韩桂梅贾彦辉

河北省科学院学报 2014年1期

高建海，韩桂梅，贾彦辉

（1.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄 050081；2.河北远东通信系统工程有限公司，河北石家庄 050081）

传统便携站天线外形笨拙、机动性差、安装调试繁琐费时，从而制约了通信系统发展的步伐。虽然实现天线的高性能仍是目前卫星通信便携站市场的主流趋势，但是由于国内外各大公司激烈的竞争，对便携站天线的外形、重量及体积也提出了更高的需求。

箱式便携站就是在激烈的市场竞争中应运而生的一款产品，具有便于携带、展开迅速、传输速率高、外型美观等特点。但是紧凑的结构势必给散热带来一定困难，因此必须对其进行热设计。箱式便携站的热设计是指对其内部各功能单元采用合适的冷却技术和结构设计，以对它们的温升进行控制，从而保证便携站系统正常、可靠地工作［1］。

1 箱式便携站的组成及内部布局

该箱式便携站系统主要由天线反射面、馈源及支撑、天线座架［2］、天线伺服单元、功放单元、LNA单元、变频单元、调制解调单元、IP接入单元、电源等构成。

该箱式便携站在结构上分为箱盖及主箱体两大部分。天线收藏时，天线反射面、馈源及支撑会向下转动收藏于箱盖与主箱体之间的空间内。天线座架、天线伺服单元、功放单元以及其他功能单元均安装在主箱体内。箱式便携站收藏状态下的整体外观，如图1所示；箱式便携站工作状态下的整体外观，如图2所示。

图1 箱式便携站收藏状态外观图

图2 箱式便携站工作状态外观图

由于功能单元数量较多，且便携站主箱体内的空间又比较紧凑，根据各功能单元在功能上的关系，对其进行了合理的空间布局，且局部采用了上下两层的结构形式（在调制解调单元的下面安装有天线伺服单元及变频单元）。主箱体内部布局，如图3所示。

图3 主箱体内部布局

2 散热问题及散热设计

为了减轻重量达到单人便携的目的，便携站的整个主体外壳采用工程塑料加工而成。各功能单元自身在工作时都会散发大量热量，且各功能单元又都有相应的工作温度范围，当箱体内的环境温度超出任何一个功能单元的工作温度上限时便会影响整个便携站系统的性能。由于工程塑料的热传导率较低，不利于主箱体内部热量向外界环境的传递，因此，箱式便携站主箱体的散热设计就成了一个重中之重的问题。

散热形式主要分为：自然散热（热传导）、强迫风冷和液体冷却等。目前应用普遍的散热方式仍是自然散热和强迫风冷。根据不同的散热原理，对主箱体的散热设计主要有以下三个方面：

1）为主箱体底部设计特制散热片，提高自然散热的效率。

各功能单元都安装在主箱体的底板上，如果底板与主箱体采用同样的工程塑料加工而成，由于塑料较低的热传导率，自然散热的效率会很低。因此，需要为各功能单元特制一块散热片。首先，综合考虑散热效率、总体重量、方便各功能单元的安装等因素，散热片的材质选择了铝合金材料。其次，对散热片的基材厚度、齿片厚度、齿片间距、齿片高度等参数进行优化设计，确定了最终的散热片形式。主箱体底部散热片，如图4所示。