我们公司上海赛一慧鑫信息技术有限公司完成针对暴露在户外环境的机箱，其面临周边环境性恶劣、机箱使用空间有限、轻量化等问题。本文提出一种密闭天线机箱结构设计方案，便于满足天线机箱轻量化、小型化、防雨防尘、并在高温环境下具备良好散热的技术指标要求。 整机以六边形设计为主体，底部法兰为直径220ｍｍ的圆盘，总高度为105ｍｍ，采用散热性好的6系铝合金，对机箱内热量最高的功放模块采用风冷散热，设计单独的风扇安装区域以及散热齿，通过UG仿真模块进行热仿真分析，其结果显示，环境温度为55℃时，芯片升温到78.6℃ ，低于许用温度90℃ ，满足使用指标，机箱设计合理有效。

０ 引言

伴随着电子信息技术越来越多地应用于军用雷达车、方舱车、军舰等领域，现在电子机箱也在往轻量化、小型化、集成化的方向靠拢。 与此同时，伴随着恶劣环境中正常工作的要求，如沙尘、高温、低温等环境。 因此对电子机箱的考验非常大，在结构设计中既要保障电子设备不因过热失效，能正常工作，又要保证密闭性防止沙尘、雨水进入机箱而破坏工作条件，在设计时就需要考虑密闭性和散热性等因素，使密闭机箱能够满足各种环境的高“ 三防”性能。

本文中的天线机箱安装于雷达车、指挥车等车舱的顶部位置，而产品车经常在戈壁沙漠等恶劣环境地区展开试验或工作，因此天线机箱就需要考虑多沙尘、昼夜温差大这些工作环境所带来的影响。 设计时，对机箱结构采用了分体式设计，将天线、功放、电源等电子元器件安置在机箱的密闭空间，该空间与外协完全隔离，再将风扇安装在机箱的开放空间，对密闭机箱壁增加散热齿，通过让气流对散热齿进行强迫风冷，使气流不直接与机箱内部的模块接触，同时能对机箱内模块进行散热确保其绝对的密闭性；此外风扇所在的开放空间增加通风罩，既可以提高机箱的抗高温、湿热的能力，也可以防止风沙对风机造成影响，解决了密闭空间散热的问题。

１ 机箱总体结构设计

１. １ 结构组成

为了兼顾防尘防雨、以及散热等需求，机箱的结构形式如图１所示。 底部为直径220ｍｍ 的圆形法兰板，可用于固定在车顶，机箱主体采用六边形结构，顶部由直径34.6ｍｍ、高74.8ｍｍ的圆柱形天线罩组成。

天线机箱整体可分为三部分，机箱上部分为安放天线的密闭空间，由天线及天线罩组成；机箱内一部分为安装元器件设备的密闭空间，由机箱顶盖、机箱底座、电源模块、功放模块、信处模块、板卡及波导管组成；另一部分为安装风机的开放空间，由风机及风机罩组成，可进出流体进行散热。

１. ２ 环境适应性设计

本文中的天线机箱主要针对试验场所的高温、昼夜温差大以及沙尘等恶劣环境带来的影响，进行防护设计，此外需要筛选结构材料，以满足机箱本身的轻量化，便于携带安装。 对于以上两个问题，在机箱设计中主要考虑密闭性设计及材料选型。

本文中机箱的密闭性主要体现在，将结构件之间的各个螺钉安装孔设计为盲孔形式，并在盲孔内侧各结构接触面间采用安装橡胶圈密封的方式进行密封保护如图２所示；此外为确保密闭空间内有良好的散热，机箱底座的材料选择铝合金6063，6系铝合金有着较高的导热率及良好的机械性能，同时还能兼顾轻量化设计；风机安装在开放空间处，因此选用防水风机，连接器经过三防处理，并在所有安装连接器和接插件处的壳体面粘接防水密封垫进行密封处理。

根据密封要求，本机箱采用分体设计，将风机单独隔开安装，只对功放模块进行风冷散热、电源模块功率较低，采取贴壁导热，以自然对流的方式进行散热。

２ 机箱总体结构热设计

２. １ 热设计

机箱内部结构如图３所示，除信处模块外各模块都采用了贴壁安装的方式。 考虑到机箱内各元器件的热功耗情况，最大的热源为功放模块，功率为20Ｗ，按照50个脉冲计算。 最差情况是，连续出现4个脉冲， 每个脉宽都是2ｍｓ， 脉冲间的关断时间0.18ｍｓ，这四个脉冲基本就是连续波。 但是剩余46个脉冲的脉宽只有0.3ｍｓ，相邻脉冲信号的关断时间0.6ｍｓ，相当于占空比30％ ，换算完功放的热耗约为8.12Ｗ；

电源模块的内部分为两个5Ｗ 的发热模块，其分别贴着电源的后壁和前壁散热齿处。 由于小型密闭机箱的工作环境几乎均为室外工作，考虑到本机箱暴露在野外工作，以温室45℃ 的太阳辐射达到稳态工作为边界条件，对整个机箱增加垂直重力方向的太阳辐射强度：1120Ｗ／ｍ2（中午12点），确保热仿真模拟能接近真实环境条件。

图4所示为功放模块结构示意，顶部的法兰盘通过波导管和机箱顶部的天线连接，背部热源面与机箱壁接触，通过机箱外部散热齿，以强迫风冷的方式将热量送去机箱外部环境。

２. ２ 风机选型

一般来讲，风机能提供的最大风量越大，对流就越强，散热效果就越好，但同时结构尺寸就越大，产生的噪声也越大。 根据热平衡方程，机箱所需的通风量一般为

综合考虑结构安装尺寸，电源输入功率等因素，选择风机型号为ｅｂｍ公司的614ＮＨ，其输入电压为24Ｖ直流，输入功率为2.1Ｗ，额定转速5600ｒ／ｍｉｎ，最大风量为43ｍ3／ｈ，噪音仅有37ｄＢ，该款风机的尺寸为60×60×25ｍｍ，其风量 － 风压关系如图5所示。

２. ３ 风道设计

机箱内部电子设备都布置在内表面贴壁安装，整个机箱外表面都可作为散热区域，为增大散热面积，在功放模块后壁外侧，增加散热齿，由于机箱壁厚以及外部风机罩的尺寸限制， 散热齿高度为10ｍｍ，宽度为1.2ｍｍ，间距为2.6ｍｍ，共计11道散热齿。 在机箱壁面增加结构安装凸台，便于加装防水风机，装配完如图6所示，在满足小型化空间利用率的同时选择风量相对较大的风机。

风机将冷风从风机罩正面进风口吸入，流经散热翅片，从散热齿两侧经风机罩将热量带出机箱壁，机箱内风道及风走向示意图如图7所示，进风口1处，出风口2处。 散热齿增加的进口风道的截面积为94×10× 22＝20680ｍｍ2，通过增加风冷面积可快速将机箱壁的热量带走。 在整个散热过程中，气流只通过风道流通，不与机箱内部的模块设备直接接触，使机箱内外界完全隔离，从而实现密闭功能。

２. ４ 热仿真

本节主要分析功放模块以及电源模块工作时的热耗及散热情况。 根据2.1节中的仿真条件，各模块热耗及太阳辐射的总功率按18.12Ｗ计算，环境温度设置为55℃ ，通过UG软件对模型进行热仿真分析，结果如图8所示为功放模块、电源模块及壳体的温度上升云图。 图8（ ａ）、8（ ｂ）为功放模块以及密闭机箱壳体的温度云图，可以看到功放模块最高升温到78.6℃ ，由于贴壁设计，壳体散热齿的最高温度为70℃ ，传热效果较好。 图8（ ｃ）为电源模块的温度云图，当环境温度为55℃ 时，由于电源散热齿处于机箱内部，并没有贴着机箱壁，因此靠近散热齿处的发热单元只能依靠散热齿的自然对流散热，其最高温度为74.2℃ ，而贴壁处的发热单元可通过机箱壁将电源的热量快速传递到机箱外部，其温度为71.3℃ 。 图8（ ｄ）为电源模块各切面温度云图，其中电源与机箱结构的接触面温度均为最高。

由云图可知，在55℃ 环境下，模拟太阳辐射条件后，各模块工作温度均低于许用温度值90℃ 。

３ 结束语

本文简单阐述小型化密闭天线机箱的结构设计原理与热设计过程，通过热仿真数据结合试验情况验证了风冷散热和结构设计的合理性，得出如下结论：

１）区别以往的机箱，该机箱进行分体式设计，将风机单独隔离，保证了进风口及出风口有足够的风量进出，充分发挥了风机性能，通过将模块芯片上的热量导致壳体的散热齿，对散热齿强迫风冷散热的方式解决小型化密闭机箱的散热问题，在环境温度为55℃ ，存在太阳辐射时，功放模块、电源模块的工作温度均低于许用温度值90℃ ，提高设备的工作稳定性；

２）通过分配有限空间，对六边形结构充分运用，实现小型化机箱的设计；

３）对机箱密闭性设计，通过密封条以及盲孔结构的设计使其可在淋雨、潮湿、昼夜温差大等环境下的正常工作，对该类机箱设计提供一定的参考意义。

文章选自《火控雷达技术》 作者：邰炜华，魏东，陈怡心，转载此文章仅以传播知识为目的，如有任何版权问题请及时联系我们！