CN102523707A - 一种捷变频信号源设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种捷变频信号源设备，采用内机笼加外机框形式，内机笼采用模块式设计，捷变频信号产生部分的高频板卡和低频板卡采用即插即拔方式与仪器背板连接，仪器背板上设有供电线路以及低频板卡对捷变频信号产生部分的控制信号线路；内机笼后部外表面安装电源；外机框后部安装风机；内机笼设置于外机框内部，内机笼右侧与外机框之间形成纵向风道；以设备深度方向为纵向，在纵向上电源与风机之间具有一定间距，电源与风机之间设置一导风管道用于将部分冷风导入，剩余部分输入纵向风道；在纵向风道中设置至少n个导风板，用于将冷风导入板卡之间。本发明结构紧凑，通过合理的风道设计使设备内部发热元器件均能够接触到散热风，保证设备可靠性。

Description

一种捷变频信号源设备

技术领域

本发明涉及机箱设计，具体涉及一种捷变频信号源设备。

背景技术

在捷变频信号源设计中，机箱及其内部模块和风道的设计页颇为重要。机箱是捷变频信号源提供结构支撑，内部模块连线方式的复杂程度决定设备调试维修效率，通过合理的风道设计与仿真，确保仪器良好的散热性能，从而为整机设备的可靠性提供了技术保障。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种捷变频信号源设备，结构紧凑，通过合理的风道设计使设备内部发热元器件均能够接触到散热风，从而降低设备内部温升，保证设备可靠性。

该方案是这样实现的：

一种捷变频信号源设备，包括：主壳体、外机框、内机笼；

内机笼为具有底面和4周侧壁的机框；其中，左、右侧壁均为金属孔板，底面为仪器背板，四侧壁上边沿齐平，下边沿处前后侧壁的高度大于左右侧壁；内机笼内部采用模块式结构设计，包括捷变频信号产生部分的N块高频板卡和捷变频信号控制部分的M块低频板卡，N和M均为正整数；高频板卡和低频板卡均采用轨道定位方式与仪器背板插接；低频板卡通过低频连接器与仪器背板连接；高频板卡通过低频连接器和盲插型射频连接器与仪器背板连接；两类板卡两两之间平行且具有一定间距；仪器背板上设有两类板卡的供电线路以及低频板卡对捷变频信号产生部分的控制信号线路；内机笼后侧壁外表面安装电源；

外机框包括左隔板、右隔板、前面板、后面板、上盖板、下盖板、风机；左隔板为金属孔板，右隔板为封闭板，前面板和后面板通过左、右隔板连接在一起，上、下盖板采用螺钉紧固于外机框的上下面；在后面板内表面紧靠右隔板的位置安装风机，后面板安装风机的位置开设通风孔；

内机笼设置于外机框内部，内机笼左侧壁靠近左隔板，内机笼右侧壁与右隔板之间具有一定间距形成纵向风道；以设备深度方向为纵向，在纵向上电源与风机之间具有一定间距，电源与风机之间设置一导风管道，该导风管道的入口和出口分别与风机出风口和电源抵触连接；导风管道在横向上将风机出风分为两部分，一部分通过导风管道输入电源，剩余部分输入纵向风道；在纵向风道中设置至少n个导风板，n为大于0的整数，其中一个导风板A垂直于下盖板设置在高频板卡和低频板卡所在区域的中部，该导风板A弯成L型，其一臂的端面连接于内机笼侧壁，另一臂位于纵向风道中间且其端面指向风机；

主壳体为一矩形筒状结构，套设在外机框外部，与左隔板邻近的主壳体侧壁上开设通风孔。

优选地，当至少包括2个导风板时，n个导风板中的一个导风板B设置在距离内机笼前侧壁最近的高频板卡所在纵向位置上，导风板B弯成L型，其一臂的端面连接于内机笼侧壁，另一臂贴近外机框且其端面指向风机。

优选地，当至少包括3个导风板时，所有导风板纵向均匀分布在所述纵向风道中，各导风板一臂L1的端面连接于内机笼侧壁，另一臂L2的端面指向风机，且各导风板的臂L2相互平行；沿风机出风方向，各导风板的臂L1的长度依次增加。

有益效果：

本发明的捷变频信号源设备作为捷变频信号源提供结构支撑，该机箱结构的设计摒弃了传统的微波射频模块的结构关系，模块与机箱的连接关系由传统的模块堆积连线形成改为即插即拔的形式，大大提高了调试维修效率，并使仪器内部结构紧凑、简洁、美观。同时，通过合理的风道设计与仿真，确保仪器良好的散热性能，从而为整机设备的可靠性提供了技术保障。

附图说明

图1为本发明捷变频信号源设备的组成示意图。

图2为内机笼的示意图。

图3为高频板卡的立体图。

图4为低频板卡的结构图。

图5为外机框的示意图。

图6(a)为内机笼、外机框和下盖板的安装示意图。

图6(b)为内机笼、外机框和上盖板的安装示意图。

图6(c)为主壳体组装示意图。

图7为一实施例中内机笼和导风板的布置示意图。

图8为对本发明风道进行热仿真分析的内部温度云图显示。

其中，1-主壳体，2-外机框，21-1-左隔板，21-2-右隔板，22-前面板，23-后面板，24-上盖板，25-下盖板，26-风机，3-内机笼，32-高频板卡，33-低频板卡，34-电源，35-导风管道，36-纵向风道，37-导风板。

具体实施方式

本发明提供了一种捷变频信号源设备，整体结构采用了内机笼加外框架的形式，其中内机笼采用背板上插功能模块的方式。后期开发具有不同功能的同类产品时，只需插入相应功能的模块到背板上即可实现产品功能的多样化。

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如图1所示，该设备包括主壳体1、外机框2和内机笼3。下面描述中以仪器前面板为“前”，当俯视本设备时，相应地确定“左”和“右”。

参见图2，内机笼3为具有底面和四周侧壁的机框。其中，左、右侧壁均为金属孔板，底面为仪器背板，四侧壁上边沿齐平；而下边沿处，前后侧壁的高度大于左右侧壁，从而形成前后的支撑腿，令仪器背板悬空，从而保护仪器背板中的电路。

内机笼3内部采用模块式结构设计，包括捷变频信号产生部分的N块高频板卡32和捷变频信号控制部分的M块低频板卡33，N和M均为正整数，根据实际设计确定。高频板卡32和低频板卡33均采用轨道定位方式与仪器背板插接。其中，低频板卡33通过低频连接器与仪器背板连接，高频板卡32通过低频连接器和盲插型射频连接器与仪器背板连接。两类板卡两两之间平行且具有一定间距。其中一种布置方式为：高频板卡32布置在内机笼3中靠近前侧壁的位置，低频板卡33布置在内机笼3中靠近后侧壁的位置。

如图3所示，低频板卡33上端两侧设置有助拔器，下端面的中部设置有低频信号接口；在仪器背板每个安装低频板卡33的位置上，设有销钉；销槽件设置在低频板卡33上，销槽件上设有与销钉配合的定位孔；不同低频板卡33对应的销钉位置不同，可以防止误插入。

如图4所示，高频板卡32采用全屏蔽结构，高频电路安装在屏蔽盒内，屏蔽盒采用铝型材Y12铣削而成。高频板卡32上端两侧设置有助拔器，下端面两侧设置有定位销，其作用是导向；下端面的中部设置有低频信号接口，低频信号接口与其中一个定位销之间设置射频信号接口。相应地，仪器背板上设置有与定位销配合的定位孔。

优选地，仪器背板上，与所有高频板卡和低频板卡的低频连接器的接插件在纵向方向的位置保持一致。

仪器背板上设有两类板卡的供电线路以及低频板卡33对捷变频信号产生部分的控制信号线路，采用底部的仪器背板作为供电和控制信号的传输媒介，减少了机箱内部走线，提高了整机可靠性，并使内部结构整洁美观。内机笼3后侧壁外表面安装电源34。

如图5所示，外机框2包括左隔板21-1、右隔板21-2、前面板22、后面板23、上盖板24、下盖板25(图中未示出)、风机26。左隔板21-1为金属孔板，右隔板21-2为没有开孔的封闭板，前面板22和后面板23通过左、右隔板连接在一起，上、下盖板采用螺钉紧固于外机框2的上下面。在后面板23内表面紧靠右隔板21-2的位置安装风机26，后面板23安装风机的位置开设通风孔。

如图6(a)～图6(c)所示，内机笼3设置于外机框2内部，在安装时，先装好下盖板25，再将内机笼3下扣，与前后面板、下盖板25及左右隔板固定在一起，然后再安装上盖板24，上盖板24同时也作为内机笼中各板卡的固定盖板。

如图8所示，主壳体1为一矩形筒状结构，套设在外机框2外部，与左隔板21-1邻近的主壳体1侧壁上开设通风孔，用于将使用过的热风排出机箱。优选地，在上盖板24的上表面上，沿主壳体1套入的方向开设导向槽(图中未示出)，主壳体1内表面与定位槽对应的位置设置与导向槽配合的导向键，主壳体1从后部套入外机框2时，导向键在导向槽内滑动实现导向安装。

电子设备的输入功率通过元器件(电阻性负载)转换成热能，并在设备内部散发出来，使设备机内温升增高，致使元器件的基本失效率增大，从而使设备的可靠性降低。为了解决这个问题，通过热设计的途径，采取使发热元器件散热冷却的措施来降低设备内部的温升，从而保证设备的可靠性。因此热设计是提高设备可靠性的有效措施之一。本发明的信号源设备采用强迫风冷的方式对设备进行散热。机箱内的风道设计，作为热设计中重要的一部分，本发明综合考虑到仪器内部各功能板卡的布局、风机的安装、以及使用了导风板，其设计的合理性直接决定产品的散热性能，从而影响到产品工作的可靠性。

具体来说，如图7所示，内机笼3左侧壁靠近左隔板21-1，内机笼3右侧壁与右隔板21-2之间具有一定间距形成纵向风道36。以设备深度方向为纵向，在纵向上电源34与风机26之间具有一定间距，电源34与风机26之间设置一导风管道35，该导风管道35的入口和出口分别与风机26出风口和电源34的入风口连接。导风管道35在横向上将风机26出风分为两部分，一部分通过导风管道35输入电源34，剩余部分输入纵向风道36。

为了令风机出风在各个板卡间均匀分布，在纵向风道36中设置至少n个导风板37，n为大于0的整数，图7就示出了只有一个导风板A的情况。导风板A垂直于下盖板25设置在高频板卡32和低频板卡33所在区域的中部，该导风板A弯成L型，其一臂的端面连接于内机笼侧壁，另一臂位于纵向风道36中间且其端面指向风机26，该导风板A的作用是将纵向风道36均分成两个通道，从而将风机出风导入各个板卡之间。

当设备中至少包括2个导风板时，其中一个导风板B设置在距离内机笼前侧壁最近的高频板卡32所在纵向位置上，导风板B同样弯成L型，其一臂的端面连接于内机笼侧壁，另一臂贴近外机框且其端面指向风机26。

设置导风板的数量可以根据设备板卡的数量决定，板卡越多应该相应地设置更多的导风板。当导风板数量大于3时，所有导风板纵向均匀分布在所述纵向风道中，各导风板一臂L1的端面连接于内机笼侧壁，另一臂L2的端面指向风机26，各导风板的臂L2相互平行，且沿风机出风方向，各导风板的臂L1的长度依次增加。

为了实现排风，本发明主壳体、外机框和内机笼上均开设的通风口。主壳体侧壁以及风机处的通风孔比较小，是在金属板上打孔实现的，打孔直径不大于3.5mm，孔径越小、板越厚，屏蔽性能越好，同时还在通风孔均装有屏蔽衬布，在保证设备散热的同时，达到滤尘、屏蔽作用。外机框和内机笼侧壁上的通风孔较大，因此采用金属丝网覆盖大面积的通风孔上，防止电磁泄漏，网丝的直径越粗、网孔越密、网丝材料的导电率越高，屏蔽性能越好。

下面举一个实例

对于一种具有7个高频板卡和3个低频板卡的捷变频信号源设备，机箱外形尺寸为宽(426mm)×高(182mm)×深(622mm)，其符合19英寸机柜上架标准。仪器主壳体采用不锈钢钣金、铝合金钣金等。内机笼中高频板卡的外形尺寸大致为宽(301.1mm)×高(128mm)×厚(20mm)，该尺寸不包括高频板卡上的信号接口和定位销。低频板卡的外形尺寸大致为宽(287.1mm)×高(128mm)×厚(20mm)。其中，低频板卡中控制器要占用两个槽位，尺寸为287.1mm×128mm×40mm。仪器背板上，高频板卡每个槽位宽30mm，低频板卡每个槽位宽27mm。

如图8所示，沿风机出风方向的逆向，对各个板卡(包括低频板卡和射频板卡)依次编号为P1～P10，分别在P1、P4、P8、P10的位置上布置导风板。基于该布置，进行散热仿真分析：

由于内部板卡的功耗基本确定，因此可以通过如下风冷计算模型进行风量计算，从而确定风机选型。风冷计算模型如下：

通风量 $Q_t=\frac{\mathrm{\Φ}}{\mathrm{\ρ}{C}_p\mathrm{\Δt}}(m^3/s)$

式中，ρ空气的密度(1.12Kg/m³)；

C_p——空气的比热容(1.0·10³J/Kg·℃)；

Φ——热流量(总损耗功率)(300w)；

Δt——冷却空气的出口与进口温差(10℃)；

计算得出：Qt＝0.027m³/s＝98m³/h；

一般系统设计中，由于风阻等因素影响，风机选型的最大风量均为计算空气流量的1.5～2倍，因此可以选用德国EBM-4200系列风机中的EBM4212H，其风量为184m³/h，尺寸规格119×119×38mm。

为了提高设计的可靠性，在确定设备结构、内部功耗的同时，对该设备进行了热仿真分析，具体计算如下：

边界条件的设定：

电源热耗：20w；

低频板卡热耗：3×16w；

高频板卡热耗：7×16w；

环境温度设置：40℃；

机箱材料设置：铝合金；

机箱外形尺寸：426×182×622mm；

高频板卡：301.1×128×20mm(6063铝合金)；

低频板卡：287.1×123×40mm(控制器)；

低频板卡：287.1×123×20mm；

风机型号：德国EBM 4212H；

图8示出了热仿真分析的内部温度云图显示，仿真结果如下：

表1仿真结果板卡最高温度值

经过仿真分析，合理布局的导风板可以保证箱内空气流动的均匀性，温度最高处温度变化为7℃，能够满足设备正常工作的要求。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种捷变频信号源设备，其特征在于，包括：主壳体(1)、外机框(2)、内机笼(3)；

内机笼(3)为具有底面和4周侧壁的机框；其中，左、右侧壁均为金属孔板，底面为仪器背板，四侧壁上边沿齐平，下边沿处前后侧壁的高度大于左右侧壁；内机笼(3)内部采用模块式结构设计，包括捷变频信号产生部分的N块高频板卡(32)和捷变频信号控制部分的M块低频板卡(33)，N和M均为正整数；高频板卡(32)和低频板卡(33)均采用轨道定位方式与仪器背板插接；低频板卡(33)通过低频连接器与仪器背板连接；高频板卡(32)通过低频连接器和盲插型射频连接器与仪器背板连接；两类板卡两两之间平行且具有一定间距；仪器背板上设有两类板卡的供电线路以及低频板卡(33)对捷变频信号产生部分的控制信号线路；内机笼(3)后侧壁外表面安装电源(34)；

外机框(2)包括左隔板(21-1)、右隔板(21-2)、前面板(22)、后面板(23)、上盖板(24)、下盖板(25)、风机(26)；左隔板(21-1)为金属孔板，右隔板(21-2)为封闭板，前面板(22)和后面板(23)通过左、右隔板连接在一起，上、下盖板采用螺钉紧固于外机框(2)的上下面；在后面板(23)内表面紧靠右隔板(21-2)的位置安装风机(26)，后面板(23)安装风机的位置开设通风孔；

内机笼(3)设置于外机框(2)内部，内机笼(3)左侧壁靠近左隔板(21-1)，内机笼(3)右侧壁与右隔板(21-2)之间具有一定间距形成纵向风道(36)；以设备深度方向为纵向，在纵向上电源(34)与风机(26)之间具有一定间距，电源(34)与风机(26)之间设置一导风管道(35)，该导风管道(35)的入口和出口分别与风机(26)出风口和电源(34)抵触连接；导风管道(35)在横向上将风机(26)出风分为两部分，一部分通过导风管道(35)输入电源(34)，剩余部分输入纵向风道(36)；在纵向风道(36)中设置至少n个导风板(37)，n为大于0的整数，其中一个导风板A垂直于下盖板(25)设置在高频板卡(32)和低频板卡(33)所在区域的中部，该导风板A弯成L型，其一臂的端面连接于内机笼侧壁，另一臂位于纵向风道(36)中间且其端面指向风机(26)；

主壳体(1)为一矩形筒状结构，套设在外机框(2)外部，与左隔板(21-1)邻近的主壳体(1)侧壁上开设通风孔。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，高频板卡(32)布置在内机笼(3)中靠近前侧壁的位置，低频板卡(33)布置在内机笼(3)中靠近后侧壁的位置。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，低频板卡(33)上端两侧设置有助拔器，下端面的中部设置有低频信号接口；在仪器背板每个安装低频板卡(33)的位置上，设有销钉；销槽件设置在低频板卡(33)上，销槽件上设有与销钉配合的定位孔；不同低频板卡(33)对应的销钉位置不同。

4.如权利要求1或3所述的设备，其特征在于，高频板卡(32)采用全屏蔽结构，高频电路安装在屏蔽盒内，屏蔽盒采用铝型材Y12铣削而成；高频板卡(32)上端两侧设置有助拔器，下端面两侧设置有定位销，下端面的中部设置有低频信号接口，低频信号接口与其中一个定位销之间设置射频信号接口；相应地，仪器背板上设置有与定位销配合的定位孔。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述仪器背板上，所有低频板卡和高频板卡的低频连接器在纵向方向的位置保持一致。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，当至少包括2个导风板时，n个导风板(37)中的一个导风板B设置在距离内机笼前侧壁最近的高频板卡(32)所在纵向位置上，导风板B弯成L型，其一臂的端面连接于内机笼侧壁，另一臂贴近外机框且其端面指向风机(26)。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，当至少包括3个导风板时，所有导风板纵向均匀分布在所述纵向风道中，各导风板一臂L1的端面连接于内机笼侧壁，另一臂L2的端面指向风机(26)，且各导风板的臂L2相互平行；沿风机出风方向，各导风板的臂L1的长度依次增加。

8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，该设备中包括7个高频板卡(32)，沿风机出风方向的逆向，依次编号为P1～P7；该设备中包括3个低频板卡(33)，沿风机出风方向的逆向，依次编号为P8～P10；该设备中包括3个导风板，分布设置在P1、P4、P8和P10处。

9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，在上盖板(24)的上表面上，沿主壳体(1)套入的方向开设导向槽，主壳体(1)内表面与定位槽对应的位置设置与导向槽配合的导向键，主壳体(1)从后部套入外机框(2)时，导向键在导向槽内滑动实现导向安装。

10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述金属孔板处覆盖金属丝网；在所述通风孔处铺设屏蔽衬布。

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