一种基于烟囱效应的有源地波雷达散热结构的制作方法

1.本发明涉及雷达散热技术领域，特别是一种基于烟囱效应的有源地波雷达散热结构。


背景技术：

2.高频地波雷达发射的垂直极化电磁波沿海平面绕射，传播衰减小且不受地球曲率的影响， 可以实现对目标的超视距探测和远距离海洋环境监测。在雷达运行时，功放、电源等组件会 产生大量的热量。如果产生的热量不能够被及时有效的散出，会导致器件内热量堆积、温度 过高，最终导致性能下降并影响器件寿命，或导致器件的损坏。
3.现有的散热方式分为主动式和被动式散热两类。主动式散热需要外加的驱动力，如风扇、 水泵，从而形成强制的风冷或液冷，达到散热的目的。有源地波雷达工作环境为海边，一般 架设在山崖、陡坡等地势处，且往往伴随台风等天气过程，因此主动式散热设备容易损坏且 不易维修。同时，主动式散热增加了额外功耗，不适合应用于环境复杂、布线困难的地波雷 达。被动式散热不需要增加额外功耗和散热设备，依靠散热片通过自然对流的方式将热量传 播至空气中，散热效果不如主动式散热。为了提升散热效果，一般情况下会加大散热齿片与 空气的接触面积。然而增加齿片与空气的接触面积带来的必然是散热片的尺寸和数量的增加， 这会导致散热齿片质量的增加和器件整体体积的增大。同时，较为密集的散热齿片也会影响 气流的流通，无法实现有效散热。因此，高效的被动式散热结构对有源地波雷达产品的安全 性和可靠性尤为重要。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于烟囱效应的有源 地波雷达散热结构，该基于烟囱效应的有源地波雷达散热结构能够在不增加功耗、无需日常 维护的情况下，有效降低有源地波雷达器件的温度，从而提高设备的可靠性和安全性。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
6.一种基于烟囱效应的有源地波雷达散热结构，包括从下至上依次同轴设置的底座、下节 杆和上节杆。
7.有源地波雷达包括发射模块和天线杆。
8.发射模块包括发热器件，发热器件具有散热腔和沿竖向均匀布设在散热腔中的散热翅片。
9.发射模块安装在底座顶端，位于底座外周的发射模块底部设置有与散热腔相连通的进风 口。
10.发热器件的顶部设置有下节杆安装孔，用于与下节杆底部相连接。
11.下节杆和上节杆均为中空结构，上节杆的顶部侧壁设置有出风口，上节杆的顶端面同轴 安装所述天线杆；
12.进风口、下节杆的中空腔、上节杆的中空腔和出风口共同构成烟囱通道，烟囱通道的有 效高度不得低于5m。
13.出风口的面积小于进风口的面积。
14.在下节杆顶部或上节杆底部开设有透光罩，透光罩上贴附有集热材料。
15.出风口的面积和进风口的面积之比接近1。
16.出风口的面积和进风口的面积之比位0.87。
17.烟囱通道的有效高度为5066mm，透光罩位于出风口下方1208mm处的上节杆上，透光 罩采用高
×
宽为100mm
×
500mm的圆弧状有机玻璃。
18.上节杆的内径小于下节杆的内径。
19.上节杆的内径为130mm，下节杆的内径为150mm。
20.通过增加烟囱通道的有效高度h、增大进风口面积a1和出风口面积a2，能有效提升空气 对流效果，增大自然通风量n；其中，自然通风量n的计算公式为：
[0021][0022]
其中，tn为发热器件温度；tw为外界环境温度。
[0023]
tn的设计值为65℃，tn的实际值通过在发热器件上布设若干个测温点进行测试并取平均 值求得。
[0024]
下节杆、上节杆和散热翅片的材料均为铝材。
[0025]
发热器件包括功放组件和电源组件。
[0026]
本发明具有如下有益效果：
[0027]
1)本发明基于烟囱效应的自抽吸作用，增强自然对流散热。本发明在发射模块上垂直向 上延伸下节杆和上节杆，形成一个筒体，即烟囱通道。根据烟囱效应产生的自抽吸作用，增 大了气流通道内的空气流速，增强了散热齿片表面的空气对流效果，改善了发射模块中功放 组件和电源组件等发热器件上的散热齿片上的部分流体因温度较高，换热温差较小，风场流 速较低以及温度梯度与流体速度场夹角过大等因素，造成的对流传热效果较差、热量无法有 效散出、器件温度较高等缺点。
[0028]
2)热压是由于结构内外空气温度不同而形成的重力压差，当室内温度高于室外，结构的 上部会有较高压力，而下部压力较低。当上部和下部存在开口时，空气通过较低的开口进入， 从上部开口流出，即为“烟囱效应”。不同高差在不同温度条件下产生的垂直方向的空气压力 差不同，高差越大、温度越高的情况下压力差越大，能产生的烟囱效应越强。普通烟囱通道 的出风口温度最高，中间点风速大于出风口风速，进而大于进风口风速。然而，本发明中， 通过在烟囱通道中部增加透光罩并在透光罩上贴附集热材料的办法，在不同的外界环境和温 度下，均能够升高烟囱通道中间点的温度，使烟囱通道中间点温度最高，进而使得烟囱通道 的出风口风速大于中间点风速，中间点风速大于进风口风速。根据流体力学伯努利方程可知， 流体速度越大，动压越大，静压越小。当出风口风速最大时，其静压最小，整体结构的空气 静压从下至上逐渐减小，因此，本发明能有效提高热压通风效果。
[0029]
3)通过增加烟囱通道的有效高度和增大进风口面积，有效提升空气对流效果。烟囱通道 有效高度不得低于5m。同时根据热压作用下自然通风量公式可以得出，在烟囱通道内外温差 一定、烟囱通道有效高度不变的情况下，出风口和进风口面积越接近，通风量越
大。故出风 口和进风口的面积之比接近1，能够有效提升烟囱通道自然通风量。
[0030]
4)本发明结构简单，在传统的散热器件的散热齿片的基础上，向上延伸出一个烟囱通道。 增加的烟囱通道由两根圆管组成，之间用法兰或螺纹连接，且本发明所述的烟囱通道均为铝 制件，具有加工方便且制造成本较低的优点。
附图说明
[0031]
图1显示了本发明一种基于烟囱效应的有源地波雷达散热结构的整体结构图一。
[0032]
图2显示了本发明一种基于烟囱效应的有源地波雷达散热结构的整体结构图二。
[0033]
图3显示了本发明中发射模块的爆炸图。
[0034]
图4显示了本发明中发射模块的纵剖面图。
[0035]
图5显示了本发明与两种现有散热方式的散热效果对比图。
[0036]
其中有：
[0037]
1.底座；2.发射模块；21.下节杆安装孔；22.散热腔；23.散热翅片；3.下节杆；4.上节 杆；5.天线杆；6.透光罩；7.功放组件；8.电源组件；9.烟囱通道；91.进风口；92.出风口。
具体实施方式
[0038]
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0039]
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方 位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而 不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、
ꢀ“
第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用 的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
[0040]
如图1和图2所示，一种基于烟囱效应的有源地波雷达散热结构，包括从下至上依次同 轴设置的底座1、下节杆3和上节杆4。
[0041]
如图1、图3和图4所示，有源地波雷达包括发射模块2和天线杆5。
[0042]
发射模块包括发热器件，优选包括功放组件和电源组件。发热器件具有散热腔22和沿竖 向均匀布设在散热腔中的散热翅片23。其中，散热翅片的材料优选为铝材。
[0043]
发射模块安装在底座顶端，位于底座外周的发射模块底部设置有与散热腔相连通的进风 口91。
[0044]
发热器件的顶部设置有下节杆安装孔21，用于与下节杆底部相连接。
[0045]
下节杆和上节杆均为中空结构，且均优选才有铝材制成。
[0046]
上节杆的顶部侧壁设置有出风口92，上节杆的顶端面同轴安装天线杆。
[0047]
进风口、下节杆的中空腔、上节杆的中空腔和出风口共同构成烟囱通道9，烟囱通道的 有效高度不得低于5m，本实施例中优选为5066mm。
[0048]
上节杆的内径优选小于下节杆的内径，本实施例中，进一步优选为：上节杆的内径为 130mm，下节杆的内径为150mm。
[0049]
在下节杆顶部或上节杆底部开设有透光罩6，透光罩上贴附有集热材料。透光罩优选位 于出风口下方1208mm处的上节杆上，透光罩优选采用高
×
宽为100mm
×
500mm的圆弧状有 机玻璃。
[0050]
上述透光罩以及贴附的集热材料，能够提高烟囱通道中间点温度，使得烟囱通道的出风 口风速大于中间点风速，有效提高热压通风效果。基于烟囱效应的自抽吸作用，增大了气流 通道内的空气流速，增强了散热齿片表面的空气对流效果，提高了散热效率，从而达到被动 式散热的使用要求，并提高了有源地波雷达的安全性和可靠性。
[0051]
通过增加烟囱通道的有效高度h、增大进风口面积a1和出风口面积a2，能有效提升空气 对流效果，增大自然通风量n；其中，自然通风量n的计算公式为：
[0052][0053]
其中，tn为发热器件温度；tw为外界环境温度。
[0054]
tn的设计值为65℃，tn的实际值通过在发热器件上布设若干个测温点进行测试并取平均 值求得。本技术中，测温点优选布设有5个。
[0055]
由上述自然通风量公式可以得出，在烟囱通道内外温差一定、烟囱通道有效高度不变的 情况下，出风口和进风口面积越接近，通风量越大。故出风口和进风口的面积之比接近1， 本实施例中优选为0.87，从而能够有效提升烟囱结构自然通风量。
[0056]
上述发射模块中的功放组件和电源组件工作时产生的热量，分别通过铝制散热齿片传播 到发射模块的散热腔，再基于烟囱效应进入中空的下节杆和上节杆中，最后通过上节杆顶部 的出风口将热量散失到外部环境中。同时，本发明中的透光罩，能够提高烟囱结构中间点温 度，使得烟囱结构的出风口风速大于中间点风速，有效提高热压通风效果。基于烟囱效应的 自抽吸作用，增大了气流通道内的空气流速，增强了散热齿片表面的空气对流效果，提高了 散热效率，从而达到被动式散热的使用要求，并提高了有源地波雷达的安全性和可靠性。
[0057]
针对本实例结构参数，分别对传统散热齿片、主动式风扇散热与本发明实例结构进行温 度测量实验，并对结果进行统计对比。如图5所示，功放组件及电源组件功率为500w，热量 转化率大于50％，在外界温度为30℃时，组件自带的散热齿片将温度控制为85℃左右，如使 用6只12v/1.68a主动式散热风扇能将组件温度从85℃降低到55℃，如采用本发明所述的被 动式散热烟囱结构能将组件温度从85℃降低到65℃，既满足组件工作温度不得大于70℃， 又满足受限于有源地波雷达工作环境只能采用被动式散热方式的要求。
[0058]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体 细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同 变换均属于本发明的保护范围。