КОРПУС УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ
POWER AMPLIFIER HOUSING

Изобретение относится к области электроники, а именно к конструкциям корпусов для усилителей мощности, и может быть использовано для отвода теплового излучения от электронных компонентов усилителя, а также их экранирования от электромагнитного излучения.
Высоколинейный усилитель мощности содержит в себе электронные компоненты с высоким тепловым излучением, и для нормальной работы этих компонентов тепло необходимо отводить во внешнюю среду. При этом важным является обеспечить экранировку указанных компонентов от электромагнитного излучения, для чего могут применяться корпуса в виде оболочек, изготовленных из материалов с высокими электропроводными свойствами. Кроме того, применение усилителя мощности в составе устройства, используемого в полевых условиях, предъявляет особые требования к защите компонентов усилителя от различных механических воздействий.
Из заявки на патент США US 20160307819, опубл. 20.10.2016, известно корпусное теплоотводящее устройство для твердотельного накопителя, включающее металлическое основание, на котором крепится печатная плата, и внешний корпус, контактирующий с основанием через слой теплопроводного материала. Известное корпусное теплоотводящее устройство выбрано в качестве наиболее близкого аналога заявляемого технического решения.
Недостатком указанного ближайшего аналога является относительно невысокая эффективность отвода тепла, а также отсутствие электромагнитной и механической защиты электронных компонентов твердотельного накопителя.
Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков ближайшего аналога и других известных аналогов и разработка корпуса усилителя мощности, обеспечивающего одновременно тепловую, электромагнитную и механическую защиту компонентов.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении теплоотводящих и прочностных свойств корпуса при одновременном обеспечении электромагнитного экранирования электронных компонентов усилителя мощности.
Указанный технический результат достигается в конструкции корпуса усилителя мощности за счет того, что он содержит основание, стенку и крышки, соединенные с образованием полости для размещения электронных модулей усилителя. Основание выполнено в виде плиты из материала с высоким коэффициентом теплопроводности (медь, алюминий и т.п.), имеющей крепежные отверстия и установочные площадки для крепления электронных модулей усилителя. Стенка выполнена из алюминиевого сплава и соединена с основанием соединением типа шип-паз, а крышки выполнены из алюминиевого сплава и соединены со стенкой соединением типа шип-паз.
Большая площадь основания, выполненного из медного сплава, обеспечивает равномерное распределение теплового потока и эффективный теплообмен усилителя мощности и устройства, в котором используется этот усилитель. Исполнение стенки и крышек из алюминиевого сплава позволяет придать конструкции жесткость и обеспечить электромагнитную защиту без излишнего увеличения массы корпуса. Конструкция шип-паз необходима для обеспечения электромагнитного замка, предотвращающего утечки и наводки электромагнитного излучения, а также надежное механическое соединение элементов корпуса в единое целое. В совокупности указанные признаки обеспечивают повышенные электромагнитную защиту, прочностные и теплоотводящие характеристики корпуса усилителя мощности.
Согласно частным вариантам реализации изобретения, по крайней мере в одной из крышек может быть выполнен кабельный ввод, технологический лючок, отверстие под разъем. На основание также может быть нанесен слой теплопроводной пасты.
Далее изобретение подробно поясняется со ссылками на фигуры.
На фиг. 1 показана конструкция корпуса усилителя.
На фиг. 2 показана в разрезе конструкция корпуса усилителя мощности с электронными компонентами.
На фиг. 3 показаны элементы усилителя мощности в разнесенном виде.
Заявленный корпус усилителя мощности представляет собой теплоотводящую и экранирующую электромагнитное излучение оболочку, обеспечивающую хорошую механическую защиту содержимого, которая включает следующие основные элементы: основание (1), стенку (2) и крышки (3).
Основание (1) представляет собой плиту (или пластину), выполненную из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. Основание (1) предназначено для отвода тепла от нагретых электронных компонентов усилителя мощности, нуждающихся в охлаждении. Основание (1) имеет большую площадь для более равномерного распределения теплового потока и более эффективного теплообмена с корпусом устройства, в котором используется усилитель мощности, в частности, с корпусом приемопередатчика, который, в свою очередь, через радиаторы отдает тепло внешней окружающей среде. Как показали испытания, для достижения заявленных технических результатов в качестве материала основания (1) предпочтительно использовать медные сплавы или другие материалы с теплопроводностью 0,8÷2,5 Вт/(м⋅К).
К основанию (1) крепятся электронные модули (4) (платы) с электронными компонентами (5). Для этого в основании (1) предусмотрены крепежные отверстия (б) для установки втулок (7), в которые ввинчиваются винты (8) для обеспечения плотного механического контакта между охлаждаемыми компонентами (5) и основанием (1). Кроме того, в основании (1) также выполнены установочные площадки (9) для охлаждаемых компонентов (5) электронных модулей (4).
Для более качественной теплопередачи между охлаждаемыми компонентами (5) электронных модулей (4) и основанием (1) может быть нанесен слой из теплопроводного материала (10), например, теплопроводная паста. Также для повышения теплоотдачи теплопроводная паста может наноситься между основанием (1) и корпусом устройства, в котором используется усилитель мощности, в частности, корпусом приемопередатчика (на фигурах не показан). Как показали испытания, для достижения заявленных технических результатов в качестве теплопроводного материала (10), в частности, теплопроводной пасты, предпочтительно использовать материалы с теплопроводностью 0,8÷2,5 Вт/(м⋅К). Вместо теплопроводной пасты также могут применяться листовые теплопроводящие прокладки, например листовые теплопроводящие материалы Номакон™.
Стенка (2) представляет собой рамочную конструкцию, изготовленную из материала с высокой электропроводностью и теплопроводностью. Стенка (2) является одновременно элементом силового каркаса и элементом электромагнитного экрана устройства. Как показали испытания, для достижения заявленных технических результатов в качестве материала стенки (2) предпочтительно использовать алюминиевые сплавы или другие материалы с теплопроводностью 130÷235 Вт/(м⋅К).
По контуру стенки (2) выполнен шип (11), который входит с одной стороны в ответные пазы (12) основания (1), с другой - в пазы (12) крышек (3), с образованием стыковых соединений типа шип-паз (13). Такое соединение необходимо для создания качественного электромагнитного замка, предотвращающего утечку и наводки электромагнитного излучения. Кроме того, соединение шип-паз характеризуется высокой механической прочностью и надежностью.
Крышки (3) изготовлены из материала с высокой электропроводностью и теплопроводностью. Крышки (3) являются одновременно элементами силового каркаса и электромагнитного экрана корпуса. Крышки (3) фиксируются винтами (14) к стенке (2). Как показали испытания, для достижения заявленных технических результатов в качестве материала крышек (3) предпочтительно использовать алюминиевые сплавы или другие материалы с теплопроводностью 130÷235 Вт/(м⋅К).
На крышках (3) также могут быть установлены технологические лючки (15) для подстыковки кабелей к разъемам без снятия крышек (3) для настройки электронных компонентов усилителя мощности, кабельные вводы (16) и/или отверстия под разъемы (17) для ввода-вывода сигналов и подачи питания на усилитель мощности без существенного снижения теплоотводящих, прочностных и экранирующих свойств корпуса усилителя мощности.
Благодаря конструкции и используемым материалам предложенный корпус усилителя мощности обладает повышенным уровнем электромагнитной экранировки электронных компонентов усилителя мощности и, одновременно, высокими теплоотводящими и прочностными свойствами, что особенно важно при использовании усилителя мощности в портативной аппаратуре связи. Согласно результатам испытаний, наибольшая эффективность теплоотводящих и прочностных свойств корпуса при одновременном обеспечении электромагнитного экранирования электронных компонентов усилителя мощности достигается при использовании комбинации указанных выше предпочтительных материалов и/или их характеристик теплопроводности для основания, стенки и крышек, а также, дополнительно, слоя теплопроводного материала.