电子设备的结构模块化设计方法及应用

电子设备的结构模块化设计方法及应用

电子设备一般可以分为若干个功能模块，在对电子设备进行设计的过程中，可以按照模块化的设计原则，分别对电子设备的各个组成部分进行设计。在介绍电子设备的各个组成结构之后，阐述各个结构模块的设计方法，并介绍结构模块化设计方法的相关应用情况。

标签：电子设备;结构;模块化;设计方法

引言

随着对电子设备性能要求的提高，电子设备中的各个组成结构，需要进行合理的设计。以电子设备中的VPX散热冷板为例，随着电子元件集成度越来越高，热流密度越来越大，风冷冷板在很多情况下已经不能满足散热要求，电子液冷冷板已经开始普遍使用。目前的电子液冷冷板有镶管式、打孔式及内翅片式，其中前两者存在重量重、厚度大且换热效果差的缺点，而随着电子元件集成度不断增长，热流密度越来越大，对于电子液冷冷板的散热要求也越来越高，现在的普通电子液冷冷板不能更好地满足电子元件散热的要求，所以要加强对电子设备的结构模块化设计。

一、电子设备的结构

电子设备在组成结构上，包括TR组件、VPX散热冷板、VPX机箱散热模块等，各个组成模块相互间协调运行，保证电子设备能够正常工作。以TR组件为例，TR组件具有集成度和模块化程度高的特点，由于端口位置单调分布，考虑到整机阵列式排布的方式使用，需要将若干组件叠层放置，由专用的波控电路统一控制，必然会导致模块集成度高，而整机集成度相对低的特点。整机设计时一般会将高集成度与精细化的压力往组件方面侧重，努力压缩组件体积的同时要求增加组件功能。

二、电子设备各模块的功能

电子设备中的各个组成模块都具有相应的功能，以下分别介绍电子设备中的TR组件、VPX机箱散热模块、VPX散热冷板等组成结构的功能，对于电子设备的结构模块化设计具有一定的指导意义

1.TR组件

对于TR组件，即用于发送和接收的组件，里面有很多组成构件，如微波组件，这种组件中包括了多种不同类型的微波元件，目前已经应用在多个不同的场合中。传统意义上的TR组件，其中一端用来接收信号，可以采用天线接收的方式，另外一端接处理单元，形成一个通过无线通信方式构成的通信系统。随着电子设备中TR组件制造技术的提高和进步，可以采用多通道的数字化的TR组件，

这种类型的TR组件包括芯片、时钟模块、收发接口等，各个模块统一为一个整体，相互间协调运行。

2.VPX机箱散热模块

对于VPX机箱散热模块，VPX系统具有明显的特点，首先是在总线的宽度方面进行了提升，从而增加了VPX机箱的整体散热性能，并且提高了VPX机箱散热运行的可靠性。影响VPX机箱散热系统的散热性能的因素主要包括VPX机箱散热的表面积、所采用的材料，以及VPX机箱散热运行的环境下的温度差等。在VPX机箱散热模块中的热管，热管中充满了液体，当液体受热后蒸发，从而可以带走一部分热量。同时，所蒸发出的蒸汽可以流入热管中进行冷凝，从而形成一个闭环的整体。

3.VPX散热冷板

电子元件设置于上盖板的一侧，电子元件工作时，主要通过进出液接头通入冷却介质带走电子元件散出的热量，翅片可以增加冷板的传热系数和传热面积。当冷却介质无法满足电子元件的散热要求时，冷板的表面温度开始增加，当增加到相变材料的相变温度时，相变材料开始产生相变，通过相变的溶化潜热吸收大量的热量，降低冷板的表面温度，从而保证电子元件的正常工作。

三、电子设备的模块化设计方法

TR组件的设计：对于TR组件的设计，在封装方法方面，可以按照以下步骤进行：将TR组件划分为微波电路、数字电路和电源电路三种类型电路;将电路板对应划分为微波层、数字层和供电层三种电路层;三种类型电路的电路走线分别置于不同的电路层上面，不同类型的电路层之间采用地层隔离;不同类型的电路层之间通过密集通孔的方式互联;TR组件的收发单元采用微波数字芯片;TR组件收发单元的器件密封至收发腔体之内，采用这种方法可以突破多层微波复合基板仿真建模，具有较高的集成度、隔离度和可靠性。

VPX机箱散热结构设计：对于VPX机箱散热结构设计，可以采用机箱、热管和散热件，机箱与散热件相互分隔，热管的蒸发段容纳于机箱壁内并与机箱壁连接，热管的冷凝段容纳于散热件内并连接散热件。机箱与散热件通过热管连接，利用了热管的相变原理，能在极小的温差下将机箱的部分发热量传递至散热件中，并且由于机箱与散热件分隔布置，两者分别遵循自身的散热效率限制而不互相影响，因此散热结构的散热能力相对于原来单个机箱大大增加，突破单纯在机箱表面设计翅片的极限散热量。

电子元件的散热冷板：对于电子元件的散热冷板，可以由上至下依次設置真空钎焊为一体的上盖板、上框封条、隔板、下框封条和下盖板，其中上框封条的内部设有与上框封条高度一致的翅片，该翅片的内部设有冷却介质流道，上框封条上设有与冷却介质流道相通的进液接头和出液接头，下框封条的内部填充有相变材料并且在下框封条上设有工艺孔。这样设计具体有以下几点有点：一是重量

轻、结构紧凑、成本低、加工简单;二是保证冷板表面温度低于电子元件的最高允许温度，保护电子元件防止被烧坏;三是相对于传统的冷板，传热性能更加优良，换热效率更高。

四、结构模块化设计的优点

（1）减轻了设计者的劳动量，提高了设计效率。模块，化设计避免重复性设计工作，使设计者把精力重点用于改进和完善设计方面！缩短了设计周期。

（2）能够降低加工成本！提高产品的竞争力，模块化的结构设计，使零部件具有了通用性，可以系列化批量生产，也便于同一系列产品使用相同的模具，使成本降低。

（3）便于设备维修与调试。对于故障模块！可以实现快速更换，对于设计了冗余模块的产品，各个模块相对独立，更换故障模块不影响设备正常工作！产品的可靠性也大幅提高。

（4）抗恶劣环境能力提高。比如，对于电磁敏感部分设计成单独的模块进行电磁屏蔽，对于产品相互干扰的部分设计成分开的模块进行隔离。

五、电子设备模块化设计的应用

电子设备采用模块化的设计方法之后，由于电子设备实际的应用环境有所不同，可以根据电子设备的实际运行情况，对电子设备的设计方案加以改进，以使电子设备能够更好地运行。如为了提高VPX机箱散热结构的散热效果，可以对散热结构进行改进，VPX机箱内设有内导热件，内导热件为内部热管，内部热管分别连接端壁和侧壁。由于机箱自身具有扩散热阻，所以流经机箱侧壁散失的热量较小，若在侧壁增加散热翅片，实际上对于机箱散热的改善作用相对机箱端壁要小，因此将端壁的热量通过内部热管的相变原理传递至侧壁上，充分利用机箱整体来散热，提高散热效果。

结束语：电子设备在投入实际生产前，需要进行合理的规划设计，一般可以采用模块化的设计思想，将电子设备按照功能的不同划分为不同的组成模块，分别进行设计，最后组装成为一个整体。本文所分析的电子设备的模块化设计方法，对于提高电子设备的设计制造水平具有一定的价值。

参考文献：

【1】邓少文.电子设备结构设计中的电磁兼容研究[J].无线互联科技，2019（16）：102-103.

【2】李姣姣.电子设备电磁屏蔽的结构设计[J].科技创新与应用，2019（6）：32-34.