通信設(shè)備電磁兼容的機械結(jié)構(gòu)

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摘要：文章從內(nèi)部因素和外部因素兩個方向入手，分析了通信設(shè)備電磁干擾的主要因素，在此基礎(chǔ)上分析通信設(shè)備電磁兼容的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容和原則，針對基本內(nèi)容和原則進(jìn)行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，并通過仿真解析設(shè)計結(jié)果。

關(guān)鍵詞：通信設(shè)備；電磁兼容；機械結(jié)構(gòu)設(shè)計；仿真

1通信設(shè)備電磁干擾因素分析

1.1內(nèi)部因素

1.1.1電氣操作

通信設(shè)備運行中，要想保證其功能實現(xiàn)，以開關(guān)操作的電氣操作必不可少，在進(jìn)行電磁操作的過程均會產(chǎn)生電磁干擾。尤其是對于高頻振蕩電流產(chǎn)生的情況，通信設(shè)備和通信線路中會產(chǎn)生寬頻譜的電磁輻射干擾。通信設(shè)備中當(dāng)出現(xiàn)斷路以及其他故障的時候，暫態(tài)電壓等因素的影響，也會產(chǎn)生電磁干擾的問題。

1.1.2系統(tǒng)短路故障

對通信設(shè)備而言，在運行過程中因為內(nèi)部及外界因素的影響會產(chǎn)生短路問題，短路時必然會出現(xiàn)大電流，在接地點中能夠?qū)⒋箅娏鲗?dǎo)入到接地網(wǎng)當(dāng)中。但是在這一過程中線路電位會出現(xiàn)顯著升高，共模干擾電壓在二次回路中會直接影響通信設(shè)備。

1.1.3靜電放電

由于系統(tǒng)長時間的運行和通電，會在通信設(shè)備中產(chǎn)生靜電，靜電不及時導(dǎo)出而一直在設(shè)備內(nèi)部放電的話，會直接引起電子元器件故障。主要是由于靜電放電的時間短、幅值高導(dǎo)致的，嚴(yán)重時會直接導(dǎo)致系統(tǒng)失靈。

1.2外部因素

1.2.1雷電天氣

外界天氣水文因素是不可控的因素之一，尤其是南方比較典型的雷雨天氣當(dāng)中，通信設(shè)備會出現(xiàn)電磁暫態(tài)，對通信設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，其中，感應(yīng)雷對通信設(shè)備的電磁干擾最為顯著。在雷雨天氣當(dāng)中，如果受到感應(yīng)雷等雷電因素的影響，會產(chǎn)生大電流并通過地線引走，這一過程中電位瞬時升高，引起接地點電力通信設(shè)備的電位迅速升高，可能會引起電力通信設(shè)備的絕緣擊穿，引發(fā)故障。

1.2.2低頻干擾

通信設(shè)備是一個復(fù)雜的統(tǒng)一系統(tǒng)，由電阻、電容、電感等眾多元器件構(gòu)成，在通信設(shè)備以及電力設(shè)備運行過程中必然會產(chǎn)生工頻磁場，同時，還會出現(xiàn)局部放電，造成電磁干擾。另外，系統(tǒng)中的元器件也會產(chǎn)生過電壓以及過電流和高次諧波感應(yīng)電壓等，影響通信設(shè)備的正常運行。如果通信設(shè)備運行出現(xiàn)問題及故障，會直接導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)丟失[1]。

2電磁兼容設(shè)計的基本內(nèi)容與原則

對于通信設(shè)備和通信工程而言，一般包括系統(tǒng)間和系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容兩部分。其中，系統(tǒng)間的電磁干擾主要是輻射電磁干擾源在空間域以及時間域內(nèi)進(jìn)行傳輸，針對這種問題可以根據(jù)干擾源、干擾方式等進(jìn)行控制和設(shè)計抗干擾，采取科學(xué)有效的措施。在電磁干擾中還存在部分自然干擾源，這部分往往沒法控制，為提高電磁兼容必須在系統(tǒng)設(shè)計時進(jìn)行提前規(guī)劃和設(shè)計。其中，加強通信設(shè)備的機械設(shè)計和優(yōu)化是重要的組成部分和方法，可以主要從以下幾個方面著手進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。（1）適當(dāng)延長脈沖前沿時間，減小干擾的頻帶寬，也可以通過圓滑脈沖尖頂?shù)姆绞綄崿F(xiàn)。（2）優(yōu)化設(shè)計電路中的振蕩器，降低其諧波以及信號諧波。（3）對干擾輻射采取限制措施，同時，考慮導(dǎo)線引導(dǎo)的干擾傳播途徑，以消除該影響。（4）優(yōu)化通信設(shè)備中的箱體、結(jié)構(gòu)設(shè)計，采取抗電磁干擾設(shè)計，提高電磁兼容能力。綜合考慮電路板設(shè)計、元器件性能等，綜合設(shè)計、科學(xué)優(yōu)化，以此整體、全面地改善通信設(shè)備的電磁兼容性能。

3通信設(shè)備電磁兼容的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容及仿真分析

3.1通信設(shè)備電磁兼容的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

在進(jìn)行通信設(shè)備電磁兼容的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中，主要從某通信設(shè)備的機箱機械結(jié)構(gòu)設(shè)計入手。在進(jìn)行本設(shè)計時，主要采用獨立式風(fēng)道、整體密封焊接的方式。機箱結(jié)構(gòu)采用整體密封焊接的方式，能夠有效降低機箱拼接縫隙的寬度，以此將機箱內(nèi)部設(shè)備的電磁泄露問題帶來的電磁兼容性問題影響降到最低。這種獨立式風(fēng)道的方式，也能夠有效提高電磁兼容性能?；谠O(shè)計原則和基礎(chǔ)，在進(jìn)行電子通信設(shè)備機箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，采用釬焊的方式進(jìn)行焊接（除前后蓋板外），通過這種焊接方式最大限度地保障機箱密封性。對于電子通信設(shè)備的前后蓋板而言，本設(shè)計中采用松不脫螺釘固定。完成主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計與處理之后，還需要對機箱接頭和接縫部分進(jìn)行工藝優(yōu)化，增加相應(yīng)的密封措施。（1）對于前后蓋板的連接，通過松不脫螺釘和機箱骨架連接實現(xiàn)，為最大限度提高密封性，引入導(dǎo)電橡膠條和導(dǎo)電襯墊在前后蓋板和機箱連接處進(jìn)行敷設(shè)。同時，對于接觸表面而言，必須保證具有良好的導(dǎo)電性和清潔度。對于松不脫螺釘之間的間距也應(yīng)該進(jìn)行控制，一般控制在10cm之內(nèi)，保證螺釘連接處無縫隙。由于在該部分設(shè)計中引入了導(dǎo)電襯墊，不僅降低了設(shè)備加工的難度，而且對于電磁泄露問題也得到了極大控制。另外，和箱體機械設(shè)計中的釬焊相比，成本也有降低，在后期的箱體維護(hù)檢修中難度也降低。（2）在機箱結(jié)構(gòu)的機械設(shè)計優(yōu)化中，必須注重表面加工控制，控制機械表面的平整度，同時，表面加工精度也要盡可能高。如果機箱的加工精度較低，導(dǎo)致表面不平整等問題，會直接引起設(shè)備機箱出現(xiàn)導(dǎo)電不連接點的問題出現(xiàn)，甚至在連接處會因為表面不平而出現(xiàn)不導(dǎo)電縫隙，引發(fā)電磁泄露問題，降低機箱屏蔽性，可能會直接引發(fā)電磁泄露。（3）對于面板處電連接器的連接，本設(shè)計引入導(dǎo)電襯墊進(jìn)行優(yōu)化。為方便安裝防止導(dǎo)電襯墊，采用下沉0.5mm的方式安裝連接器法蘭。（4）在采用松不脫螺釘進(jìn)行連接的時候，還必須要增加厭氧膠來減少螺釘?shù)难趸?，因為螺釘氧化可能會引起電磁泄露問題。進(jìn)行機箱前后蓋板的安裝時，還需要利用硅橡膠對松不脫螺釘頭進(jìn)行密封[2]。

3.2通信設(shè)備電磁兼容的機械結(jié)構(gòu)仿真分析

在進(jìn)行通信設(shè)備電磁兼容的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用密封金屬機箱，在連接器以及蓋板的設(shè)計中引入導(dǎo)電襯墊進(jìn)行密封。為進(jìn)一步提高機箱的密封性，不增加指示燈、旋轉(zhuǎn)軸以及視窗等設(shè)計。仿真建模綜合考慮了以下幾方面的因素。（1）在進(jìn)行仿真的時候，按照1∶1的真實比例進(jìn)行仿真建模分析。（2）如圖2所示，充分考慮真實情況，在每兩個松不脫螺釘?shù)陌惭b之間設(shè)置一條縫隙—20mm×0.2mm，這樣使得模擬更加接近真實情況，而且可以分析模擬蓋板孔縫對屏蔽效能的實際影響情況。對于箱體上的連接器安裝面螺釘進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其存在縫隙深度長、接觸面積大以及間距小的特征，因此，綜合分析最終確定其對電磁兼容的影響較小。實際建模跳過這一因素。（4）對于前面分析可知箱體的其他地方的接觸面均采用密封焊接的方式進(jìn)行，因此可以忽略孔縫泄露的影響。按照上述方法進(jìn)行設(shè)計，考慮仿真因素進(jìn)行仿真，最終對仿真模型在10～300MHz頻段進(jìn)行磁場屏蔽效能仿真。通過分析能夠看出基于本文的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，最終通信設(shè)備的屏蔽效能很好，不低于75dB。

4結(jié)語

在當(dāng)前對通信質(zhì)量要求越來越高的背景下，加強通信設(shè)備電磁兼容設(shè)計越來越重要。不僅要從設(shè)備本身質(zhì)量入手，還應(yīng)該加強機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，希望通過本文的案例分析能夠為通信設(shè)備電磁兼容設(shè)計優(yōu)化提供重要的指導(dǎo)。

作者：梁健 單位：廣州廣電智能科技有限公司