通信設備電磁兼容的機械結構設計方法

強偉 唐正飛 岳德周

摘要：文章主要針對通信設備電磁兼容的機械結構設計進行研究與分析，在分析目前通信設備常見電磁干擾源的基礎上，指出通信設備電磁兼容機械結構設計的原理和具體方法。

關鍵詞：通信設備；電磁兼容；機械結構設計

隨著信息技術以及通信技術在電氣化以及自動化中的應用不斷深入，其水平不斷提高，大量通信設備產生，尤其在軍工、醫療衛生、電力、土地資源等領域通信設備得到廣泛應用。由于當今復雜多變的電磁環境，導致電磁設備面臨電磁兼容的問題，需要加強相關研究與設計。對于通信設備，尤其是精度要求較高的通信設備，需要具有極強抵御外界電磁干擾能力，有效對比周圍復雜電磁環境造成的電磁污染。因此，在新形勢下分析通信設備的電磁干擾源，深入分析綜合利用多種方法和途徑，并進行創新結構設計改進，達到最佳電磁兼容效果。根據干擾源、耦合途徑等因素，對通信設備進行機械結構創新設計，實現對電磁干擾的有效屏蔽與抑制，提高電磁兼容效果。

1 通信設備的電磁干擾源分析

1.1 開關操作

通信設備中不可避免會涉及斷路器以及隔離開關等相關電氣元件，這些電氣元件的操作造成典型的電磁干擾。當短路故障出現時，斷路器發生響應，開關斷開并且電弧重燃。在線路中會出現高頻振蕩電流，在線路以及通信設備中會出現頻譜較寬的電磁輻射干擾。通信設備中還需要設計電抗器以及電容器等儲能斷路器，當短路以及斷路故障出現時，開關操作引起這些儲能斷路器工作狀態改變，引起暫態過電壓，耦合到低壓電路中產生電磁干擾。

1.2 雷電

天氣環境多變，尤其是對于廣州這種多雨的城市而言，雷電天氣較多，雷電又會引發電磁暫態產生電磁干擾，直擊雷以及感應雷的電磁干擾明顯。當受到雷電電擊之后，大電流產生通過地線泄入電網中，接地點的電位產生顯著變化，大大升高。在靠近雷擊大電流接地點的電力通信設備而言會出現電位快速升高的現象，如圖1所示，嚴重情況下會直接導致電力通信設備絕緣擊穿。

1.3 運行中的電力設備

在通信設備的供電運行中涉及大量的線路，這些線路會直接產生工頻磁場，且磁場強度和電壓等級呈正相關趨勢。另外電力設備運行中還存在局部放電等問題，也是重要電磁干擾源。

1.4 系統短路故障

通信設備所在系統發生短路時，產生大電流并經接地點寫入接地網，這一過程中電位顯著升高，二次回路中共模干擾電壓直接產生影響通信設備。

1.5 輻射電磁場

分析指出大量通信設備的產生使得電磁環境越來越復雜，無線設備甚至工業發射源均成為典型的輻射干擾源。而且也會引起通信設備中配備的步話機等電子設備和通信設備裝置誤動、信號誤發。

1.6 靜電放電

在通信設備運行中不可避免會出現靜電放電引起電子元器件故障等問題，其放電時間短，幅值高，嚴重的情況下直接導致通信設備損壞以及系統失靈。

1.7 低頻干擾

通信設備是由電感、電容以及電阻組合構成的統一系統，這些元器件在一定參數下針對某些頻率產生諧振從而產生過電流、過電壓。通信設備以及線路當中還會產生高次諧波感應電壓影響通信設備運行。在通信設備的正常運行中，如果出現電壓中斷或突變還可能導致傳輸數據的丟失。

2 通信設備電磁兼容機械結構設計原理

在進行通信設備電磁兼容機械結構設計之前，必須要充分考慮到通信設備面臨的電磁干擾源以及電磁干擾途徑，同時分析電磁屏蔽措施，在此基礎上進行接地、結構布局設計，通過屏蔽材料、優化結構布置等來創新設計，最大限度減小通信設備中電磁干擾。對于通信設備機械結構創新設計中的屏蔽結構設計、電路板布置以及元器件布置中，均需要充分考慮電磁兼容性。通信設備電磁兼容機械結構創新設計中通信設備屏蔽結構的設計是重點。如圖2所示，在進行本設計當中，機箱的設計上采用屏蔽材料，且增加凹槽及導電芯設計，并進行接地處理，增加通風波導以及濾波器來保證電磁兼容效果。

3 通信設備電磁兼容機械結構具體設計解析

3.1 前面板的電磁屏蔽

隨著通信設備的發展，可視化與智能化成為通信設備的發展趨勢。如圖2所示，在此通信設備機箱前面板安裝相應液晶顯示屏、薄膜鍵盤以及電源開關、指示燈等組件。為實現電磁兼容，前面板采用電氧化處理的鋁板材料加工而成，同時采用屏蔽玻璃來對液晶顯示屏保護的同時進行電磁屏蔽。屏蔽玻璃是在透明玻璃的基礎上，增加了編織金屬絲網，為起到最佳屏蔽效果將金屬絲網延長15 mm。為固定液晶顯示屏、屏蔽玻璃，采用壓條進行壓實處理。同樣為實現薄膜鍵盤的電磁屏蔽，在其后部安裝相應的擋板。在前面板指示燈的設計中，采用外小內大的臺階式孔設計，這種指示燈開孔設計方式不僅能夠起到很好的顯示作用，而且這種設計模式具有良好的電磁屏蔽效果。為有效避免開關操作導致電磁干擾影響，選用鋁鍍銀導電襯墊來進行處理，用于前面板和開關接觸表面位置，能夠實現電磁兼容屏蔽。

3.2 箱體的電磁屏蔽

對于通信設備的設計與生產而言，需要利用焊接技術以及螺釘緊固等技術，但是在這些技術使用中不可避免地還會產生不良電磁影響，包括接縫焊接質量問題以及螺釘緊固力矩不合理等眾多問題，都會引發通信設備箱體縫隙，進而導致電磁泄漏，產生電磁干擾，影響電磁屏蔽的效果。為提高電磁兼容效果，在進行通信設備電磁兼容設計中必須加強機箱電磁屏蔽結構設計。為進一步提高通信設備機箱中的電磁屏蔽功能，降低電磁輻射泄漏危害，應該最大限度地避免通信設備機箱上的電不連續性問題。因此，在機箱和前面板接觸表面的位置增加一定凹槽，為實現電磁屏蔽在槽內增加金屬編織絲網襯墊，金屬編織絲網襯墊中需要帶有導電橡膠芯，以此來保證前面板和箱體的緊密接觸，進而保證通信設備機箱的電連續性。同時一般在通信設備箱體中需要設置通風孔，為實現電磁屏蔽在通風孔內裝配金屬屏蔽絲網。為保證良好的通風散熱，在通信設備箱體的后部裝配軸流風機和通風波導板，波導板采用鋼制蜂窩式。為避免箱體開關操作引起的電磁干擾與污染問題，在通信設備連接器插座和箱體接觸表面的位置安裝鋁鍍銀導電襯墊。

3.3 蓋板的電磁屏蔽

在進行通信設備的結構設計中還必須要考慮到設備維修保養問題，因此在機械結構設計中增加蓋板以方便維修。蓋板的設計必然也會導致電磁泄露問題，因此在結構設計中采用導電氧化處理的鋁合金板材，同時為保證良好的電連續接觸，在通信設備機箱蓋板和箱體接觸表面設置青銅指形簧片。為保證機箱的散熱，在蓋板上增加兩處散熱通風孔，并且在孔內設置金屬屏蔽絲網實現電磁屏蔽。

3.4 電源抗干擾措施

電源的耦合作用等也會產生電磁干擾，因此在進行電源模塊的布局時必須要保證其科學性。本結構設計中將電源模塊合理安排在機箱左側單獨空間內，并增加隔板進行電磁屏蔽，減小干擾。同時，增設濾波器模塊，在電源模塊就近位置安裝電源濾波器提高電磁兼容能力。

3.5 機箱接地

在通信設備的設計中還應該包括機箱接地設計的內容，通過機箱接地能夠極大地提高通信設備的抗干擾能力。目前常用的接地形式包括保護性接地和功能性接地兩種方式。通過接地能夠保證整個通信設備機箱等電位，最終實現通信設備以及機箱的電磁兼容。

4 結語

面對日益增多的通信設備以及日益復雜的電磁環境，為保證通信設備運行的精度和效率，必須要加強電磁兼容創新設計，不僅僅要從技術上入手進行創新設計，還應該從結構上進行創新設計。本文主要以通信設備機械結構的電磁兼容創新設計進行了研究與分析，在實際的應用中也表征這種結構設計具有顯著的電磁兼容效果，能夠保證通信設備充分發揮性能。

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