通信設(shè)備電磁兼容的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

梁健

摘? ?要：文章從內(nèi)部因素和外部因素兩個(gè)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(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和原則，針對(duì)基本內(nèi)容和原則進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并通過(guò)仿真解析設(shè)計(jì)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：通信設(shè)備;電磁兼容;機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);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(yùn)行中，要想保證其功能實(shí)現(xiàn)，以開(kāi)關(guān)操作的電氣操作必不可少，在進(jìn)行電磁操作的過(guò)程均會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。尤其是對(duì)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(huì)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(shí)候，暫態(tài)電壓等因素的影響，也會(huì)產(chǎn)生電磁干擾的問(wèn)題。

1.1.2? 系統(tǒng)短路故障

對(duì)通信設(shè)備而言，在運(yùn)行過(guò)程中因?yàn)閮?nèi)部及外界因素的影響會(huì)產(chǎn)生短路問(wèn)題，短路時(shí)必然會(huì)出現(xiàn)大電流，在接地點(diǎn)中能夠?qū)⒋箅娏鲗?dǎo)入到接地網(wǎng)當(dāng)中。但是在這一過(guò)程中線路電位會(huì)出現(xiàn)顯著升高，共模干擾電壓在二次回路中會(huì)直接影響通信設(shè)備。

1.1.3? 靜電放電

由于系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行和通電，會(huì)在通信設(shè)備中產(chǎn)生靜電，靜電不及時(shí)導(dǎo)出而一直在設(shè)備內(nèi)部放電的話，會(huì)直接引起電子元器件故障。主要是由于靜電放電的時(shí)間短、幅值高導(dǎo)致的，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(huì)出現(xiàn)電磁暫態(tài)，對(duì)通信設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，其中，感應(yīng)雷對(duì)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(huì)產(chǎn)生大電流并通過(guò)地線引走，這一過(guò)程中電位瞬時(shí)升高，引起接地點(diǎn)電力通信設(shè)備的電位迅速升高，可能會(huì)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(gè)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(yùn)行過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生工頻磁場(chǎng)，同時(shí)，還會(huì)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(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓以及過(guò)電流和高次諧波感應(yīng)電壓等，影響通信設(shè)備的正常運(yùn)行。如果通信設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題及故障，會(huì)直接導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)丟失[1]。

2? ? 電磁兼容設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容與原則

對(duì)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(shí)間域內(nèi)進(jìn)行傳輸，針對(duì)這種問(wèn)題可以根據(jù)干擾源、干擾方式等進(jìn)行控制和設(shè)計(jì)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(méi)法控制，為提高電磁兼容必須在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行提前規(guī)劃和設(shè)計(jì)。其中，加強(qiáng)通信設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)和優(yōu)化是重要的組成部分和方法，可以主要從以下幾個(gè)方面著手進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（1）適當(dāng)延長(zhǎng)脈沖前沿時(shí)間，減小干擾的頻帶寬，也可以通過(guò)圓滑脈沖尖頂?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)。

（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)電路中的振蕩器，降低其諧波以及信號(hào)諧波。

（3）對(duì)干擾輻射采取限制措施，同時(shí)，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(jì)，采取抗電磁干擾設(shè)計(jì)，提高電磁兼容能力。綜合考慮電路板設(shè)計(jì)、元器件性能等，綜合設(shè)計(jì)、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(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容及仿真分析

3.1? 通信設(shè)備電磁兼容的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

在進(jìn)行通信設(shè)備電磁兼容的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，主要從某通信設(shè)備的機(jī)箱機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手。在進(jìn)行本設(shè)計(jì)時(shí)，主要采用獨(dú)立式風(fēng)道、整體密封焊接的方式。

機(jī)箱結(jié)構(gòu)采用整體密封焊接的方式，能夠有效降低機(jī)箱拼接縫隙的寬度，以此將機(jī)箱內(nèi)部設(shè)備的電磁泄露問(wèn)題帶來(lái)的電磁兼容性問(wèn)題影響降到最低。這種獨(dú)立式風(fēng)道的方式，也能夠有效提高電磁兼容性能。基于設(shè)計(jì)原則和基礎(chǔ)，在進(jìn)行電子通信設(shè)備機(jī)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用釬焊的方式進(jìn)行焊接（除前后蓋板外），通過(guò)這種焊接方式最大限度地保障機(jī)箱密封性。對(duì)于電子通信設(shè)備的前后蓋板而言，本設(shè)計(jì)中采用松不脫螺釘固定。完成主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與處理之后，還需要對(duì)機(jī)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(duì)于前后蓋板的連接，通過(guò)松不脫螺釘和機(jī)箱骨架連接實(shí)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(jī)箱連接處進(jìn)行敷設(shè)。同時(shí)，對(duì)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(duì)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10 cm之內(nèi)，保證螺釘連接處無(wú)縫隙。

由于在該部分設(shè)計(jì)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(duì)于電磁泄露問(wèn)題也得到了極大控制。另外，和箱體機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)箱結(jié)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化中，必須注重表面加工控制，控制機(jī)械表面的平整度，同時(shí)，表面加工精度也要盡可能高。如果機(jī)箱的加工精度較低，導(dǎo)致表面不平整等問(wèn)題，會(huì)直接引起設(shè)備機(jī)箱出現(xiàn)導(dǎo)電不連接點(diǎn)的問(wèn)題出現(xiàn)，甚至在連接處會(huì)因?yàn)楸砻娌黄蕉霈F(xiàn)不導(dǎo)電縫隙，引發(fā)電磁泄露問(wèn)題，降低機(jī)箱屏蔽性，可能會(huì)直接引發(fā)電磁泄露。

（3）對(duì)于面板處電連接器的連接，本設(shè)計(jì)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0.5 mm的方式安裝連接器法蘭，通信接收機(jī)箱體結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果如圖1所示。

（4）在采用松不脫螺釘進(jìn)行連接的時(shí)候，還必須要增加厭氧膠來(lái)減少螺釘?shù)难趸驗(yàn)槁葆斞趸赡軙?huì)引起電磁泄露問(wèn)題。進(jìn)行機(jī)箱前后蓋板的安裝時(shí)，還需要利用硅橡膠對(duì)松不脫螺釘頭進(jìn)行密封[2]。