浅析电子通讯产品结构设计

【摘要】本文将电子通讯产品结构设计作为论述对象，指出了结构设计的作用及重要性，阐述了电子通讯产品结构设计的要求与原则，从结构需求分析、概要设计、详细设计、验证设计及定型设计方面，概括了电子通讯产品结构设计的基本过程。在结构组成的形式、材质的选择、电磁兼容性设计及热设计等细节方面，说明了电子通讯产品结构设计时应考虑的因素。

【关键词】电子通讯产品；结构；设计

引言

当今信息化的时代，电子通讯产品已遍及各行各业，深入到人们学习、工作和生活当中，电子通讯产品的质量就尤为重要。而产品的质量是设计出来的，不是检验出来的。因此，一项成功的设计，不仅要有成熟的技术方案，而且还必须具有丰富的专业知识和设计经验。结构设计是电子通讯产品设计中的重要组成部分，它从美观、防护、散热、抗震及抗干扰等方面对产品的本身进行了科学的规划与实现，有效地保证了产品的功能、性能及其附加值。

1.产品结构设计的基本要求与准则

电子通讯产品一般由结构、电路及软件组成，其外形大多属于箱式结构，如：便携式、机箱、插箱及机柜等。随着人们审美观以及对操作性要求的不断提高，电子通信产品的结构除满足电气性能、环境要求及用户需求之外，还要设计出符合操作者生理的结构，力求外形美观， 使操作者感到方便、舒适，便于操作与观察。

1.1 产品结构设计的基本要求

产品结构设计的基本要求来源于产品设计的总体方案及需求规格书，主要表现在：功能满足需求，性能稳定可靠，工艺性好，材料选配合理，外型美观大方，开发周期短，使用寿命长，开发成本低，环境适应性强，运输方便，符合行业标准，国产化程度高等。

1.2 产品结构设计的基本原则

产品要满足用户的需求，设计要有继承、创新、优质、经济与高效的基本原则。

1.3 产品结构设计与检查准则

1）以用戶为中心的设计。即从用户的需求、感受及操作习惯出发，围绕用户进行设计。

2）可制造性设计。提高产品开发过程中设计、工艺及制造的质量，降低产品生命周期里各个方面的成本，缩短产品研发与生产的周期，减少或避免各个环节的反复。

3）可靠性设计。通过设计、生产和管理来实现产品的可靠性指标，其中首先是产品的设计，它决定着产品的本来具有的可靠性。产品的可靠性，主要体现在安规、散热、电磁屏蔽及抗振等方面。

4）可服务性设计。从产品的安装与维护角度来考虑，进行的产品设计。

2.产品结构设计的基本过程

2.1 结构需求分析

首先对产品总需求规格和总体设计方案进行分析，从中把产品结构需求筛选出来，这是结构设计、生产、检验及使用的依据。一般包括产品用途、使用环境要求、储运要求、重量要求、外观要求、安装与关键尺寸、供电方式及重要性能指标要求等。

2.2 结构概要设计

描述整机结构参数、环境说明、重要性能指标、用户接口及板间连接器说明；确定结构组成形式、机壳材质、表面处理方式、外形尺寸及安装方式等；采取的散热及电磁兼容方式说明；安规、IP防护、装配工艺及成本说明等。

2.3 结构详细设计

根据结构概要设计方案完成结构详细设计，即完成产品图纸设计、编制技术要求、零件清单及加工技术要求等；并根据产品结构设计的检查准则，对详细设计进行检查与修改。结构详细设计要能够满足结构概要设计方案里所有要求，从设计本身、材料、工艺及成本等方面完成产品结构的实现。

2.4 结构设计验证

根据结构详细设计完成样机加工、试装和设计修改，直到满足产品结构功能需求；另外，还要配合相关人员进行产品的性能、安规、环境试验及EMC的测试，直到满足产品的性能需求。对于需要开模加工的结构零件，样机合格后进行模具设计和制作，并完成模具试样和修模，直至模具合格，模具样件也要达到产品要求。

2.5 结构设计定型

编制结构件检验规范，主要包括钣金件、塑胶件、机加工件、面膜标签类零件及外购件。根据企业ERP系统的要求，分门别类的提交产品结构件零件号的申请；根据合格样机的图纸，编制产品结构设计文件资料，并储存于服务器上的基线库和生产专用库。配合产品或项目经理编制产品定型发布文档等。

3.产品结构设计时应考虑的因素

3.1 产品结构组成形式及结构件材质的选择

电子通讯产品的结构形式一般是盒式、箱式或柜式结构。盒式结构比较轻小，便携的因素多，其结构形式有：塑胶件与塑胶件组合、塑胶件与钣金件组合、钣金件与钣金件组合、铝型材与钣金件或塑胶件组合等；箱式结构一般是指19英寸标准机箱及类似该尺寸左右的非标机箱，其结构形式有：钣金件与铝型材组合、钣金件与钣金件组合及钣金件与塑胶件组合等，此种机箱多用于通讯机柜里的设备；柜式结构一般也是指19英寸标准机柜及类似该尺寸左右的非标机柜，其结构形式有：钣金件与钣金件组合、钣金件与铝型材组合，此种机柜多用于通讯机柜、电力机柜或设备的控制柜等。以上结构形式中，零件的具体数量及其形状也有不同的风格组合，需要根据相关要求来确定。

电子通讯产品的结构件一般采用塑胶件、硅橡胶件、钣金件、铝型材及机加工等零件。常用的塑胶件是ABS、PC、POM及PA66等，一般通过开模注塑的工艺来实现；硅橡胶件多用于按键、密封圈及保护套等零件上，通过开模来实现；常用的钣金件是：SPCC冷轧钢板、SECC电解板、SGCC电镀锌板、不锈钢304板、铍青铜板及铝板等，一般通过数控冲数控折弯或冲压模具来实现；铝型材的常用牌号是6063，通过拉伸模再加工来实现，多用于通讯行业的插箱上；机加工件的常用材质是普通钢、不锈钢、铝合金、黄铜及非金属材料，主要通过车、铣、钻等工序来完成。产品结构组成的形式需要根据用户要求、功能与性能需要、安装方式、使用环境、防护要求、抗干扰要求、美观性、工艺性、成本及周期等因素来决定，而结构件的材质需要根据产品结构组成的形式等方面来确定。

3.2 电子通讯产品结构的电磁兼容性设计

影响电子通讯产品电磁兼容性有两方面因素：一是电路模块本身的抗电磁干扰能力是否过关；另一个就是产品的外壳也就是屏蔽体之间是否保持着连续的导电状态，这是电子产品抗电磁干扰的屏蔽墙。电磁辐射泄露的结构部位主要是：屏蔽体间的缝隙、面板开孔及传输电缆。因此，常用的电磁屏蔽结构设计措施主要采取以下几个方面：

1）外壳材质具有电磁屏蔽性能，其表面镀锌或導电氧化，缝隙处配合面不得喷塑喷漆；

2）零件之间紧固点的间距按照30-100mm选取，或在配合的缝隙中加装屏蔽材料；

3）提高零件的刚性，保证屏蔽体之间有效接触。一般采用提高板料厚度及折弯的方式；

4）加大配合面缝隙的深度。缝隙的深度，一般是板料厚度的10倍左右；

5）面板上尽量开小圆孔，避免开长圆孔。圆孔直径小于波长的1/20，一般是3-5mm；

6）传输电缆的屏蔽一般采用屏蔽插头与插座转接，以及通过滤波来实现屏蔽。

3.3 电子通讯产品结构的热设计

影响电子通讯产品散热的结构因素，主要是零件之间的导热阻力大、内部空间的热对流不畅及机壳表面的热辐射效率低，因此热设计的常用措施主要是以下几个方面。

1）选用导热系数较大的材料，减少接触热阻，加大热传导面积及缩短热传导路径等措施，以增强热传导散热。如：铝合金材料及导热硅脂等比较常用。

2）机壳设计有专门的进风、通风、出风的通道，以加大散热对流的畅通。常用的办法是：在机箱的相对面上或温差较大的面上开散热孔（进风口距出风口尽可能远），把发热器件放置在内部的风道上（封闭的风道效率当然更高）。发热量小的一般采用自然散热，而发热量大的，一般采用加风扇强制散热。

3）通过铝合金型材散热片或金属外壳本身来散热，以提高热辐射的效率。材料表面的黑度及面积越大，散热的效果就越好。

4.结语

一个能满足用户需求，有效地保证可制造性、可靠性、可服务性的电子通讯产品结构设计，必须具有过硬的专业知识和设计经验，严格地按照科学的设计程序来开发。只要这样，才能够提升产品的技术含量与质量，缩短开发进度，降低开发成本，延长产品的生命周期。电子通讯产品结构设计的内容比较多、涉及面广，本文只是提出了一些设计要点，希望能给电子通讯等行业的结构设计人员有所帮助。

参考文献

[1]王健石，朱炳林.电子设备结构设计标准手册（第3版）[M].中国标准出版社，2011，9.

[2]杨文彬.机械结构设计准则及实例[M].机械工业出版社，2006.

[3]“可靠性设计大全”编撰委员会.可靠性设计大全[M].中国标准出版社，2006.

[4]周旭.现代电子设备设计制造手册[M].电子工业出版社，2008.

作者简介：倪广树（1963—），男，陕西咸阳人，大学本科，资深结构设计师，主要从事机械电子结构方面的研究与开发。