通信设备电磁兼容的机械结构设计方法

梁健

摘   要：文章从内部因素和外部因素两个方向入手，分析了通信设备电磁干扰的主要因素，在此基础上分析通信设备电磁兼容的机械结构设计的基本内容和原则，针对基本内容和原则进行机械结构设计，并通过仿真解析设计结果。

关键词：通信设备;电磁兼容;机械结构设计;仿真

1    通信设备电磁干扰因素分析

1.1  内部因素

1.1.1  电气操作

通信设备运行中，要想保证其功能实现，以开关操作的电气操作必不可少，在进行电磁操作的过程均会产生电磁干扰。尤其是对于高频振荡电流产生的情况，通信设备和通信线路中会产生宽频谱的电磁辐射干扰。通信设备中当出现断路以及其他故障的时候，暂态电压等因素的影响，也会产生电磁干扰的问题。

1.1.2  系统短路故障

对通信设备而言，在运行过程中因为内部及外界因素的影响会产生短路问题，短路时必然会出现大电流，在接地点中能够将大电流导入到接地网当中。但是在这一过程中线路电位会出现显著升高，共模干扰电压在二次回路中会直接影响通信设备。

1.1.3  靜电放电

由于系统长时间的运行和通电，会在通信设备中产生静电，静电不及时导出而一直在设备内部放电的话，会直接引起电子元器件故障。主要是由于静电放电的时间短、幅值高导致的，严重时会直接导致系统失灵。

1.2  外部因素

1.2.1  雷电天气

外界天气水文因素是不可控的因素之一，尤其是南方比较典型的雷雨天气当中，通信设备会出现电磁暂态，对通信设备产生电磁干扰，其中，感应雷对通信设备的电磁干扰最为显著。在雷雨天气当中，如果受到感应雷等雷电因素的影响，会产生大电流并通过地线引走，这一过程中电位瞬时升高，引起接地点电力通信设备的电位迅速升高，可能会引起电力通信设备的绝缘击穿，引发故障。

1.2.2  低频干扰

通信设备是一个复杂的统一系统，由电阻、电容、电感等众多元器件构成，在通信设备以及电力设备运行过程中必然会产生工频磁场，同时，还会出现局部放电，造成电磁干扰。另外，系统中的元器件也会产生过电压以及过电流和高次谐波感应电压等，影响通信设备的正常运行。如果通信设备运行出现问题及故障，会直接导致传输数据丢失[1]。

2    电磁兼容设计的基本内容与原则

对于通信设备和通信工程而言，一般包括系统间和系统内电磁兼容两部分。其中，系统间的电磁干扰主要是辐射电磁干扰源在空间域以及时间域内进行传输，针对这种问题可以根据干扰源、干扰方式等进行控制和设计抗干扰，采取科学有效的措施。在电磁干扰中还存在部分自然干扰源，这部分往往没法控制，为提高电磁兼容必须在系统设计时进行提前规划和设计。其中，加强通信设备的机械设计和优化是重要的组成部分和方法，可以主要从以下几个方面着手进行优化设计。

（1）适当延长脉冲前沿时间，减小干扰的频带宽，也可以通过圆滑脉冲尖顶的方式实现。

（2）优化设计电路中的振荡器，降低其谐波以及信号谐波。

（3）对干扰辐射采取限制措施，同时，考虑导线引导的干扰传播途径，以消除该影响。

（4）优化通信设备中的箱体、结构设计，采取抗电磁干扰设计，提高电磁兼容能力。综合考虑电路板设计、元器件性能等，综合设计、科学优化，以此整体、全面地改善通信设备的电磁兼容性能。

3    通信设备电磁兼容的机械结构设计内容及仿真分析

3.1  通信设备电磁兼容的机械结构设计分析

在进行通信设备电磁兼容的机械结构设计优化过程中，主要从某通信设备的机箱机械结构设计入手。在进行本设计时，主要采用独立式风道、整体密封焊接的方式。

机箱结构采用整体密封焊接的方式，能够有效降低机箱拼接缝隙的宽度，以此将机箱内部设备的电磁泄露问题带来的电磁兼容性问题影响降到最低。这种独立式风道的方式，也能够有效提高电磁兼容性能。基于设计原则和基础，在进行电子通信设备机箱的结构设计中，采用钎焊的方式进行焊接（除前后盖板外），通过这种焊接方式最大限度地保障机箱密封性。对于电子通信设备的前后盖板而言，本设计中采用松不脱螺钉固定。完成主体结构的设计与处理之后，还需要对机箱接头和接缝部分进行工艺优化，增加相应的密封措施。

（1）对于前后盖板的连接，通过松不脱螺钉和机箱骨架连接实现，为最大限度提高密封性，引入导电橡胶条和导电衬垫在前后盖板和机箱连接处进行敷设。同时，对于接触表面而言，必须保证具有良好的导电性和清洁度。对于松不脱螺钉之间的间距也应该进行控制，一般控制在10 cm之内，保证螺钉连接处无缝隙。

由于在该部分设计中引入了导电衬垫，不仅降低了设备加工的难度，而且对于电磁泄露问题也得到了极大控制。另外，和箱体机械设计中的钎焊相比，成本也有降低，在后期的箱体维护检修中难度也降低。

（2）在机箱结构的机械设计优化中，必须注重表面加工控制，控制机械表面的平整度，同时，表面加工精度也要尽可能高。如果机箱的加工精度较低，导致表面不平整等问题，会直接引起设备机箱出现导电不连接点的问题出现，甚至在连接处会因为表面不平而出现不导电缝隙，引发电磁泄露问题，降低机箱屏蔽性，可能会直接引发电磁泄露。

（3）对于面板处电连接器的连接，本设计引入导电衬垫进行优化。为方便安装防止导电衬垫，采用下沉0.5 mm的方式安装连接器法兰，通信接收机箱体结构仿真结果如图1所示。

（4）在采用松不脱螺钉进行连接的时候，还必须要增加厌氧胶来减少螺钉的氧化，因为螺钉氧化可能会引起电磁泄露问题。进行机箱前后盖板的安装时，还需要利用硅橡胶对松不脱螺钉头进行密封[2]。