通信设备电磁兼容的机械结构设计方法

强伟 唐正飞 岳德周

摘要：文章主要针对通信设备电磁兼容的机械结构设计进行研究与分析，在分析目前通信设备常见电磁干扰源的基础上，指出通信设备电磁兼容机械结构设计的原理和具体方法。

关键词：通信设备；电磁兼容；机械结构设计

随着信息技术以及通信技术在电气化以及自动化中的应用不断深入，其水平不断提高，大量通信设备产生，尤其在军工、医疗卫生、电力、土地资源等领域通信设备得到广泛应用。由于当今复杂多变的电磁环境，导致电磁设备面临电磁兼容的问题，需要加强相关研究与设计。对于通信设备，尤其是精度要求较高的通信设备，需要具有极强抵御外界电磁干扰能力，有效对比周围复杂电磁环境造成的电磁污染。因此，在新形势下分析通信设备的电磁干扰源，深入分析综合利用多种方法和途径，并进行创新结构设计改进，达到最佳电磁兼容效果。根据干扰源、耦合途径等因素，对通信设备进行机械结构创新设计，实现对电磁干扰的有效屏蔽与抑制，提高电磁兼容效果。

1 通信设备的电磁干扰源分析

1.1 开关操作

通信设备中不可避免会涉及断路器以及隔离开关等相关电气元件，这些电气元件的操作造成典型的电磁干扰。当短路故障出现时，断路器发生响应，开关断开并且电弧重燃。在线路中会出现高频振荡电流，在线路以及通信设备中会出现频谱较宽的电磁辐射干扰。通信设备中还需要设计电抗器以及电容器等储能断路器，当短路以及断路故障出现时，开关操作引起这些储能断路器工作状态改变，引起暂态过电压，耦合到低压电路中产生电磁干扰。

1.2 雷电

天气环境多变，尤其是对于广州这种多雨的城市而言，雷电天气较多，雷电又会引发电磁暂态产生电磁干扰，直击雷以及感应雷的电磁干扰明显。当受到雷电电击之后，大电流产生通过地线泄入电网中，接地点的电位产生显著变化，大大升高。在靠近雷击大电流接地点的电力通信设备而言会出现电位快速升高的现象，如图1所示，严重情况下会直接导致电力通信设备绝缘击穿。

1.3 运行中的电力设备

在通信设备的供电运行中涉及大量的线路，这些线路会直接产生工频磁场，且磁场强度和电压等级呈正相关趋势。另外电力设备运行中还存在局部放电等问题，也是重要电磁干扰源。

1.4 系统短路故障

通信设备所在系统发生短路时，产生大电流并经接地点写入接地网，这一过程中电位显著升高，二次回路中共模干扰电压直接产生影响通信设备。

1.5 辐射电磁场

分析指出大量通信设备的产生使得电磁环境越来越复杂，无线设备甚至工业发射源均成为典型的辐射干扰源。而且也会引起通信设备中配备的步话机等电子设备和通信设备装置误动、信号误发。

1.6 静电放电

在通信设备运行中不可避免会出现静电放电引起电子元器件故障等问题，其放电时间短，幅值高，严重的情况下直接导致通信设备损坏以及系统失灵。

1.7 低频干扰

通信设备是由电感、电容以及电阻组合构成的统一系统，这些元器件在一定参数下针对某些频率产生谐振从而产生过电流、过电压。通信设备以及线路当中还会产生高次谐波感应电压影响通信设备运行。在通信设备的正常运行中，如果出现电压中断或突变还可能导致传输数据的丢失。

2 通信设备电磁兼容机械结构设计原理

在进行通信设备电磁兼容机械结构设计之前，必须要充分考虑到通信设备面临的电磁干扰源以及电磁干扰途径，同时分析电磁屏蔽措施，在此基础上进行接地、结构布局设计，通过屏蔽材料、优化结构布置等来创新设计，最大限度减小通信设备中电磁干扰。对于通信设备机械结构创新设计中的屏蔽结构设计、电路板布置以及元器件布置中，均需要充分考虑电磁兼容性。通信设备电磁兼容机械结构创新设计中通信设备屏蔽结构的设计是重点。如图2所示，在进行本设计当中，机箱的设计上采用屏蔽材料，且增加凹槽及导电芯设计，并进行接地处理，增加通风波导以及滤波器来保证电磁兼容效果。

3 通信设备电磁兼容机械结构具体设计解析

3.1 前面板的电磁屏蔽

随着通信设备的发展，可视化与智能化成为通信设备的发展趋势。如图2所示，在此通信设备机箱前面板安装相应液晶显示屏、薄膜键盘以及电源开关、指示灯等组件。为实现电磁兼容，前面板采用电氧化处理的铝板材料加工而成，同时采用屏蔽玻璃来对液晶显示屏保护的同时进行电磁屏蔽。屏蔽玻璃是在透明玻璃的基础上，增加了編织金属丝网，为起到最佳屏蔽效果将金属丝网延长15 mm。为固定液晶显示屏、屏蔽玻璃，采用压条进行压实处理。同样为实现薄膜键盘的电磁屏蔽，在其后部安装相应的挡板。在前面板指示灯的设计中，采用外小内大的台阶式孔设计，这种指示灯开孔设计方式不仅能够起到很好的显示作用，而且这种设计模式具有良好的电磁屏蔽效果。为有效避免开关操作导致电磁干扰影响，选用铝镀银导电衬垫来进行处理，用于前面板和开关接触表面位置，能够实现电磁兼容屏蔽。

3.2 箱体的电磁屏蔽

对于通信设备的设计与生产而言，需要利用焊接技术以及螺钉紧固等技术，但是在这些技术使用中不可避免地还会产生不良电磁影响，包括接缝焊接质量问题以及螺钉紧固力矩不合理等众多问题，都会引发通信设备箱体缝隙，进而导致电磁泄漏，产生电磁干扰，影响电磁屏蔽的效果。为提高电磁兼容效果，在进行通信设备电磁兼容设计中必须加强机箱电磁屏蔽结构设计。为进一步提高通信设备机箱中的电磁屏蔽功能，降低电磁辐射泄漏危害，应该最大限度地避免通信设备机箱上的电不连续性问题。因此，在机箱和前面板接触表面的位置增加一定凹槽，为实现电磁屏蔽在槽内增加金属编织丝网衬垫，金属编织丝网衬垫中需要带有导电橡胶芯，以此来保证前面板和箱体的紧密接触，进而保证通信设备机箱的电连续性。同时一般在通信设备箱体中需要设置通风孔，为实现电磁屏蔽在通风孔内装配金属屏蔽丝网。为保证良好的通风散热，在通信设备箱体的后部装配轴流风机和通风波导板，波导板采用钢制蜂窝式。为避免箱体开关操作引起的电磁干扰与污染问题，在通信设备连接器插座和箱体接触表面的位置安装铝镀银导电衬垫。

3.3 盖板的电磁屏蔽

在进行通信设备的结构设计中还必须要考虑到设备维修保养问题，因此在机械结构设计中增加盖板以方便维修。盖板的设计必然也会导致电磁泄露问题，因此在結构设计中采用导电氧化处理的铝合金板材，同时为保证良好的电连续接触，在通信设备机箱盖板和箱体接触表面设置青铜指形簧片。为保证机箱的散热，在盖板上增加两处散热通风孔，并且在孔内设置金属屏蔽丝网实现电磁屏蔽。

3.4 电源抗干扰措施

电源的耦合作用等也会产生电磁干扰，因此在进行电源模块的布局时必须要保证其科学性。本结构设计中将电源模块合理安排在机箱左侧单独空间内，并增加隔板进行电磁屏蔽，减小干扰。同时，增设滤波器模块，在电源模块就近位置安装电源滤波器提高电磁兼容能力。

3.5 机箱接地

在通信设备的设计中还应该包括机箱接地设计的内容，通过机箱接地能够极大地提高通信设备的抗干扰能力。目前常用的接地形式包括保护性接地和功能性接地两种方式。通过接地能够保证整个通信设备机箱等电位，最终实现通信设备以及机箱的电磁兼容。

4 结语

面对日益增多的通信设备以及日益复杂的电磁环境，为保证通信设备运行的精度和效率，必须要加强电磁兼容创新设计，不仅仅要从技术上入手进行创新设计，还应该从结构上进行创新设计。本文主要以通信设备机械结构的电磁兼容创新设计进行了研究与分析，在实际的应用中也表征这种结构设计具有显著的电磁兼容效果，能够保证通信设备充分发挥性能。

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