电磁干扰与电子通信设备机箱机柜的结构设计研究

电磁干扰与电子通信设备机箱机柜的结构设计研究

俞天益王卓骏赖联迁

（国电南瑞科技股份有限公司211100）

摘要：主要探讨电磁干扰和电子通信设备机箱机柜结构设计，从框架结构、抗电磁干扰、散热、降噪以及设备布置等方面入手，对电子通信设备机箱机柜结构设计方案进行了研究。

关键词：电磁干扰；电子通信设备；机箱机柜

通信技术快速发展，通信产品种类更加丰富，数量越来越多，通信产品设计技术难度也越来越高，要保证设备坚固耐用、美观大方、信号传输平稳，同时还要有较强的抗干扰性能，因此有必要对电子通信设备机箱机柜结构设计进行进一步研究。

一、结构设计

（一）框架机械结构

上世纪30年代开始，美国首先开始研究电子控制装置专用机箱机柜，发展至今技术水平世界领先。电子行业快速发展，我国的电子控制装置结构设计也迎头赶上，从无到有，从简单到复杂，国有机柜在通信行业应用也日渐广泛。机柜主体为骨架结构，骨架承载机柜的主要受力，是机柜核心支撑构件，机械结构的强度刚度直接影响机柜内所有设备的安全，关系到机柜内设备能够长期安全稳定使用。静态条件下，机箱机柜的机械结构稳定，不会出现很多问题，但是在起重、运输和突然外部冲击下，可能因为骨架刚度不足而出现变形，导致内部设备与元器件损坏，影响设备功能的正常发挥。机箱机柜机械结构一般为整体焊接件，牢固稳定，有顶板、底板、立柱、加强板等几部分结构，厚钢板材质，强度很高，内侧焊接工艺，不打磨焊疤而不会对外观造成影响，焊接成型后尺寸矫正可以满足尺寸精度与垂直度要求，承重能力很强。

（二）结构布置

1、箱体

铸造机箱由铸造框架组成，铝合金材质强度高重量轻，电磁屏蔽效果好但是成本偏高，塑料压制机箱材质更加便宜，机箱内喷涂金属也可以获得满足要求的电磁屏蔽性能。大部分机箱机柜都是金属材质，弯折金属板材焊接或紧固件连接，缝隙与孔洞都会造成电磁泄露。

2、面板

机箱机柜面板安装有较多显示和操作器件，开口布置相对集中，开口还安装有电子元器件，进一步增加了电磁泄露。孔洞泄露受和辐射源之间的距离影响，小电子元器件如发光二极管可以尽量远离开孔位置，而在孔口设置透明有机玻璃。

3、缝隙

屏蔽机箱一般设置有活动面板结合缝，金属构件的结合位置不可能严丝合缝完全接触，而是形成了孔洞阵列，为了减少缝隙的电磁泄露，需要采取必要的措施进行处理，如铣床加工、紧固件加固和电磁密封衬垫。

（三）造型设计

机柜框架直接决定了机柜的整体造型，结构形式影响产品最终基础，确定结构形式之后，就要开始造型设计工作。机柜的造型设计主要内容是机柜内六个面框架与结构之间的组合，其中前后门盖设计最为关键，这两个部位直接提供工作状态下的前门操作与人机交互功能。前门的造型设计最为复杂，有门、玻璃、钢筋框架、铰链和门锁手柄等多部分结构，常见的造型设计方案主要有凹面主门、凸面主门和平面分割三种。

二、功能设计

（一）抗电磁干扰设计

1、屏蔽体材料厚度

屏蔽体材料厚度直接决定了其电磁屏蔽性能。屏蔽体材料导磁率导电率的乘积越大，干扰频率越高，其电磁屏蔽效果就越好，例如1.5GHz微波频带电磁感染屏蔽衰减符合内部设备运行电磁环境要求，薄层金属屏蔽就能够获得理想的效果，因此一般情况下，选择1mm厚度金属外壳就可以满足电磁屏蔽要求。

2、滤波接地

电子产品干扰源会形成空间辐射，同时也会从电源线、引入引出信号线形成相连电子设备的传导干扰，信号线与电源线之间的相互电磁感染属于载体类干扰，容易从这两个途径进入机箱内。电源线上需要根据干扰频率范围、衰减阻抗的要求选择设置规格性能合适的滤波器保护电路，同时设置电子设备机箱接地，机箱自身是一个导电导磁体，不接天线，机箱机柜自身将成为干扰发射体和接受体，给电子设备正常运行带来严重干扰。

3、电磁兼容性设计

电磁兼容性设计是抗电磁干扰设计的关键。电路模块自身抗干扰性能、抗电磁干扰屏蔽墙设计、房屋连接头电磁辐射泄露、传输线与开放面板辐射都会产生一定的电磁干扰，可以通过壳体接头镀锌处理、部件连接点40-100mm距离控制、面板开洞等措施来有效控制。

（二）散热设计

1、材料

选择传热性能优异，传导率较大的材质，减小结构部件接触热阻，增加传导传热截面积，缩短热传输路径长度，使用铝合金材质零部件和导热油脂。

2、热对流

机柜内设置专用通风出风孔道，机柜向对面、温差较大面上开散热口，进风口和出风口之间距离尽量大，也可以设置风扇强制散热。

3、增强热辐射

使用铝合金板、散热金属材料板，增强热辐射，选择更大的黑度与表面积，增强散热效果。

（三）减振设计

1、振源强度控制

一些电子设备高速运行，如雷达系统与通讯系统，为了保持动态平衡，控制振动导致的不平衡，可以适当增强设备的阻尼，并优化天线前部区域，控制尺寸，减轻风力负载，一些零部件会产生振动，如雷达轴承以及其他旋转摩擦结构，需要设置对应的缓冲结构，并提高轴承配置的精度，降低摩擦阻力，降低振源强度。

2、设置减振机构

为了降低振动强度，可以设置一个减振机构，消除设备运行振动，例如弹簧减震器就可以有效吸收设备运行产生的振动功能，从而消除振动设备对其他设备产生的影响。除此之外，还可以设置必要的隔振结构，不同的振动源之间设置阻尼板衬垫，降低振动强度。进行减振设计时，要全面分析机柜内不同设备部件的物理机制，从而优化其悬挂形式，并对结构参数、悬架性能指标进行适当调整，优化结构参数设计方案。

结语：

电子通信设备应用更加广泛，小型化集成化趋势更加明显，设备元器件布置更加紧凑，相互间的电磁干扰和振动情况更加严重，需要通过机箱机柜结构设计优化来改善抗电磁干扰、散热、抗振性能，改善机箱机柜内设备运行环境，延长设备运行使用寿命。

参考文献：

[1]刘旭升.电磁干扰与电子通信设备机箱机柜的结构设计研究[J].通讯世界,2016（11）.

[2]朱静,尹妍.电磁兼容设计在机动式指控系统方舱中的应用[J].电子机械工程,2015（02）.

[3]彭湧,韩冬冬,王剑.车载指挥系统电磁兼容总体设计思想[J].火力与指挥控制,2015（01）.

[4]刘莹,谢拥军,张勇.车载集群通信系统“自顶向下”电磁兼容设计[J].电子科技大学学报,2015（03）.

[5]岳彦明,李建楼,郭卫星.某型中频电源机箱的电磁屏蔽结构设计[J].舰船科学技术,2015（08）.