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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。
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