摘要：基于通信设备在复杂电磁环境中实现电磁兼容的目的，利用电磁屏蔽原理提高通信设备抑制电磁干扰的能力，通过分析通信设备对机箱的设计要求，得出了通信设备机箱屏蔽设计包括机箱材料选择和保证屏蔽完整性两方面的结论，并进一步给出了通信设备机箱结构上关于盖板、通风孔、导线穿透和开口、缝隙处理等方面电磁屏蔽设计的方法和技术措施。
关键词：通信设备；机箱；电磁兼容性；电磁效能；结构设计
中图分类号：ＴＰ２３；Ｏ４４１．５ 文献标识码：Ａ
引言
随着信息技术的发展，电气化及自动化水平的不断提高，电磁环境日益复杂多变，干扰引发的问题在航空、航天、船舶等军工领域的通信设备研制中更加突出，这就需要进行电磁兼容的设计与研究。通信设备要求具有抵御外界电磁干扰的能力，并最大限度地避免设备自身对周围环境的电磁污染，因此，有必要进行深入的分析研究，各种措施综合、统一起来，探索出新的途径。为了达到理想的电磁屏蔽效果，分析电磁干扰源、耦合途径和敏感设备，采取有效的技术手段，抑制干扰源、消除或减弱干扰的耦合，低敏感设备对干扰的响应或增加电磁敏感性电平。对于通信设备机箱采取电磁屏蔽、接地和滤波等措施，使其达到设计要求。结构上的电磁屏蔽设计即利用屏蔽材料切断辐射骚扰的传播途径，阻隔或衰减被屏蔽区域与外界的电磁能量传播［１］。屏蔽，就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。影响屏蔽体屏蔽效能的两个重要因素：一是保证屏蔽体的电连续性，二是不能有直接穿透屏蔽体的导体。通信设备机箱采用屏蔽、接地、轴流风机和通风孔处加通风波导、使用滤波器以及采用高性能电源线滤波等方法，对电磁干扰进行有效的抑制。
１机箱结构
通信设备机箱整体布局见图１所示，由箱体、前面板和盖板组成。机箱内部设备电源布置在左侧，采取滤波措施。机箱内部右侧安装一个小插箱，内装既有干扰源又有敏感源的印制板插件，插件安装在插箱左右两排上下共４个。前面板的背面安装铰链和两侧下部装小转轴，具有上下旋转打开功能，便于内部插件插拔操作。机箱箱体后部安装一个轴流风机、转接插座和接地柱等。在机箱材料的选择上，需考虑电场、磁场二者的兼容问题，近场区设计屏蔽时，对电场和磁场的屏蔽要分别考虑。使用高导电材料屏蔽电场，屏蔽体与骚扰源尽量靠近，使用高导磁材料屏蔽磁场，屏蔽体与骚扰源尽量远离。屏蔽效能通常与材料的导电性和导磁性密切相关，材料的导电性和导磁性越好屏蔽效果越佳。机箱的箱体、面板和盖板采用铝合金材料，经过导电氧化处理，具有良好的导电性能。箱体由铝合金板材折弯后，焊接拼装而成［２］。
２机箱的电磁屏蔽设计
在结构设计的初始阶段应该综合考虑整机采取的电磁屏蔽措施，合理布局、接地、选择和设置屏蔽材料等，使可能产生的电磁干扰的各个部分分开布置，减小相互电磁干扰。在功能和结构设计的同时进行电磁兼容设计，从电路板布局、线路设计、元器件选取和布置、机箱内部线缆布置、屏蔽、滤波等，每个环节都要考虑设备的电磁兼容性。通信设备机箱采用屏蔽、接地、轴流风机和通风孔处加通风波导、使用滤波器以及采用高性能电源线滤波等方法，进行电磁兼容设计。２．１前面板的电磁屏蔽机箱前面板中心安装液晶显示屏，右侧安装薄膜键盘，左侧设有电源开关和指示灯等。前面板采用铝板加工而成，经过导电氧化处理。在液晶显示屏的前部安装屏蔽玻璃，屏蔽玻璃是在透明玻璃中间嵌入一层２５０目的编织金属丝网，在屏蔽玻璃四周丝网延长１５ｍｍ，用小压板将屏蔽玻璃周边的丝网与面板压紧，达到良好的表面接触，在液晶显示屏的后部两边设计压条将液晶显示屏、屏蔽玻璃和面板压紧固定。前面板右侧安装的薄膜键盘后部装有挡板，挡板将薄膜键盘后部包上并与面板压牢。前面板左侧上部安装指示灯，面板指示灯位置开孔设计成外小内大台阶式孔，既能显示又能达到屏蔽效果。前面板左侧下部的电源开关和插座与面板接触表面安装铝镀银导电衬垫。２．２箱体的电磁屏蔽机箱箱体的电磁屏蔽主要是解决非闭合接合面不平整，闭合接缝焊接质量不好、螺钉等紧固件距离不合理或存在缝隙等原因造成电磁泄漏，屏蔽效能下降［３］。为了提高机箱的屏蔽效能，尽量减小机箱结构上的电不连续性，减小辐射泄漏。在机箱的箱体与前面板接触表面处开有凹槽，槽内填入带有橡胶芯的金属编织丝网衬垫。前面板当旋转关闭时与箱体接触表面紧密和电连续。箱体左右两侧面开有通风孔，在通风孔内侧装有金属屏蔽丝网。箱体后部内侧装有通风散热的轴流风机和钢制蜂窝式通风波导板。箱体后部安装的连接器插座与箱体接触表面安装铝镀银导电衬垫。２．３盖板的电磁屏蔽通信设备需要测试和维修，在结构上设计盖板便于打开，盖板的材料采用铝合金板材并导电氧化处理，在盖板与箱体的接触表面粘铍青铜指形簧片，达到良好的电连续接触。盖板中部开有２处通风孔，在通风孔内侧装有金属屏蔽丝网，既满足通风散热又能达到电磁屏蔽效果。２．４电源抗干扰措施综合考虑电源模块在机箱内的布局，将其放置在机箱左侧单独空间位置，减小干扰。采取正确的滤波器安装方法，在电源插座内就近位置安装电源滤波器。２．５机箱接地机箱接地设计既能提高设备抗干扰又能减小电磁发射。接地分为保护性接地和功能性接地等形式。机箱采取的保护性接地措施为在箱体后部设有接地柱，用接地线对其接地连接，接地给系统提供一个参考的等电位面。功能性接地包括ＥＭＣ的接地等，ＥＭＣ的接地考虑相关频率范围的等电位连接，机箱内安装的各种模块和器件等和箱体接触表面相互电连接，形成一条低阻抗路径，使整个机箱等电位，达到电磁兼容效果。
３滤波设计
滤波是滤除沿导线传入和传出设备的骚扰频谱，并将这些骚扰减小到不超过给定规范值的一种方法。滤波包括电源线滤波和信号线滤波两种。因为设备或系统上的外接电缆是最有效的干扰接收与发射天线，吸收空间的电磁干扰，外界的干扰信号经过外接电缆的传导进入设备内部形成干扰。滤除这些骚扰频谱的办法是：在相应的位置安装高性能滤波器，例如，为有效抑制干扰需在通信设备电源线输入处安装使用高性能电源滤波器。为达到预期的滤波效果，要求最大限度的隔离滤波器的输入线与输出线，不能捆扎在一起。滤波器的金属外壳和机箱壳体要紧密搭接，接触面积越大越好，以保证良好的低阻抗接地通道，不能采用单根线将滤波器接地的方式［４］。在滤波技术中，最重要的两种干扰方式是共模干扰和差模干扰。对于不同的干扰，采取不同滤波器件和滤波措施，实现更好的对干扰频率的滤波效果。导线或电缆穿过屏蔽机箱时，在导线或电缆上套一个铁氧体磁环，能抑制电缆上的干扰。铁氧体磁环应用在ＰＣＢ板、电源线、信号线上，适合吸收开关瞬态或寄生响应而产生的高频振荡，１ＭＨｚ以上抑制效果更好。铁氧体磁环的选择体积越大效果越好，长而细比短而粗好，内径越小，效果越好。铁氧体磁环的安装尽量靠近干扰源，在进出屏蔽机箱的导线上安装时，应该靠近机箱电缆端头。
４试验验证
通过对通信设备采取合理布局、屏蔽、接地、滤波等电磁兼容措施，按照相关的电磁兼容标准和指标进行试验测试，表明方法有效，符合指标要求。以下所示为对电场辐射发射ＲＥ１０２（垂直极化）和ＲＥ１０２（水平极化）的试验，测试曲线见图２和图３。５结束语上面对通信设备机箱通过结构形式的合理设计、材料的选择、合理布置以及良好的接地、滤波等措施后，经试验测试符合指标要求，达到电磁兼容效果。通信设备的电磁兼容设计是实现设备或系统规定功能使系统效能得以充分发挥的重要保证。
参考文献：
［１］区健昌．电子设备的电磁兼容结构设计理论与实践［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２０１０．
［２］程华．磁屏蔽在电子机箱设计中的应用［Ｊ］．甘肃科技，２０１５，８：４７－５０．
［３］吕文红．电磁兼容原理及应用教程（第２版）［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００８．
［４］董爱华．通信设备的电磁兼容性结构设计［Ｃ］．中国电子学会电子机械工程分会２００７年机械电子学学术会议论文集，２００７，２６２－２６８．
作者：刘远 单位：中国电子科技集团公司第五十四研究所
