通信設備電磁兼容的機械結構設計方法

楊 瓊

（京信網絡系統股份有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

隨著信息技術的不斷發展和進步，通信設備應用范圍在不斷擴大，受到多元電磁環境的影響，設備要整合電磁兼容模塊，在提高精度信息交互水平的同時，更好地抵御外界的電磁干擾，從而滿足機械結構創新設計要求，為通信可持續健康發展奠定基礎。

1 通信設備電磁兼容機械結構

在通信設備應用過程中，斷路器、隔離開關等電氣元件會造成較為典型的電磁干擾。此外，外界環境也會產生較大的電磁干擾，包括雷電天氣、靜電放電環境等。雷電是造成電磁暫態干擾的關鍵，尤其是直擊雷和感應雷。雷電電擊發生后，大電流會經過地線直接進入電網，接地點此時的電位也會出現較為顯著的變化。若是靠近雷擊大電流接地點，此時的電力通信設備會存在電位急速升高的問題，嚴重制約其信息傳輸質量，甚至會直接造成電力通信設備絕緣擊穿。雷電入侵原理如圖1所示。

系統短路故障、低頻干擾等都會造成較為嚴重的干擾情況，影響通信設備的信息傳遞質量。由于通信設備是電感、電容以及電阻等元件共同組成的系統設備，因此元器件在參數范圍內對部分頻率產生的諧振也會出現過電流、過電壓等情況，一旦不能有效進行電磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC）控制模式抵御干擾，就會對通信設備的正常運行產生影響，造成傳輸數據丟失等現象。正是因為外界干擾源的存在，所以要整合通信設備的電磁兼容機械結構設計方案，維持良好的應用控制效果，以保證其數據信息傳輸管理的規范性，維持良好的通信設備運行環境[1]。

在通信設備電磁兼容機械結構設計工作中，要按照標準化流程開展具體作業，不僅要充分了解通信設備所處環境的電磁干擾源和電磁干擾途徑，還要分析電磁屏蔽的具體措施，并在此基礎上完成接地處理、結構布局設計處理等，配合評比材料和優化結構布置等創新設計方式有效減少通信設備電磁干擾問題。此外，通信設備機械結構創新設計工作中要將屏蔽處理模塊作為關鍵，并確保電路板布置和元器件布置等工作都能順利落實，在充分關注電磁兼容特性的基礎上，維持結構設計的規范性。

2 通信設備電磁兼容機械結構設計內容

結合通信設備電磁兼容應用要求，按照標準化流程開展相應的設計工作，有效保證相應模塊都能發揮實際作用。例如，設備外機箱設計采取屏蔽材料，并設置凹槽和導電芯處理環節，配合接地處理模塊、通風波導窗以及濾波器等，在提升整個通信設備應用管理效果的同時，滿足電磁兼容的應用需求，提高通信設備信息傳遞的安全性和可靠性。具體機械結構設計見圖2。

2.1 前面板

近年來，可視化技術和智能化技術被廣泛應用在通信設備信息交互模式中，通過在通信設備機箱前面板安裝對應的液晶顯示屏、電源開關等組件，就能完成可視化處理。為了確保通信設備電磁兼容環節的規范性，就要結合實際應用要求對前面板進行優化處理，一般采取屏蔽材料涂覆的方式。

前面板利用的是電氧化處理的鋁板材料，要結合其實際應用要求利用屏蔽玻璃對液晶顯示器予以保護，并完成電磁屏蔽處理工作。屏蔽玻璃要在原有透明玻璃基礎上安裝，增設編織金屬絲網，有效維持屏蔽效能。為了保證屏蔽效能最優化，金屬絲網延長距離設定為15 mm。與此同時，要借助壓條壓實處理的方式有效固定液晶顯示屏和屏蔽玻璃，保證控制的合理性。

除此之外，要對薄膜鍵盤進行電磁屏蔽處理設計，在后部完成擋板的安裝作業，對前面板指示燈利用內部大、外部小的臺階式孔設計處理方式，有效避免開關作業中產生的電磁干擾問題，提升整個設計結構的電磁屏蔽效能。與此同時，要利用鋁鍍銀導電襯墊完成相應的處理工作，將前面板和開關接觸表面位置作為設計處理的關鍵，保證電磁兼容屏蔽的規范性效果符合應用預期。

2.2 箱 體

為了保證通信設備整體電磁兼容機械結構設計的規范性，要對箱體區域予以關注。多數通信設備都是借助焊接技術配合螺釘緊固技術完成組裝，而在這個過程中難免會受到電磁影響。接縫焊接質量、螺釘緊固力矩等都是引發通信設備箱體縫隙的關鍵因素，一旦出現縫隙，就會引發電磁泄漏問題，造成嚴重的電磁干擾現象，制約電磁屏蔽。為了保證整體電磁兼容控制結構的合理性和規范性，在機箱結構設計環節要著重關注其密實度，規避通信設備機箱結構縫隙問題。在機箱和前面板接觸位置設置對應的凹槽，并在凹槽內部安裝金屬編織絲網襯墊，設置對應的導電橡膠芯，維持前面板和箱體連接的緊密性，為通信設備機箱連續供電予以保障。

除此之外，為了維持整體設計的規范性和科學性，在通信設備箱體的適當位置設置通風孔，通風孔內同樣配置金屬屏蔽絲網來保證電磁屏蔽效果，借助后部裝配的軸流風機和通風波導板實現通風散熱控制，最大程度上提高整個箱體的可控性和抗干擾性。

2.3 蓋 板

在通信設備機械結構設計環節，要充分考量設備維修保養工作內容和機械結構設計的可控性，一般通過增設蓋板來維持維修工作的及時性和規范性。由于蓋板的設計本身就會增加電磁泄漏的風險，因此電磁兼容機械結構設計處理方案中要著重對蓋板的設計內容和設計框架予以關注，維持良好的設計處理工序，以保證實時性約束力滿足預期，一般是利用導電氧化處理的鋁合金板材有效減少電磁干擾產生的影響。

為了保證供電連續性和接觸的實時性，就要對蓋板和箱體接觸表面進行特殊設置，配合使用青銅指形簧片，在維持機箱散熱效果的同時，有效降低電磁泄漏造成的影響，打造更加可控的應用模式。除此之外，可以在蓋板的位置上增設散熱通風孔，并且在孔內設置金屬屏蔽絲網，從而有效過濾電磁干擾，實現屏蔽目標，維持通信設備通信質量的最優化[2]。

2.4 機箱接地

對于通信設備而言，設計環節和設計工序都要按照標準流程有序開展。在機箱接地設計環節中，要將提升通信設備整體抗干擾能力作為關鍵，有效提升對應設計環節的規范性，避免電磁干擾對通信效能產生制約作用。目前，較為常見的機箱接地處理方式包括保護性接地處理和功能性接地處理。結合通信設備實際應用要求維護通信設備機箱的等電位效能，實現通信設備和機箱結構電磁兼容的目標，最大程度上減少電磁干擾造成的影響。

2.5 電源抗干擾

在通信設備應用過程中，電源是提供電能的關鍵，而電源產生的耦合作用也會造成相應的電磁干擾問題。在電源模塊布局處理工作中，要統籌分析通信設備的電磁兼容管控要求和規范，確保設計的合理性和科學性。為了滿足結構設計的應用要求，將電源模塊設置在機箱左側單獨的空間范圍內，并在電源模塊周圍增設隔板結構，維持電磁屏蔽的合理性。與此同時，在隔板上涂覆抗電磁干擾材料，有效減少干擾問題。從電源控制整體布局出發，通過增設對應的濾波器模塊，并配合電源模塊安裝電源濾波器，有效維持整體通信設備的抗干擾效能，保證電磁兼容能力最優化[3]。

3 應用案例

以32×2.5G 密集型光波復用（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）終端設備為例，其主要組成部分是光放大系統、監控子架、光信道子架。充分結合散熱效能的要求，設備機架頂部和每個子架下方都安裝了風扇子架，電源子架能完成48 V電源供給。

為了保證通信設備電磁兼容效果最優化，需要明確電磁干擾產生的條件。通信設備中的電子元件數量較多，為了避免干擾問題，需要從切斷電磁信號耦合通道的角度分析并開展相應的設計工作。針對32×2.5G DWDM終端設備，子架中會設置不同的單盤，而單盤之間的電磁信號必然會形成干擾狀態，加上外界電磁信號對其形成的干擾，要想維持電磁兼容效果，就要對單盤等結構進行EMC設計[4]。

（1）單盤EMC設計。針對發射功率較大的元件，利用屏蔽盒進行電磁屏蔽，并且在印制電器板（Printed Circuit Board，PCB）板上5 mm和板下5 mm導軌區域涂覆錫箔，實現良好接地。

（2）面板EMC設計。在PCB板非原件面板安裝鋁板結構，并在適配器和工作指示燈的相應位置安裝金屬屏蔽襯墊，保證接觸的緊密性，避免電磁泄漏。

（3）子框EMC設計。上下托盤沖出金屬導軌，對稱沖出直徑3.15 mm的圓孔，維持電磁屏蔽和散熱效果。在背板上加裝蓋板，屏蔽外界電磁信號。只有維持單盤面板的整體性，并配合左右側板、上下托盤等組成金屬盒體，才能最大程度上避免電磁信號干擾[5]。

對32×2.5G DWDM終端設備進行性能測試，環境溫度為40 ℃，連續測試時間為72 h。經過多次應用測試，設備的誤碼率和故障率接近于0，表明機械結構設計效果滿足電磁兼容控制要求。

4 結 論

綜上所述，在通信設備電磁兼容機械結構設計環節中，要積極整合具體的設計要素，保證設計環節和設計控制處理的規范性，從而提升通信設備的運行質量。