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時間：2023-06-06 09:01:09
序論：速發(fā)表網(wǎng)結(jié)合其深厚的文秘經(jīng)驗(yàn)，特別為您篩選了11篇電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范文。如果您需要更多原創(chuàng)資料，歡迎隨時與我們的客服老師聯(lián)系，希望您能從中汲取靈感和知識！
Abstract: With the development of electronic technology, electronic equipment structure design is in constant development and improvement. This paper firstly describes the overall structure design of the equipment significance, given the design of the main points, to the structure, heat dissipation, electromagnetic compatibility, this paper discussed the general layout, the improvement is also improve the quality of the product and enhance electronic product competitiveness of the important means.
Key Words: Structure design, Electronic equipment, vibration, Electromagnetic compatibility
中圖分類號： TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：
引言
對于一個電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要考慮的因素很多，該概念不僅是指設(shè)計(jì)設(shè)備的外形和安裝元器件，更重要的是需要綜合考慮各種因素的影響，包括設(shè)備的性能和參數(shù)。熱設(shè)計(jì)、電磁兼容設(shè)計(jì)、防腐蝕設(shè)計(jì)等都是非常重要的內(nèi)容。尤其是對于小型的電子設(shè)備，由于其體積小、重量輕，內(nèi)各種模塊分布共同占有的空間非常小，此時，產(chǎn)生的熱量和電磁干擾對其性能和參數(shù)的影響非常大，因此要更加合理的設(shè)計(jì)，要綜合考慮各種因素，盡可能將對設(shè)備性能和參數(shù)的影響因素降低到最低的程度[1]。
1結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)總體的設(shè)計(jì)要從兩個主要方面來入手：系統(tǒng)設(shè)計(jì)和綜合設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中，要善于移植其它行業(yè)已經(jīng)發(fā)展成熟的設(shè)計(jì)成果，采用新技術(shù)、新材料、新工藝，特別要貫穿機(jī)電一體化的思想。例如，對于雷達(dá)測量精度的提高，如果采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，僅僅從提高天線系統(tǒng)剛度的方面來實(shí)現(xiàn)，必然引起重量加大，同時也帶來機(jī)動性等問題，但是，如采用強(qiáng)度設(shè)計(jì)這樣一種新的設(shè)計(jì)方法，不僅能夠保證精度，而且又能保證重量在允許的范圍內(nèi)。結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)包括機(jī)動性、可維修性及操作性等內(nèi)容。運(yùn)輸性能的好壞是機(jī)動性問題的重要表現(xiàn)，對于機(jī)動式裝備，要能夠很好的實(shí)現(xiàn)多種手段的運(yùn)輸，同時在實(shí)戰(zhàn)中，要求快速轉(zhuǎn)移、展開、架設(shè)和折收；這些要求都是在實(shí)際中需要嚴(yán)格遵守的設(shè)計(jì)要求，首要的設(shè)計(jì)思想是使之實(shí)現(xiàn)小型化和輕便化。陸用設(shè)備普遍采用了方倉來解決運(yùn)輸性問題，雖然方倉具有很多優(yōu)點(diǎn)，并且已經(jīng)被人們普遍接受，但是，設(shè)計(jì)時機(jī)動性問題也是不容忽視的[2]。
可維修性在整體設(shè)計(jì)中也是值得注意的問題，由于裝備對可靠性有比較嚴(yán)格的定量要求，在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)中可維修性成為重點(diǎn)。周所周知，一個裝備必須具備很好的可維修性，因?yàn)槲覀儫o法保證一個設(shè)備是百分之百可靠的，對其進(jìn)行維修也是無法避免的。在設(shè)備遇到故障的時候，就會涉及到維修的問題，這個時候要求能夠比較方便的接近故障點(diǎn)，也就是接近維修的地方。這樣才能夠在最短的時間內(nèi)將設(shè)備修好，使其快速投入應(yīng)用。但是，也不能一味的求快。有時，快速連接使用不當(dāng)，反而引起設(shè)備不可靠，這就有點(diǎn)得不償失了。
2熱設(shè)計(jì)
電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)是不可避免的話題，過熱是造成設(shè)備不穩(wěn)定甚至發(fā)生故障的主要原因。近年來，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，集成化器件的功能也日趨復(fù)雜，其復(fù)雜主要表現(xiàn)在：在輸出功率不斷加大的情況下，電子設(shè)備要求體積越來越小，器件的封裝密度不斷提高，以適應(yīng)電子設(shè)備的軍用，因此，熱設(shè)計(jì)對于對電子產(chǎn)品可靠性來說是至關(guān)重要的。減少元器件、部件以及設(shè)備的內(nèi)部和外部熱阻是熱設(shè)計(jì)研究的基本方向，將在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量迅速地傳至最終的散熱器。減小元器件內(nèi)部熱阻的方法主要有改進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)以及采用合適的封裝材料，電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的主要任務(wù)是：在滿足環(huán)境條件和可靠性要求的前提下，盡量選擇簡單、有效、經(jīng)濟(jì)的冷卻方法。為了確保設(shè)備可靠工作，要求在規(guī)定的使用期內(nèi)，冷卻系統(tǒng)的故障率比被冷卻元器件的故障率低[3]。
熱設(shè)計(jì)技術(shù)在我國已經(jīng)有相應(yīng)的部標(biāo)、國標(biāo)、國軍標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)文件，這些都為熱設(shè)計(jì)提供了技術(shù)依據(jù)。如今的電子設(shè)備電路的組裝形式基本上實(shí)現(xiàn)了印制電路化，因此印制電路的冷卻成為了關(guān)鍵技術(shù)。設(shè)計(jì)中，把箱體兩側(cè)壁設(shè)計(jì)成帶散熱風(fēng)道的冷板形式，同時在箱體后部安裝有軸流風(fēng)機(jī)，這樣就可以給箱內(nèi)的印制電路板提供一個傳熱途徑，可以順利的為兩側(cè)的風(fēng)道提供強(qiáng)迫風(fēng)?，F(xiàn)階段，關(guān)于熱設(shè)計(jì)過程的計(jì)算與試驗(yàn)問題還不算完善，在傳熱過程中各種參數(shù)相互耦合，計(jì)算與試驗(yàn)相當(dāng)復(fù)雜。因此，還是在嚴(yán)格的環(huán)境中經(jīng)受實(shí)際考驗(yàn)來驗(yàn)證設(shè)計(jì)。
3電磁兼容的設(shè)計(jì)
電磁兼容是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中其他事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力，具體包括能在電磁環(huán)境中正常工作，具有一定的抵抗電磁干擾的能力和對所處環(huán)境中的其他設(shè)備的電磁干擾有一定的限值，不致于影響其他設(shè)備的正常工作兩個方面的內(nèi)容。如果電子設(shè)備不受任何保護(hù)，電磁的干擾就會導(dǎo)致邏輯錯誤或信息丟失，甚至造成電子設(shè)備的失控、死機(jī)或整個系統(tǒng)的混亂。產(chǎn)生電磁干擾有三個途徑：干擾源、傳輸介質(zhì)和接收單元。
如今，我國的EMC技術(shù)還剛剛起步。造成這種局面的原因主要有以下幾點(diǎn)。
（1）EMC技術(shù)的發(fā)展相對較晚，又是一門邊緣學(xué)科，介于電機(jī)之間，多種學(xué)科交叉，一些技術(shù)人員對有關(guān)EMC方面的知識掌握不夠。
（2）測試設(shè)備價格昂貴，測試設(shè)備不能得到很好的普及。當(dāng)然，現(xiàn)在我國已從國外引進(jìn)了EMC監(jiān)測和實(shí)驗(yàn)手段以及一些先進(jìn)的設(shè)備儀器，加上有關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)的制訂與頒布，我國EM設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展正在穩(wěn)步發(fā)展。
在電磁兼容的設(shè)計(jì)方面，有幾點(diǎn)需要注意。
1）對機(jī)殼的屏蔽，要想實(shí)現(xiàn)較好的電磁屏蔽效果，需要選用良導(dǎo)體材料，并且盡量少開孔。但殼體上往往會有各種接插件、按鍵、顯示器、通風(fēng)孔和電纜孔等孔縫，而不是一個完整的封閉體，這樣就會會降低屏蔽的效果，造成電磁泄漏。一般情況下，可通過以下幾種方法來提高其屏蔽效能：散熱處采用金屬絲網(wǎng)；采用階梯狀接口，以此增加縫隙深度，提高結(jié)合面加工的精度；在接插件與殼體的接觸面上增加導(dǎo)電橡膠襯墊；同時，用金屬箔密封帶對縫隙進(jìn)行密封，增加殼體的密封性。
2）采用電源濾波器。周多周知，電源濾波器能夠很好地降低由于傳導(dǎo)耦合帶來的系統(tǒng)電磁兼容性能的降低。將濾波器安裝在設(shè)備的機(jī)殼上；在靠近設(shè)備的電源輸入端，連線應(yīng)盡量短；盡量使用雙絞線和屏蔽線；被測設(shè)備中若出現(xiàn)其他單獨(dú)的電源，需要在合適的地方加裝各自的濾波器。
4沖擊和振動的隔離設(shè)計(jì)
由于支承結(jié)構(gòu)的剛性小以及固有頻率低，傳至敏感組件上的沖擊能量會變小。防止結(jié)構(gòu)共振是沖擊振動隔離設(shè)計(jì)中的首要任務(wù)，其次才是在沖擊與共振的隔離之間進(jìn)行折衷考慮，在這一過程中，也要考慮到設(shè)備的造價、體積以及重量等問題。所以沖擊振動隔離的設(shè)計(jì)夜不是一門單一的技術(shù)。在軍用裝備中，由于使用環(huán)境的不同，具有各自不同的特點(diǎn)。比如：在艦船上，強(qiáng)迫振動頻率比較低，一般能做到使結(jié)構(gòu)的固有頻率高于強(qiáng)迫振動頻率的上限。在飛機(jī)上，振動頻率要高得多，這樣高的強(qiáng)迫振動頻率，只有利用阻尼技術(shù)來耗散共振時的能量，使其保持在許可的范圍內(nèi)。
使用隔振器是沖擊與振動的隔離普遍采用的方法，伴隨隔振器的發(fā)展是隔振技術(shù)的另一門類。目前，阻尼材料也取得了很大的發(fā)展。由于在隔振與降噪方面的獨(dú)特功能，粘彈材料一直是工程界普遍采用的材料，但由于生產(chǎn)的成本太高，很難推廣普及，因此主要是應(yīng)用在航空與航天工程中，還有一種叫減震鉻鐵鋁新材料在受到打擊或振動時，幾乎不發(fā)出聲音，它能夠?qū)C(jī)械能幾乎全部轉(zhuǎn)化成了熱能。當(dāng)材料受震時，在第一個振動周期就使能量消耗。從目前的發(fā)展趨勢來看，今后沖擊、振動隔離技術(shù)的發(fā)展不僅取決于隔振器新形式的出現(xiàn)，更是取決于新的、廉價的隔振材料的出現(xiàn)。
5結(jié)束語
電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要考慮的因素很多，不僅僅要老考慮熱設(shè)計(jì)、電磁兼容設(shè)計(jì)，同時，還需要考慮抗振動沖擊性、機(jī)動性、可維修性、可操作性等等，當(dāng)然，設(shè)備的體積、重量和造價等因素也是必須要考慮的因素。尤其是對于軍用電子設(shè)備來說，系統(tǒng)中電子設(shè)備的技術(shù)含量越來越高，要求更高的可靠性，和適應(yīng)各種惡劣環(huán)境的性能，這給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝人員提出了更高的要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，有時候不能夠把每一方面做到盡善盡美，當(dāng)各因素遇到矛盾時，要進(jìn)行綜合考慮，在各矛盾中選擇最優(yōu)的方案。
參考文獻(xiàn)：
[1] 侯亮-產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)理論、技術(shù)與應(yīng)用研究進(jìn)展(5)-機(jī)械工程學(xué)報(bào),2004,40(1):56-61.
[2] 邱成悌,趙惇殳.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].南京:東南大學(xué)出版社, 2001
1 模塊化設(shè)計(jì)基本原理
所謂模塊，就是可組合成系統(tǒng)的、具有某種特定功能和接口結(jié)構(gòu)的、典型的通用獨(dú)立單元。這個定義揭示了模塊的如下特征：
（1）具有確定功能的單元
模塊雖是系統(tǒng)的組成部分，但它不是簡單對系統(tǒng)分割的產(chǎn)物，它具有明確的特定功能，這一功能不依附于其它功能而能相對獨(dú)立的存在，并不接受其它功能的干擾。沒有確定功能的單元不能算為模塊。由于模塊具有獨(dú)立的特定功能，因而它可以作為一個單獨(dú)的設(shè)計(jì)單元而分頭進(jìn)行設(shè)計(jì)?？梢詥为?dú)制造，甚至預(yù)制，儲備，以供急需及維修之用。當(dāng)由專業(yè)廠生產(chǎn)制造時，則成為單獨(dú)的商品。對模塊的功能及性能可以單獨(dú)的進(jìn)行檢驗(yàn)、調(diào)試、測試和試驗(yàn)。
（2）是一個標(biāo)準(zhǔn)單元
模塊結(jié)構(gòu)具有典型性、通用性，并且往往可構(gòu)成系列。這正是模塊與一般部件的區(qū)別，或者說模塊具有標(biāo)準(zhǔn)化的屬性。模塊是通過對同類產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)的分析而分解出來的，是運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化中簡化和統(tǒng)一化方法而得出的具有典型性的部件，這一典型性正是模塊具有廣泛通用性的基礎(chǔ)。模塊的通用性是通過其接口的標(biāo)準(zhǔn)化或通用化實(shí)現(xiàn)的。模塊還常常按照系列化原理使其功能和結(jié)構(gòu)形成系列，以滿足不同規(guī)格、不同產(chǎn)品的需要。
（3）具有能構(gòu)成系統(tǒng)的接口
模塊應(yīng)具有能傳遞功能以及組成系統(tǒng)的接口（輸入、輸出）結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)是一個有序的整體，組合成系統(tǒng)的模塊既有相對獨(dú)立的功能，又互有聯(lián)系。模塊通過接口進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)、輻射狀或網(wǎng)狀連接而構(gòu)成具有一定功能的系統(tǒng)。
2 電子設(shè)備結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路
系統(tǒng)應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的模型建立。首先對設(shè)計(jì)對象進(jìn)行模塊劃分，得到其模塊劃分方案。然后分析每一個模塊，得到其零件組成，最后以模塊為單位，逐模塊逐零件的組合，完成電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)建模工作。以機(jī)載電臺為例，經(jīng)過模塊劃分，得到其劃分方案：電臺=底座模塊十本振模塊+前面板模塊。分析各個模塊的零件裝配情況得到電臺的所有零件裝配信息。之后按模塊從零件庫中逐一提取這些零件進(jìn)行裝配，完成設(shè)備的整機(jī)模型生成。最后將描述整機(jī)模型的所有幾何及物性參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫，供各分析調(diào)用。
2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
根據(jù)現(xiàn)代CAD技術(shù)的發(fā)展情況以及所需解決具體問題的發(fā)展趨勢，提出在現(xiàn)CAD基礎(chǔ)上針對特定產(chǎn)品進(jìn)行二次開發(fā)。CAD部分進(jìn)行三維實(shí)體造型，為之的各種分析提供幾何模型信息。課題的開發(fā)遵循以下幾個原則：（l）采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?；?）采用三維參數(shù)化特征造型；（3）采用數(shù)據(jù)庫集成統(tǒng)一技術(shù)；（4）采用成本最省的設(shè)計(jì)方法。
為了節(jié)省開支，加速軟件的開發(fā)過程，在軟件設(shè)計(jì)過程中，除必須設(shè)計(jì)的程序之外，其它主要采用現(xiàn)有的軟件解決問題。這樣主要工作集中在建立系統(tǒng)及設(shè)計(jì)與各軟件之間的接口上。
2.3 系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)總體分為兩個模塊：基礎(chǔ)信息維護(hù)模塊和快速模塊化建模模塊，
2.3.1 基礎(chǔ)信息維護(hù)模塊
電子設(shè)備結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息維護(hù)模塊完成系統(tǒng)公用信息的輸、顯示、存儲和轉(zhuǎn)換，該部分的模塊劃分及其關(guān)系如下。
（1）信息庫維護(hù)模塊
電子設(shè)備信息庫存儲的信息包括電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的三維模型、振動分析模型、熱分析模型、電磁兼容分析模型、優(yōu)化分析信息以及系統(tǒng)信息庫和零件庫等。其中：三維模型庫存放電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的邏輯描述信息，包括設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)約束、概念模型、結(jié)構(gòu)參數(shù)、零部件選型、零部件尺寸與約束等描述電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的信息；振動分析模型庫存放載荷、約束等信息；熱分析模型庫以及電磁兼容模型庫存放熱分析和電磁兼容分析時需要的結(jié)構(gòu)所有熱及電磁兼容信息。優(yōu)化分析模型庫存放優(yōu)化目標(biāo)、設(shè)計(jì)變量、設(shè)計(jì)約束、變量歸并等信息。系統(tǒng)信息庫模塊負(fù)責(zé)電子設(shè)備結(jié)構(gòu)信息庫數(shù)據(jù)的讀取、查詢和存儲。該模塊為系統(tǒng)其它的設(shè)計(jì)模塊提供方便、透明的數(shù)據(jù)操作方法。零件庫維護(hù)模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)所有零件的基本幾何及物性參數(shù)維護(hù)工作。
（2）接口模塊
本系統(tǒng)以現(xiàn)有的商品化CAD軟件為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)，系統(tǒng)中包括UG等多種異構(gòu)的商品化軟件，因此軟件之間的集成工作就非常重要。接口模塊完成本系統(tǒng)與基礎(chǔ)平臺之間的無縫集成，其內(nèi)容包括界面集成和信息集成。我們采用了類似OLE的開發(fā)方案，即以C + +Builder開發(fā)的電子設(shè)備結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的界面作為主界面，將UG等商品化軟件作為系統(tǒng)的某個功能模塊，以類似OEL的方式嵌入到電子設(shè)備結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主界面。數(shù)據(jù)操作時，從C++Builder主界面發(fā)送信息到應(yīng)用軟件，完成操作。
2.3.2 快速模塊化建模模塊
（1）工程維護(hù)
主要負(fù)責(zé)完成工程信息的維護(hù)工作，包括：工程號、版本號以及工程名稱的新建、修改和刪除操作。
（2）節(jié)點(diǎn)信息維護(hù)
維護(hù)工程中所用到的所有零件節(jié)點(diǎn)信息。類別維護(hù)：存儲了零件的類別信息。對于不同的零件，之后的振動等分析將進(jìn)行不同的處理；裝配關(guān)系維護(hù)：存儲零件在當(dāng)前工程中的零件號及其父零件號，根據(jù)這些信息可以唯一確定一個零件在當(dāng)前工程中的裝配情況；節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)讀寫：完成節(jié)點(diǎn)信息從數(shù)據(jù)庫的讀取及寫入工作。
3 結(jié)論
本文把模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)引入到電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建立了計(jì)算機(jī)輔助模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，力圖解決現(xiàn)階段電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法落后、設(shè)計(jì)效率低下等問題。在模塊化設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下，以通用CAD軟件UG為平臺，解決了UG內(nèi)外部環(huán)境聯(lián)合開發(fā)、異構(gòu)系統(tǒng)集成以及SQLSevrer數(shù)據(jù)庫操作三項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)，完成了電子設(shè)備結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)。
參考文獻(xiàn)：
1.前言
國軍標(biāo)（GJB72A-2002）中給出電磁兼容（Electromagnetic Compatibility即EMC）的定義是：設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)：包括以下兩個方面：
a）設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在預(yù)定的電磁環(huán)境中運(yùn)行時，可按規(guī)定的安全裕度實(shí)現(xiàn)正常的工作性能、且不因電磁干擾而受損或產(chǎn)生不可接受的降級；
b）設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在預(yù)定的電磁環(huán)境中正常地工作且不會給環(huán)境（或其他設(shè)備）帶來不可接受的電磁干擾。
對于從事軍工產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員來說，應(yīng)當(dāng)尤為重視產(chǎn)品的電磁兼容性設(shè)計(jì)。在飛機(jī)上，狹小的空間中裝備著大量的各種類型的電子設(shè)備，如通信系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、天線、雷達(dá)等等，導(dǎo)致電磁環(huán)境極為復(fù)雜，相互間的電磁干擾十分嚴(yán)重。因此，電子設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)對飛機(jī)性能有著重要的影響。
2.電磁兼容設(shè)計(jì)的目的
電磁兼容的主要課題就是研究控制和消除電磁干擾，使電子設(shè)備與其它設(shè)備在一起工作時，不引起設(shè)備任何部分的工作性能的惡化或降低。一個設(shè)計(jì)理想的電子設(shè)備應(yīng)該既不輻射任何不希望的能量，也不受任何其他能量的影響。本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面介紹相應(yīng)的電磁兼容設(shè)計(jì)方法。
在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，電磁兼容設(shè)計(jì)思想就是通過合理的接地、搭接和屏蔽等方法，將外系統(tǒng)對本設(shè)備干擾以及本設(shè)備對外部的干擾減弱。
3.電磁兼容設(shè)計(jì)方法
對于新研制的電子產(chǎn)品，應(yīng)當(dāng)從方案設(shè)計(jì)階段就考慮電磁兼容問題，進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)階段考慮電磁兼容要遠(yuǎn)比研制樣機(jī)采取措施來滿足電磁兼容要求容易的多。況且在很多的時候，對已成型的產(chǎn)品，電磁兼容問題已經(jīng)很難解決甚至無法解決，造成產(chǎn)品研制的反復(fù)。因此，電子設(shè)備必須在設(shè)計(jì)階段就考慮電磁兼容問題。
3.1 接地
3.1.1 接地的目的
電子設(shè)備的接地是電子設(shè)備的一個很重要問題，正確的接地方法可以減少或避免電路間的相互干擾。接地目的有三個：1）接地使整個電路系統(tǒng)中的所有單元電路都有一個公共的參考零電位，保證電路系統(tǒng)能穩(wěn)定地工作。2）防止外界電磁場的干擾。機(jī)殼接地可以使得由于靜電感應(yīng)而積累在機(jī)殼上的大量電荷通過大地泄放，否則這些電荷形成的高壓可能引起設(shè)備內(nèi)部的火花放電而造成干擾。另外，對于電路的屏蔽體，若選擇合適的接地，也可獲得良好的屏蔽效果。3）保證安全工作。當(dāng)發(fā)生直接雷電的電磁感應(yīng)時，可避免電子設(shè)備的毀壞；當(dāng)工頻交流電源的輸入電壓因絕緣不良或其它原因直接與機(jī)殼相通時，可避免操作人員的觸電事故發(fā)生。
因此，接地是抑制噪聲防止干擾的主要方法。接地可以理解為一個等電位點(diǎn)或等電位面，是電路或系統(tǒng)的基準(zhǔn)電位。盡管從功能的觀點(diǎn)出發(fā)并不需要將一個等電位面端接至大地，但端接至大地對工頻和射頻信號都呈現(xiàn)出很低的阻抗。
3.1.2 電路接地的方式
不同的電路采用不同的接地方法。以下介紹幾種電路的接地方法：
串聯(lián)一點(diǎn)接地
將各電路串聯(lián)后在一點(diǎn)接地。這種情況一般是將接地點(diǎn)放在低電平點(diǎn)。這種接法最簡單，抑制干擾能力差，僅適用于低頻電路。
并聯(lián)一點(diǎn)接地
將各電路并聯(lián)后在一點(diǎn)接地。這種接法各電路的電流自成回路，彼此獨(dú)立，避免了各電路的相互串?dāng)_。但接地電阻較大，當(dāng)工作頻率較高時，底線容易產(chǎn)生輻射干擾。因此，并聯(lián)一點(diǎn)接地也僅適用于1MHz以下的電路。
多點(diǎn)接地
多點(diǎn)接地時接地電阻較小，電路在高于10MHz時可用多點(diǎn)接地。但此時總地線應(yīng)適當(dāng)?shù)膶捫?，長度也不宜過長，最好不超過0.15波長，同時地線與機(jī)殼應(yīng)絕緣。
3.1.3 整機(jī)的接地
整機(jī)接地也是保障產(chǎn)品電磁兼容性的主要措施之一。由于各功能不同，電路差別很大，接地狀況也就大不相同。一般常用方式是：將模擬電路、數(shù)字電路、機(jī)殼分開，各自獨(dú)立接地，避免相互間的干擾。最后再三地合一接入大地。這種方式較好的抑制了電磁噪聲，減少了數(shù)字信號和模擬信號之間的干擾。
3.1.4 搭接與接地的關(guān)系
電子設(shè)備的簡單接地，是為了獲得安全保護(hù)或者實(shí)現(xiàn)抑制噪聲防止干擾所采取的措施之一。為了給交流供電電流和接地系統(tǒng)提供一條有效的低阻抗通道，必須把各種導(dǎo)體、電極、設(shè)備和其他金屬物體連接或搭接在一起。這種搭接點(diǎn)的性能必須在很長的時間期限內(nèi)保持不變，以免起始建立起來的搭接性能質(zhì)量逐漸衰減。搭接是金屬物體之間獲得低阻抗的互連，因此還要防止由互連建立起的通路因腐蝕或機(jī)械松動逐漸變壞。
a）在搭接之前所有搭接表面必須予以清潔處理；
b）如果金屬材料的防護(hù)涂層的導(dǎo)電性低于金屬材料的導(dǎo)電性，在搭接前要清除搭接區(qū)域的該防護(hù)層；
c）搭接面的防護(hù)涂層被去除后，應(yīng)立即進(jìn)行搭接實(shí)施，以免氧化；
d）當(dāng)不同金屬材料之間彼此直接接觸時，避免化學(xué)電位相差大的兩種金屬緊密接觸，防止形成電化偶產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。
3.2 屏蔽
3.2.1 屏蔽的作用
屏蔽就是對兩個空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區(qū)域?qū)α硪粋€區(qū)域的感應(yīng)和輻射。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴(kuò)散；用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。屏蔽技術(shù)是電磁兼容技術(shù)的重要組成部分，是解決電磁輻射的最有效手段之一。
3.2.2 屏蔽措施
3.2.2.1 采用屏蔽罩
對于已確定的干擾源或易擾器件（敏感器件），可將其封于金屬材料的屏蔽罩內(nèi)；屏蔽罩采用鋁、銅等金屬結(jié)構(gòu)件，選用導(dǎo)電性較好的表面處理。屏蔽罩的設(shè)計(jì)要注意：
屏蔽罩上盡量減少孔洞，如果無法避免時，可使用多個小圓孔避免使用大圓孔，尤其是長度較大的長條孔；
通過屏蔽罩的引線加裝穿心電容，引線通過穿心電容穿過屏蔽罩與元件連接。
3.2.2.2 緊固點(diǎn)的間距
緊固點(diǎn)的緊固方式指采用螺釘連接、鉚接、點(diǎn)焊等方法使兩個零件的結(jié)合面結(jié)合在一起的措施。實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于其他因素往往會受到限制，緊固點(diǎn)的間距一般就直接決定了縫隙的最大尺寸（長度），是影響縫隙屏蔽效能的最主要因素。由于目前尚無實(shí)用的計(jì)算方法計(jì)算縫隙的屏蔽效能，緊固點(diǎn)的間距只能按以下經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取值：
無線電產(chǎn)品或工作頻率超過100MHz的產(chǎn)品，緊固點(diǎn)的間距取值20～50mm；
工作頻率不超過100MHz的產(chǎn)品，緊固點(diǎn)的間距一般為取值50～100mm。
3.2.2.3 電纜的屏蔽
電纜的屏蔽有以下幾種形式：
a）一般情況下使用屏蔽電纜，將電纜的屏蔽層與連接器的外殼連接。這種形式下的屏蔽效能取決于插頭的屏蔽效果；
b）通過EMI濾波器連接。即電源線通過電源濾波器連接，信號線采用濾波連接器轉(zhuǎn)接。這種方式即可濾波，又可實(shí)現(xiàn)屏蔽。
3.2.2.4 屏蔽材料的選用
選擇適當(dāng)?shù)钠帘尾牧霞罢_地使用這些材料，是達(dá)到目標(biāo)屏蔽效果的重要環(huán)節(jié)。以下是幾種常用的屏蔽材料：
鈹銅指形簧片
鈹銅具有優(yōu)良的彈性和導(dǎo)電性，是非常理想的電磁密封材料。指形簧片允許滑動接觸的，壓縮形變范圍大?；善澈髱в胁桓赡z，可直接粘接在接觸面上。另外，這種簧片可以在其中填充磁場吸收材料，增加磁場的屏蔽效能。 （下轉(zhuǎn)第165頁）（上接第163頁）
導(dǎo)電橡膠
導(dǎo)電橡膠是在硅橡膠中均勻分布微細(xì)導(dǎo)電顆粒制成的，能同時提供環(huán)境和電磁密封。常用的填充顆粒有銀顆粒，鍍銀鋁顆粒和鍍銀玻璃球顆粒。
導(dǎo)電橡膠材料主要有導(dǎo)電橡膠板和導(dǎo)電橡膠條，導(dǎo)電橡膠條又有各種形狀截面的實(shí)心導(dǎo)電橡膠條和空心導(dǎo)電橡膠條。
金屬絲網(wǎng)
利用金屬絲編織而成的屏蔽材料。屬于一種廉價的電磁屏蔽材料，可用于高頻屏蔽效能要求不高的屏蔽場合。
屏蔽膠帶
由銅或鋁箔加上導(dǎo)電背膠構(gòu)成的膠帶。直接貼在屏蔽體上的縫隙處消除縫隙的泄漏。使用時要注意粘接的金屬表面必須是導(dǎo)電的，并要反復(fù)碾壓膠帶，否則導(dǎo)電膠不能發(fā)揮其高導(dǎo)電性。
屏蔽玻璃
在玻璃中間夾一層絲網(wǎng)或者在玻璃上鍍金屬膜實(shí)現(xiàn)屏蔽的玻璃。絲網(wǎng)屏蔽玻璃的屏蔽效能較高，但是屏蔽網(wǎng)會使光線損失15%～20%左右，從而造成觀察困難。通過合理選擇屏蔽網(wǎng)的目數(shù)達(dá)到在光線損失允許的范圍內(nèi)使得電磁兼容達(dá)到要求。鍍膜屏蔽玻璃的屏蔽效能較絲網(wǎng)屏蔽玻璃略差，對光線的損失也較小，但要防止鍍膜損傷對屏蔽效能造成影響。
近年來，電子儀器向著“輕、薄、短、小”和多功能、高性能及成本低方向發(fā)展。塑料機(jī)箱、塑料部件或面板廣泛地應(yīng)用于電子儀器上，于是外界電磁波很容易穿透外殼或面板，對儀器的正常工作產(chǎn)生有害的干擾，而儀器所產(chǎn)生的電磁波，也非常容易輻射到周圍空間，影響其它電子儀器的正常工作。為了使這種電子儀器能滿足電磁兼容性要求，人們在實(shí)踐中，研究出塑料金屬化處理的工藝方法，如濺射鍍鋅、真空鍍（AL）、電鍍或化學(xué)鍍銅、粘貼金屬箔（Cu或AL）和涂覆導(dǎo)電涂料等。經(jīng)過金屬化處理之后，使完全絕緣的塑料表面或塑料本身（導(dǎo)電塑料）具有金屬那樣反射（如手機(jī)）。吸收、傳導(dǎo)和衰減電磁波的特性，從而起到屏蔽電磁波干擾的作用。實(shí)際應(yīng)用中，采用導(dǎo)電涂料作屏蔽涂層，性能優(yōu)良而且價格適宜。在需要屏蔽的地方，做成一個封閉的導(dǎo)電殼體并接地，把內(nèi)外兩種不同的電磁波隔離開。實(shí)踐表明，若屏蔽材料能達(dá)到30～40dB以上衰減量的屏蔽效果時，就是實(shí)用、可行的。
4.結(jié)束語
保證設(shè)備的電磁兼容是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)，對于這個問題不存在萬能的解決方法。電磁兼容技術(shù)涉及面很廣，電磁兼容領(lǐng)域也正在發(fā)展，重要的是掌握有關(guān)電磁兼容的基本原理，認(rèn)真分析和試驗(yàn)，就能選擇合適的解決問題方法。
參考文獻(xiàn)
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“三防”設(shè)計(jì)與工藝
正確、合理地選用材料是“三防”設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。材料的“三防”能力主要取決于材料本身的性質(zhì)，在不能滿足防護(hù)要求時則必須對材料表面實(shí)施鍍涂保護(hù)。對于直接暴露在大氣中的零件，應(yīng)該選用耐蝕鋼、不銹鋼、鋁合金等材料。選用材料時，必須清楚材料的腐蝕機(jī)理和相容性，避免出現(xiàn)危險性大的腐蝕形式，防止材料間相互作用引起腐蝕和老化。金、鉻、鎳、鈦及鈦合金、鋁合金、銅合金和不銹鋼等都有好的耐腐蝕性。從經(jīng)濟(jì)性考慮，一般選用鋁合金、不銹鋼和優(yōu)質(zhì)碳素鋼等。有更高要求可采用鍍覆金屬層和涂覆非金屬層聯(lián)合保護(hù)?！叭馈苯Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：1設(shè)備結(jié)構(gòu)外形應(yīng)盡可能簡單。2避免溝槽等易積水和冷凝液結(jié)構(gòu)。3結(jié)構(gòu)縫隙是無法全部避免情況下，采用人為密封方式進(jìn)行處理。例如，采用刮膩?zhàn)?、噴涂底漆、涂抹密封膠等手段。4避免結(jié)構(gòu)棱角過于尖銳，如果零件形狀發(fā)生改變時，保證足夠圓角過渡。5產(chǎn)品應(yīng)做好密封，如果考慮通風(fēng)或者無法做到全密封，對設(shè)備要應(yīng)采取排水措施，排水孔應(yīng)不小于直徑6mm。6電路板在設(shè)計(jì)時應(yīng)盡可能考慮垂直放置，如果因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)空間原因必須水平放置時，應(yīng)提高母板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，避免形成積水面。7不同金屬接觸時，控制電位差不大于0.5V[4]。8對于密封和通風(fēng)都有很高要求的設(shè)備，應(yīng)該將散熱通風(fēng)孔布置在設(shè)備底部，禁止布置在頂部，如果布置于側(cè)面可通過外加擋雨檐等方式處理。通過材料改性和表面鍍涂使得設(shè)備的“三防”性能進(jìn)一步提升。對金屬材料進(jìn)行冷、熱加工和熱處理工藝等改性處理，可改善材料內(nèi)部組織、消除應(yīng)力從而提高材料的耐蝕性能。另外，對于焊接件，可通過合理選擇焊接工裝、參數(shù)、次序等工藝措施來減小焊接應(yīng)力引起的結(jié)構(gòu)形變，減少殘余應(yīng)力造成的晶間腐蝕。通過材料表面鍍涂可以在設(shè)備及其零件表面生成一層金屬鍍層或非金屬涂層，達(dá)到與周圍介質(zhì)隔離的目的，從而起到了防護(hù)作用?！叭馈卞兺抗に噾?yīng)遵循以下原則：1鍍涂層適用條件必須與設(shè)備使用環(huán)境條件相適應(yīng)，因?yàn)楦黝愬兺繉佣加性试S的使用條件和范圍。2不同鍍涂層之間要相容。3零件和設(shè)備的表面光潔度要滿足鍍涂工藝要求。4盡可能選用成熟的鍍涂工藝，如采用新工藝，必須進(jìn)行充分的試驗(yàn)驗(yàn)證。
應(yīng)用舉例
所示為一款某型號電子設(shè)備的控制系統(tǒng)機(jī)箱。機(jī)箱的表面整體采用酸洗、磷化、靜電噴涂戶外塑粉達(dá)到防潮、防鹽霧的效果，內(nèi)部的PCB電路板均噴有“三防”漆。各個箱門與箱體體之間全部裝有密封墊，通過彈簧鎖關(guān)閉箱門是壓緊密封墊，從而避免積水，消除縫隙。萬一有雨水浸入，通過排水槽也可以將雨水導(dǎo)出。上翻小門開啟，方便操作面板操作；小門關(guān)閉時，同樣通過壓緊密封墊實(shí)現(xiàn)密封。另外，防雨檐可以起到雙重保護(hù)的作用。將電連接器布置在機(jī)箱底部，利于防水、防潮，連接器選用自身防水等級較高的，進(jìn)一步提高防水、防潮效果。4結(jié)束語目前，對野外設(shè)備的可靠性要求越來越高，而設(shè)備的“三防”性能直接決定著設(shè)備可靠性的高低。因此，不斷提高野外電子設(shè)備的“三防”性能，是今后野外電子設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)單位及相關(guān)人員關(guān)注的重要課題。與“三防”有關(guān)的新材料、新工藝和新結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，如何實(shí)現(xiàn)工程化也是一個函待解決的問題。
本文作者：陸玉姣工作單位：機(jī)械工業(yè)第三設(shè)計(jì)研究院
前言：
近年來，在通信技術(shù)不斷發(fā)展的環(huán)境背景下，通信技術(shù)的產(chǎn)品種類也在不斷的增多，其在發(fā)展的過程中，也面臨著很大的競爭壓力和更高的設(shè)計(jì)要求。針對于電子通訊設(shè)備的設(shè)計(jì)，我們不僅要保證其外形的美觀，更要保證其在應(yīng)用過程中的信號穩(wěn)定性，以及較強(qiáng)的抗干擾能力。為此，相關(guān)的人員必須對電磁干擾與電子通信設(shè)備機(jī)箱機(jī)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行認(rèn)真的研究和分析。
1.電子通信設(shè)備機(jī)箱機(jī)柜的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
眾所周知，美國是最早開發(fā)電子控制裝置機(jī)箱機(jī)柜的國家，其逐步發(fā)展和完善，并日趨成熟。隨著電子行業(yè)的日益發(fā)展，中國的電子控制裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也面臨著急需更新的局面。骨架主體是機(jī)柜構(gòu)成的重要組成部分，骨架也是其主要的荷載受力者。其整個強(qiáng)度和整個裝置的剛度直接影響設(shè)備的長期使用效果，其對設(shè)備使用的安全性和耐久性具有重要的意義和作用。通常情況下，機(jī)柜的骨架基本上在靜態(tài)的使用過程中不會出現(xiàn)問題，但是如果在起重、運(yùn)輸以及突然的外部沖擊的過程中，其剛性就會大大的降低，進(jìn)而產(chǎn)生不穩(wěn)定和變形的效果，這樣就會對元器件造成了很大的損壞，在一定程度上，阻礙了電路的正常工作[1]。
2.機(jī)箱機(jī)柜的電磁干擾相關(guān)設(shè)計(jì)研究
首先，我們在設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該加強(qiáng)對屏蔽體材料厚度的有效控制，我們?yōu)榱擞行У谋ＷC其屏蔽的效果，我們就需要對屏蔽體材料的厚度進(jìn)行有效研究，并且通過合理的公式來對其進(jìn)行科學(xué)的估算。通常情況下，我們將材料的厚度取值確定為鍍鋅鐵板相對導(dǎo)電率和鍍鋅鐵板相對導(dǎo)磁率的乘積。屏蔽材料的導(dǎo)磁率和導(dǎo)電率的成績越大，其干擾頻率也就及越強(qiáng)，其屏蔽的效果也就更好。通過材料的合理設(shè)計(jì)，我們就能夠更好的確定金屬屏蔽的厚度，進(jìn)而加強(qiáng)對電子設(shè)備的有效保護(hù)[2]。
其次，我們要能夠?qū)V波進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，我們要能夠?qū)﹄娫淳€的引出和引入信號線的傳導(dǎo)干擾進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。信號線和電源線是一個重要的載體類的干擾，其很容易通過兩個通道進(jìn)入機(jī)箱的內(nèi)部。因此，電源線的干擾應(yīng)該能夠根據(jù)頻率范圍的大小，按照相應(yīng)的規(guī)格和要求，有效實(shí)現(xiàn)對電路的保護(hù)。而且，電子設(shè)備的機(jī)箱接地是非常重要的，機(jī)箱本身是個掉電的物體，如果其干擾了發(fā)射體和接受體，就會直接嚴(yán)重的影響電子設(shè)備的運(yùn)行。
最后，我們還應(yīng)該對電磁兼容性的設(shè)計(jì)給予完善，電子通信產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作組成部分包含很多，影響其性能的因素也有很多。一方面，電路模塊本身具有較強(qiáng)的抗干擾能力，抗電磁干擾屏蔽能力強(qiáng)。另一方面，電磁泄露的部分主要是在房屋的連接結(jié)構(gòu)處進(jìn)行集中。
我們要想處理好相應(yīng)的設(shè)備，使其能夠具有良好的電磁兼容性，那么我們就應(yīng)該加強(qiáng)對相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的有效和合理的控制[3]。
3.加強(qiáng)對電子通信產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的散熱設(shè)計(jì)
我們在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該選擇具有較大的熱導(dǎo)率材料，有效的增大其傳熱的面積，這樣就能夠更好的縮短熱導(dǎo)傳出的路徑。其次，我們要能夠根據(jù)的實(shí)際的情況，設(shè)計(jì)具有一個特殊的通道，實(shí)現(xiàn)有效的通風(fēng)。我們主要采用的方法就是在機(jī)箱的相對面或者溫差較大的面上開設(shè)熱控裝置，通過這樣的方式，有效的增加風(fēng)扇的強(qiáng)制散熱能力。最后，我們可以采用一些鋁合金或者金屬材料，這樣能夠更好的提高熱輻射效率，使其具有更好的散熱效果。
4.機(jī)箱機(jī)柜的減震設(shè)計(jì)
我們在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，還應(yīng)該對震源的強(qiáng)度進(jìn)行合理和有效的控制，為了有效的保證動態(tài)平衡，我們可通過對降低整體設(shè)備的不平衡，提高其阻尼能力，對于天線的部分，我們應(yīng)該對相關(guān)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)有效的減震目的。針對于一些會產(chǎn)生摩擦的零部件，我們應(yīng)該其進(jìn)行一些緩沖設(shè)計(jì)，采用精密的軸承，有效的減少摩擦，更好的降低震源的強(qiáng)度。并且在設(shè)計(jì)的過程中，我們還要能夠?qū)ο鄳?yīng)的性能指標(biāo)參數(shù)給予合理的優(yōu)化，這樣就能夠?qū)τ?jì)算的方法和數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的治療，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)良好的設(shè)計(jì)效果[4]。
5.機(jī)箱機(jī)柜整體造型的設(shè)計(jì)
機(jī)柜的框架對于整體形狀是非常重要的，櫬耍我們也要對結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。當(dāng)對相應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，也要能夠充分的意識到工作的重點(diǎn)，合理的處理前門操作和人際交互，這也是機(jī)柜設(shè)計(jì)的核心。門前結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，我們通過對統(tǒng)一的顏色特征和分割功能的顏色設(shè)計(jì)的使用，能夠更好的實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)造型的首要設(shè)計(jì)。
6.加強(qiáng)對機(jī)箱機(jī)柜的環(huán)境設(shè)計(jì)
我們在實(shí)際的環(huán)境設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該加強(qiáng)對室內(nèi)環(huán)境和室外環(huán)境的設(shè)計(jì)，針對于室內(nèi)的環(huán)境，我們要保證電子設(shè)備能夠正常工作，任何電子設(shè)備應(yīng)該能夠有效的抵抗一些電磁波，這樣才能夠減少對其它電子設(shè)備的電磁干擾。與此同時，我們還應(yīng)該意識到電子設(shè)備在戶外，其面臨的環(huán)境更加惡劣，我們在對其進(jìn)行使用的過程中要考慮雨水、陽光照射等多種因素的影響，這樣均能夠有效的降低損壞，更好的抵御惡劣的環(huán)境。如果外部的環(huán)境的較為惡劣，我們要能夠?qū)ζ浣o予特殊的保護(hù)，根據(jù)不同的環(huán)境對電子設(shè)備進(jìn)行防塵處理，使其更好的適應(yīng)環(huán)境的變化，從而在一定程度上，提高相關(guān)設(shè)備的可靠性。
結(jié)語：
綜上所述電子通訊設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠有效的保證相關(guān)產(chǎn)品的可靠性和適用，為人們的生產(chǎn)和生活提供便利的條件，使其更好的符合社會現(xiàn)代化的發(fā)展進(jìn)程。為此，相關(guān)的人員在研究和設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該對相關(guān)的問題環(huán)節(jié)給予合理的完善和優(yōu)化，更好的提高產(chǎn)品的電磁兼容性和散熱能力，協(xié)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)電子產(chǎn)業(yè)更快更好的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
1.引言
機(jī)載通信電子設(shè)備一般為獨(dú)立設(shè)備，是機(jī)載電子系統(tǒng)中重要的組成部分。軍用設(shè)備通常在非常惡劣的環(huán)境下服役，工作環(huán)境、使用要求和用戶要求比其他電子設(shè)備更為嚴(yán)苛，因此，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求具有特殊性。
為適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭作戰(zhàn)要求，機(jī)載平臺通信系統(tǒng)一直維持高科技化的發(fā)展，對軍用機(jī)載通信電子設(shè)備要求越來越高。對于機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足多功能、高性能、高可靠性、小型輕量化、通用化、維修快速化等要求。軍用通信設(shè)備研制周期短，產(chǎn)品變化多，往往是電路設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時并行，多專業(yè)同時協(xié)調(diào)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以成熟可靠的機(jī)箱設(shè)計(jì)技術(shù)為基礎(chǔ)，才能實(shí)現(xiàn)高效率、高品質(zhì)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
2.設(shè)計(jì)要求
軍用機(jī)載通信設(shè)備的環(huán)境條件是用戶根據(jù)GJB 150A、GJB 367A或HB 5830系列標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合設(shè)備的實(shí)際使用、運(yùn)輸、貯存環(huán)境制定的。
機(jī)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先應(yīng)滿足工作環(huán)境以及技術(shù)指標(biāo)要求：
1）機(jī)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案應(yīng)簡捷，且細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)到位。零部件加工工藝性良好，機(jī)箱具有良好的操作維修性，便于裝配、調(diào)試、使用、維修。機(jī)箱的內(nèi)部走線工整，牢固。
2）機(jī)箱的模塊化設(shè)計(jì)程度高，繼承性高。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量采用通用件、標(biāo)準(zhǔn)件。
3）機(jī)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案應(yīng)充分考慮散熱，對于功率放大器件等熱耗大的器件，應(yīng)在方案設(shè)計(jì)階段闡明采取的熱設(shè)計(jì)措施。
4）機(jī)箱應(yīng)具有足夠的剛強(qiáng)度，能適應(yīng)搬運(yùn)和運(yùn)輸過程中的振動環(huán)境，機(jī)載通信設(shè)備在飛機(jī)行駛中的振動環(huán)境下能正常工作。同時，還應(yīng)能適應(yīng)在使用、搬運(yùn)、裝卸和和運(yùn)輸?shù)冗^程中可能遭受的非重復(fù)性沖擊。
5）機(jī)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循小型化、輕量化要求，采用減重設(shè)計(jì)。
6）機(jī)箱應(yīng)有電磁兼容性設(shè)計(jì)。
7）機(jī)箱應(yīng)進(jìn)行三防設(shè)計(jì)，保證在氣候惡劣的環(huán)境下長期服役。
3.機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
機(jī)箱是實(shí)現(xiàn)設(shè)備技術(shù)指標(biāo)要求的基礎(chǔ)，通常也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要對象。通信設(shè)備通常為獨(dú)立的箱殼式機(jī)箱，按結(jié)構(gòu)形式可細(xì)分為鈑金式機(jī)箱、銑制機(jī)箱、焊接機(jī)箱、模塊化鋁材機(jī)箱等。除另有規(guī)定外，軍用機(jī)載電子設(shè)備的機(jī)箱尺寸其附件應(yīng)符合GJB 441和GJB 780的規(guī)定。
軍用機(jī)載通信設(shè)備通常置機(jī)艙內(nèi)，根據(jù)GJB 376A要求，機(jī)箱的外觀為黑色（無光澤）。設(shè)備外觀及內(nèi)部模塊都應(yīng)有標(biāo)識，名牌安裝于設(shè)備明顯位置，內(nèi)容清晰、耐久，除非特殊規(guī)定，不使用不干膠作為設(shè)備名牌。機(jī)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮“三化”的要求，采用模塊化的設(shè)計(jì)，最大化統(tǒng)一螺紋規(guī)格，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件。機(jī)載設(shè)備的機(jī)箱要求小型化、輕量化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段需采用減重措施。為滿足機(jī)箱安全性要求，機(jī)箱外觀不應(yīng)有尖銳棱角，外殼的不連續(xù)性（蓋板、窗口等）應(yīng)盡可能少，外露器件（接插件等）要有防護(hù)措施，前面板安裝把手可以在前面板向下放置時能保護(hù)面板上的突出器件，外部安裝的不連續(xù)使用的插座均應(yīng)裝保護(hù)罩，前后面板排布要美觀合理，設(shè)備超過10kg時考慮用雙把手，所有緊固件都要有效防松脫，機(jī)箱還應(yīng)有漏電保護(hù)措施等。
3.1 鈑金結(jié)構(gòu)機(jī)箱
鈑金結(jié)構(gòu)是軍用機(jī)載通信設(shè)備機(jī)箱的常見形式，其結(jié)構(gòu)簡潔、規(guī)則、對稱、重量輕，而且有成本低和便于加工的優(yōu)點(diǎn)。鈑金結(jié)構(gòu)的機(jī)箱整體是由折彎零件裝配而成，具有良好的剛、強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時要注意以下幾點(diǎn)：
1）材料選擇塑性好的防銹鋁，機(jī)箱用料厚度一致。
2）折彎內(nèi)緣半徑過小會引起開裂，而過大會產(chǎn)生回彈。應(yīng)以工藝要求為設(shè)計(jì)依據(jù)，合理設(shè)計(jì)折彎內(nèi)徑，利用現(xiàn)有的折彎模具加工。
3）考慮鈑金零件機(jī)械加工的工藝性，如單邊折彎高度不宜過小，沖孔落料直接要有安全間距，以及彎邊沖孔邊距合理等問題。
4）鈑金折彎后以彎邊為基準(zhǔn)的尺寸公差應(yīng)放至0.3mm較為經(jīng)濟(jì)，應(yīng)合理設(shè)計(jì)機(jī)箱外形、孔位等尺寸的精度，避免公差過高增加不必要的成本。
圖1是鈑金結(jié)構(gòu)機(jī)箱，圖2為銑制結(jié)構(gòu)機(jī)箱。
3.2 銑制結(jié)構(gòu)機(jī)箱
銑制機(jī)箱在軍用機(jī)載通信設(shè)備中非常普遍。銑制機(jī)箱結(jié)構(gòu)靈活、復(fù)雜，突破了其他種類傳統(tǒng)機(jī)箱的局限性?，F(xiàn)代通信設(shè)備呈小型化、多功能化、外觀時尚化的發(fā)展趨勢，銑制機(jī)箱適應(yīng)性強(qiáng)，而且機(jī)箱銑加工成薄板和加強(qiáng)筋的形式利于增強(qiáng)整體剛度和減重。設(shè)計(jì)時要注意以下幾點(diǎn)：
1）銑制機(jī)箱螺紋全部屬于緊固連接螺紋，應(yīng)合理布置緊固處的間距，鋁合金強(qiáng)度不夠時應(yīng)采用不銹鋼螺套來增強(qiáng)螺紋強(qiáng)度。
2）機(jī)箱應(yīng)避免使用沉頭、半沉頭螺釘，且必有防松脫措施。
3）機(jī)箱的零部件設(shè)計(jì)，應(yīng)便于加工和裝夾，僅在必要時提高精度。
4）機(jī)箱外部的門、板應(yīng)方便拆卸。裝配、維修方便，避免使用特制工具。
3.3 焊接結(jié)構(gòu)機(jī)箱
焊接機(jī)箱框架牢固且剛、強(qiáng)度高，焊接縫強(qiáng)度高于基材的一半。軍用設(shè)備工作于惡劣的機(jī)械環(huán)境中，焊接機(jī)箱在抗沖擊和振動的性能優(yōu)越。軍用機(jī)載通信設(shè)備機(jī)箱的焊接結(jié)構(gòu)常采用真空釬焊，其他種類的焊接也多有應(yīng)用。焊接機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時要注意以下幾點(diǎn)：
1）航空鋁合金中3A21、5A06、5A05、6061、6063適用于手弧焊、電子束焊、點(diǎn)焊。在真空釬焊爐加熱溫度不大于800℃的條件下，只有3A21、6063適合用于釬焊（因?yàn)殁F焊溫度低）。
2）采用鋁合金3A21、6063焊縫致密度較好，但應(yīng)避免垂直焊縫，焊接面的寬度不小于10mm。焊前用不銹鋼或與母材同材質(zhì)的螺釘緊固被焊零件，螺釘間距20-30mm為宜，精度要求高處采用不銹鋼圓柱銷定位。
3）機(jī)箱采用等厚度的板料焊接，不等厚時應(yīng)設(shè)計(jì)過渡區(qū)以達(dá)到等厚。使用手弧焊主要用V型坡口，板厚度不大于3mm可以不設(shè)計(jì)坡口。
4）焊后加工會削弱焊縫強(qiáng)度，應(yīng)避免焊后加工。
圖3是焊接結(jié)構(gòu)模塊化的機(jī)箱，圖4為模塊化結(jié)構(gòu)機(jī)箱。
3.4 模塊化機(jī)箱設(shè)計(jì)
模塊化設(shè)計(jì)是軍用通信設(shè)備的顯著特點(diǎn)。歐美有SEM-E、ASAAC標(biāo)準(zhǔn)模塊規(guī)范等，國內(nèi)也制定了GJB 1422、HB 7091和HB 7092等針對航空機(jī)載電子模塊的標(biāo)準(zhǔn)。模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)=通用模塊（大量）+專用模塊（少量）+模塊連接器。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員只需注重專用的結(jié)構(gòu)形式和接口設(shè)計(jì)，而不必從頭開始，可以有效簡化設(shè)計(jì)程序，縮短研制周期。
通信電子設(shè)備常見的模塊劃分：電源模塊、接口及數(shù)據(jù)處理、終端模塊、信道模塊、功率放大模塊。模塊間的電路互聯(lián)主要有低頻、射頻，有時會有光纖等模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時要注意以下幾點(diǎn)：
1）模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)是有效的利用空間，尺寸與重量盡量小，一般能夠單人手持。
2）模塊應(yīng)是可維修、更換的，并且在正常安裝位置或從設(shè)備卸下時都能較容易地對其調(diào)試測試。模塊上應(yīng)使用快速分離式連接器，分離時不需要使用工具（或只需一般手工工具）。同一模塊接插件數(shù)量較多時，應(yīng)考慮到插拔受力。
3）盲插模塊需用導(dǎo)向裝置和定位銷的導(dǎo)向與定位，安裝模塊時可輕易對準(zhǔn)，而且一定要有防插錯的措施。盲插模塊接插件要有浮動量，對于射頻接口浮動量以1.5mm為宜，避免過小或過大。
4）固定模塊用的緊固件應(yīng)容易拆卸，要防止緊固件掉入設(shè)備，盡量使用松不脫組合螺釘。
4.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)
4.1 熱設(shè)計(jì)
軍用機(jī)載電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)的基本理論和計(jì)算方法以及熱可靠性分析與鑒定的方法在GJB/Z 27、QJ 1474均有詳述。機(jī)載通信設(shè)備內(nèi)部的高密度集成電路和功率放大部位熱密度很高，散熱設(shè)計(jì)往往是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。
設(shè)備機(jī)箱在方案階段的設(shè)計(jì)方法，多數(shù)借助數(shù)值傳熱學(xué)仿真技術(shù)模擬熱環(huán)境輔設(shè)計(jì)。最常用的熱分析軟件有FLOTHERM和ICEPAK，它們利用計(jì)算流體動力學(xué)（CFD：Computational Fluid Dynamic）和數(shù)值傳熱學(xué)仿真技術(shù)來模擬電子設(shè)備中的流體流動、熱傳輸以及熱輻射（邊界條件），并以此計(jì)算電子設(shè)備周圍的流場、溫度場、壓力場。熱分析軟件的瞬態(tài)分析計(jì)算量非常大，因此絕大多采用穩(wěn)態(tài)的分析的方法，而且允許有較大（30%左右）的誤差。
軍用機(jī)載通信設(shè)備的工作環(huán)境溫度，以技術(shù)協(xié)議為依據(jù)，溫度范圍可達(dá)-50℃～+75℃。不少設(shè)備考慮占空比的因素后，平均熱功率仍不少于200W，機(jī)箱強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱方式被普遍采用。機(jī)箱的熱設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時要注意以下幾點(diǎn)：
1）冷卻空氣的入口應(yīng)遠(yuǎn)離其他設(shè)備熱空氣的出口。
2）機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮機(jī)箱內(nèi)的熱耗分布，為機(jī)箱內(nèi)部單元設(shè)計(jì)傳熱、散熱的途徑，必要時采用熱絕緣或熱屏蔽措施。功放管等器件熱耗突出，在機(jī)箱熱設(shè)計(jì)中要著重分析。
3）選擇風(fēng)機(jī)時，應(yīng)具備合適的風(fēng)機(jī)尺寸和風(fēng)量，還要考慮到風(fēng)機(jī)的噪聲（轉(zhuǎn)速）、電磁干擾、振動、振幅等因素對機(jī)箱內(nèi)的影響，要充分考慮風(fēng)機(jī)的可靠性。鼓風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)壓大、風(fēng)量集中，很適用于局部冷卻，應(yīng)盡量使風(fēng)機(jī)保持良好的工作點(diǎn)；抽風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)量大、負(fù)壓分布均勻，對流道結(jié)構(gòu)的要求比鼓風(fēng)低，但要避免氣流“短路”。通過風(fēng)機(jī)的特性曲線找出合適的工作點(diǎn)，作為仿真結(jié)果的對比。風(fēng)機(jī)有工作溫度范圍，不能超限值工作，有時必要配置風(fēng)機(jī)的控制電路。
4）強(qiáng)迫風(fēng)冷若不滿足要求，則首先應(yīng)優(yōu)化散熱器的幾何參數(shù)。增加肋片高度和肋片數(shù)，可以增加散熱表面積。但當(dāng)肋片增加到一定數(shù)量時，肋片間距變小，導(dǎo)致流過肋片的風(fēng)量變小，同時肋片間的溫度會相互影響，所以，增加表面積須考慮流動阻力。
5）熱設(shè)計(jì)與其他設(shè)計(jì)（電氣設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)）要同時進(jìn)行，當(dāng)出現(xiàn)矛盾時應(yīng)權(quán)衡解決，但不得損害電氣性能。
4.2 隔振設(shè)計(jì)
軍用機(jī)載通信設(shè)備對隔振的要求很高，必要時會使用多級隔振技術(shù)。機(jī)箱通常選用剛度較大的隔振器，而不耐振的器件則選用剛度小的局部隔振器或采用加固的方式。機(jī)載通信設(shè)備減振系統(tǒng)中，鋼絲繩隔振器、金屬網(wǎng)阻尼隔振器、金屬干摩擦式隔振器（即無諧振峰隔振器）比較常見。對振動敏感的器件通常采用體積小的橡膠隔振器或隔振墊。具體隔振設(shè)計(jì)時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1）機(jī)箱的設(shè)計(jì)應(yīng)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛性（應(yīng)對較低的激振頻率），避免懸臂結(jié)構(gòu)和明顯的應(yīng)力集中。
2）機(jī)箱中重量大于7g的獨(dú)立器件，均應(yīng)考慮隔振加固，無法安裝隔振器可用有彈性的膠狀物質(zhì)充在需要隔離的部位。
3）緊固機(jī)箱的安裝架采用鋁合金鈑金結(jié)構(gòu)，盡量用鉚接或螺紋連接，以提高阻尼。應(yīng)避免使用焊接，以防開裂。
4）選擇隔振器須符合設(shè)備機(jī)箱的環(huán)境要求，尺寸盡量小、隔振效率盡量高。根據(jù)設(shè)備總重量及設(shè)備重心位置，遵循幾何對稱布置原則，確定每個隔振器的實(shí)際承載量。隔振器不超過額定載荷使用，如果各支撐點(diǎn)的載荷相差較大，則應(yīng)采用同一型號不同剛度的隔振器。安裝隔振器的部件應(yīng)該具有最高的強(qiáng)度，隔振器間距應(yīng)盡可能大，但要避免設(shè)備在靜載荷、動載荷下發(fā)生彎曲變形。
4.3 電磁兼容設(shè)計(jì)
通信電子設(shè)備多是對靜電放電和磁場敏感的設(shè)備，應(yīng)采取諸如接地、隔離、屏蔽等措施以提高電磁兼容性。結(jié)構(gòu)的電磁兼容性設(shè)計(jì)應(yīng)與設(shè)備電氣設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，并按照GJB/Z 25標(biāo)準(zhǔn)開展設(shè)計(jì)。機(jī)箱電磁兼容設(shè)計(jì)時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1）通信設(shè)備主要是高頻屏蔽，對此屏蔽體材料須選用良導(dǎo)體，如銅、鋁等，還需進(jìn)行表面處理，增加表面導(dǎo)電能力（對于低頻屏蔽體選用磁性材料，如鐵等）。
2）機(jī)箱上必有接地裝置（通常為通用件），用于接地的所有金屬或其它電氣連接件導(dǎo)電處應(yīng)良好緊固接觸，無間隙以及油漆等涂料。
3）機(jī)箱蓋板的緊固件間距，通常使用1/4屏蔽波長。
4）機(jī)箱選用的導(dǎo)電材料應(yīng)考慮抗腐蝕能力，并滿足環(huán)境條件。導(dǎo)電橡膠條粘接用703硅橡膠分段單點(diǎn)粘接，每隔2.5cm～5.0cm分一點(diǎn)，切忌整段粘接。
4.4 三防設(shè)計(jì)
機(jī)載設(shè)備機(jī)箱考慮到材料的強(qiáng)度、剛度，一般選用鋁鎂合金作為主要材料。三防設(shè)計(jì)是機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要一環(huán)，設(shè)計(jì)的相關(guān)要求應(yīng)符合GJB/Z80標(biāo)準(zhǔn)。軍用機(jī)載電子設(shè)備的機(jī)箱均需滿足GJB 150A所規(guī)定的濕熱、鹽霧、霉菌試驗(yàn)要求，三防設(shè)計(jì)時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
外表防護(hù)層選用氟聚氨酯漆，其耐候性優(yōu)于丙烯酸聚氨酯漆。外表油漆不撒花比撒細(xì)花耐霉菌能力好。
2）機(jī)箱中所用不銹鋼零件須進(jìn)行鈍化處理，銅合金進(jìn)行鍍鎳、鍍銀或鍍金。
3）因?yàn)闀兩冦y通常用于機(jī)箱內(nèi)部。在沒有導(dǎo)電性能要求的地方，可用三防漆防護(hù)鍍銀層。
4）機(jī)箱外部接插件外殼首選不銹鋼材質(zhì)鈍化，其次是防銹鋁合金表面鍍鎘。
5）機(jī)箱的接地柱和有相對運(yùn)動的器件，不能涂敷三防漆和油漆。
5.結(jié)束語
本文是在實(shí)際工程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，概況闡述了軍用機(jī)載通信設(shè)備機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的要點(diǎn)，對同類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定的參考借鑒意義。技術(shù)進(jìn)步要通過不斷創(chuàng)新，只有遵從科學(xué)原理，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和成果，方能減少設(shè)計(jì)創(chuàng)新的風(fēng)險，增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭力。
參考文獻(xiàn)
引言
隨著電子元器件的高速發(fā)展，雷達(dá)電子設(shè)備的高度集成將不可避免。但同時帶來了布局緊張，熱流密度大，電磁干擾，防水困難等相關(guān)問題。這些問題在多通道陣列模塊上顯得尤為突出，這就對陣列模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。
1.優(yōu)化布局設(shè)計(jì)
該模塊為8通道數(shù)字陣列模塊內(nèi)部包含8路收發(fā)單元、8路變頻、基準(zhǔn)源、頻率源、8通道數(shù)字處理板、分布式電源、功分以及調(diào)制等上百個電訊零部件。因此合理的布局尤為重要，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師從方案階段就需要與其他相關(guān)設(shè)計(jì)師充分交流討論，并經(jīng)過多輪反復(fù)修改、協(xié)商，最終確定最優(yōu)方案之后。與結(jié)構(gòu)總體就陣列模塊的大小及機(jī)、電、液等外部接口進(jìn)行磋商與討論。與電訊設(shè)計(jì)師根據(jù)信號走向，排列好各功能模塊的位置與空間分布，并且預(yù)留合理的水道空間和正反面過孔以及垂直互聯(lián)絕緣子的位置；同時兼顧散熱器件的合理分布和分配；固定螺釘及散熱水道之間的互相合理避讓；內(nèi)部走線及可操作性進(jìn)行反復(fù)討論。與環(huán)控設(shè)計(jì)師在散熱水道的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，以及散熱翅片的排列和分布進(jìn)行討論。與工藝設(shè)計(jì)師就散熱水道的焊接方式及優(yōu)化可制造性方面進(jìn)行討論。待所有的問題全部梳理通順才能進(jìn)行詳細(xì)的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
2.高效散熱設(shè)計(jì)
該陣列模塊熱耗約974W，其中100W功率管安裝外形尺寸為34mm*10mm，熱流密度峰值超過20W/cm2，風(fēng)冷散熱已不能滿足要求，本方案選用液冷體系?；诶浒骞β势骷季峙c冷卻流道一體化設(shè)計(jì)思路，采用高熱流密度高效冷卻技術(shù)完成陣列模塊散熱，具體實(shí)現(xiàn)途徑如下：①引入小型內(nèi)嵌翅片的液冷通道和流道翅片的邊界層截?cái)嗉夹g(shù)，增大冷卻液與冷板結(jié)構(gòu)在熱耗集中區(qū)的換熱面積和停留時間，并利用冷卻液在翅片截?cái)嗵幍娜肟谛?yīng)和翅片頂端擾動效應(yīng)來增強(qiáng)冷卻液與冷板結(jié)構(gòu)的換熱能力；②在冷卻流道與器件排布一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，根據(jù)器件熱耗及其安裝特性，采用攪拌摩擦焊的方式在器件安裝基板上生成冷卻通道，將功率器件直接安裝在組件冷板兩側(cè)，并采用有效措施降低器件與冷板間的接觸熱阻。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，在單件陣列模塊冷卻液流量為4.5升/分鐘、進(jìn)液溫度為35℃的情況下，計(jì)算顯示位于流道最下游的100W功率管溫度最高，約為62.6℃，管殼溫度約為62.2℃，同類器件溫差約3℃，冷卻液進(jìn)出口溫差約為4℃，冷板壓損約0.115Mpa，滿足散熱要求。
5.結(jié)束語
此陣列模塊已通過各項(xiàng)例行試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。并且隨整機(jī)參與多次演習(xí)與試驗(yàn)，工作穩(wěn)定可靠。但是，由于電子元器件的高速發(fā)展以及新技術(shù)，新材料的不斷涌現(xiàn)，新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法也會不斷產(chǎn)生。
參考文獻(xiàn)：
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為了保證電子設(shè)備的使用功能和使用壽命，要盡量消除溫度對電子設(shè)備的干擾影響，結(jié)合溫度干擾因素，制定完善的溫度抑制解決方案，防止溫度過高造成電子設(shè)備的損壞，進(jìn)而為電子設(shè)備的安全高效運(yùn)行提供重要保障。在這樣的環(huán)境背景下，探究溫度對電子設(shè)備的干擾影響及抑制方法具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1溫度對電子設(shè)備的干擾影響
1.1發(fā)生設(shè)備故障
在電子設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中，產(chǎn)生熱量會帶動環(huán)境溫度的變化，形成溫度波動，改變電子設(shè)備內(nèi)部電子元器件參數(shù)，造成熱擾動。這種熱擾動現(xiàn)象和溫度成正比，溫度越高，熱擾動就會越劇烈。在這樣的環(huán)境下，電子設(shè)備中的電子元期間發(fā)生故障的幾率會大大增強(qiáng)，甚至?xí)斐呻娮釉骷挠谰眯允В茐碾娮釉骷倪\(yùn)行穩(wěn)定性，進(jìn)而縮短電子設(shè)備的使用壽命，對電子產(chǎn)品綜合使用性能形成極大的抑制。從另一個角度上看，當(dāng)電流流經(jīng)阻值導(dǎo)體后，會產(chǎn)生一定熱量，盡管熱量很小，但這種熱量會逐漸累積，進(jìn)而造成溫度過高而發(fā)生電子設(shè)備故障。
1.2產(chǎn)生熱噪聲
除了引發(fā)電子元器件的故障和失效之外，過高的溫度會促使電子器件產(chǎn)生熱噪聲，從電阻元件上看，電阻器在實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生熱量而提高環(huán)境溫度，而過高的環(huán)境溫度會形成噪聲電壓，噪聲電壓是電阻器運(yùn)行中的必然產(chǎn)物，屬于固有噪聲源。這種熱噪聲是連續(xù)性不規(guī)則寬頻譜噪聲，會隨著溫度的升高而加劇。除了電阻元件之外，半導(dǎo)體二極管和三極管也會產(chǎn)生熱噪聲，并隨著溫度的升高改變元件運(yùn)行參數(shù)，這種參數(shù)變化具有極大的危害性，破壞電路實(shí)際運(yùn)行，不利于工作效率的提升。
2抑制電子設(shè)備溫度升高的有效方式
2.1熱傳導(dǎo)
在電氣設(shè)備各個電器元件不發(fā)生相對位移的過程中，借助分子、原子和自由電子等微觀離子熱運(yùn)動性而形成熱量傳遞，稱為熱傳導(dǎo)。一般而言，強(qiáng)化傳導(dǎo)散熱的的主要措施為：（1）選擇導(dǎo)熱系數(shù)較大的原材料進(jìn)行傳導(dǎo)零件制造：（2）增加和導(dǎo)熱零件的實(shí)際接觸面積；（3）減少熱傳導(dǎo)路徑，提高導(dǎo)熱效率。值得注意的是，在熱傳導(dǎo)路徑中杜絕絕熱元件或是隔熱元件的設(shè)置，防止影響導(dǎo)熱效果。特別是在線導(dǎo)熱過程中，單位時間內(nèi)面積固定面積熱量和該點(diǎn)溫度日度、垂直導(dǎo)向方向截面積存在成比例關(guān)系，即為傅立葉導(dǎo)熱定律，其向量表達(dá)為ф=-λA•аt/аx，其中，ф為熱流量；λ為導(dǎo)熱系數(shù)；A為垂直于熱流方向截面積；аt/аx表示在X方向上溫度變化率。
2.2對流散熱
對流散熱主要是流動氣體或是液體和固體壁面接觸中，由于二者存在溫度差而引起的熱能傳遞，在實(shí)際應(yīng)用中包括自然對流與強(qiáng)迫對流兩種形式。自然對流是指流體的冷熱兩部分存在密度差而形成的熱量對流傳遞，其熱量對流的劇烈程度主要由流體溫差、類型和所處空間位置決定。若流動氣體或是液體由于泵、風(fēng)機(jī)等外力因素影響，在流體內(nèi)部形成壓力差，則為熱量強(qiáng)迫對流，其對流激烈程度主要由流體內(nèi)部壓力差、流體類型和流道結(jié)構(gòu)環(huán)境等因素決定。針對電子設(shè)備而言，這種流體一般為空氣，強(qiáng)化對流散熱措施為：（1）加大空氣冷熱溫差；（2）加大空氣和固體壁面的實(shí)際接觸面積；（3）加大環(huán)境介質(zhì)的流動速度，其對流換熱公式為ф=hcA(tw-tf)，其中hc為對流換熱系數(shù)；A為對流換熱面積；tw為熱表面溫度；tf為冷卻流體溫度。
2.3輻射散熱
輻射換熱和對流換熱、熱傳導(dǎo)等散熱方式存在本質(zhì)上的區(qū)別，主要將熱量以光速透過真空，實(shí)現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移和傳遞。依據(jù)熱轄射研究理論，將波長為0.1μ-100μ線視為熱射線，其傳播過程極為熱輻射。強(qiáng)化輻射散熱具體措施為：一是在發(fā)熱體表面設(shè)置散熱涂層；二是提高熱射線和周圍間的溫度差；三是增加輻射體表面積，其中物體熱輻射能力計(jì)算公式為：ф=ßAσ0T4（tw-tf），其中，ß為物體表面黑度；A為輻射表面積；σ0為斯蒂芬-玻爾茲曼常，取值為5.67x10-8/m2•K4；T為物體表面熱力學(xué)溫度。
3電子設(shè)備熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1電子箱熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
電子箱熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要將自然對流散熱方式和熱傳導(dǎo)有效的結(jié)合在一起，將元件板與電子箱均熱化，為了提高設(shè)備檢測要求和檢修標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)人員要將電子設(shè)備中的元件板更換為可替換插入式印版，結(jié)合設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)規(guī)劃插拔模塊，讓插入式印版可以對準(zhǔn)插座，進(jìn)而接電運(yùn)行。各個插拔模塊以楔形塊為主要鎖緊元件，降低插入式印版結(jié)構(gòu)熱阻，通過插拔模塊和印版間接觸壓力、面積進(jìn)行熱量傳導(dǎo)，形成導(dǎo)熱通道，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對電子設(shè)備溫度干擾的抑制。
3.2元器件熱安裝
由于印板組裝密度高，為了提高導(dǎo)熱效率，除了使用散熱型印板外，還要在電子設(shè)備元器件進(jìn)行熱安裝，將元器件設(shè)置在導(dǎo)熱條中，減少元器件到印板之間的熱阻。在大功率熱器件安裝中，安裝人員要在元器件表面涂抹導(dǎo)熱脂，降低界面熱阻，進(jìn)而提高元器件導(dǎo)熱效率。由于電子設(shè)備工作頻率和工作范圍的不穩(wěn)定，使得元器件引線與印板熱系數(shù)存在差距。在這種溫度循環(huán)下，工作人員要盡量消除熱應(yīng)力，將軸向引線柱形元件熱應(yīng)力控制在2.54mm以下，如圖1所示，提高預(yù)留應(yīng)變量，采取各種有效的導(dǎo)熱途徑減少熱阻，方便各個器件的熱耗通過最小的熱阻傳遞到冷卻通道，提高電子設(shè)備散熱效果。
3.3元器件布局結(jié)構(gòu)
在進(jìn)行電子設(shè)備元器件熱結(jié)構(gòu)布局中，一般同一印板中的元器件要依據(jù)熱量大小和耐熱程度進(jìn)行排列，電解、電容等耐熱性較差的元器件要設(shè)置在冷卻氣流上游位置，即為進(jìn)風(fēng)口處；而電阻、變壓器等耐熱效果較好的元器件則要設(shè)置在冷卻氣流最下游，即為出風(fēng)口處。針對集成混合電路安裝環(huán)境而言，設(shè)計(jì)人員要將大規(guī)模集成電路設(shè)置在冷卻氣流上游處，而小規(guī)模集成電路則設(shè)置在冷卻氣流下游處，平衡印板元器件溫度，防止局部溫度過高的情況發(fā)生。一般在水平方向上，大功率器件要貼近印板邊緣位置，減少傳熱路徑，提高散熱效率；在垂直方向上，大功率器件要貼近印板上方位置，防止器件運(yùn)行中各個器件溫度干擾，遵循均熱化原理，進(jìn)而提高元器件布局的合理性，有效抑制溫度對電子設(shè)備的影響。
4結(jié)束語
本文通過研究溫度對電子設(shè)備的干擾影響及抑制方法，提出熱傳導(dǎo)、對流散熱、輻射散熱等溫度抑制方法，設(shè)計(jì)電子設(shè)備熱結(jié)構(gòu)，采取各種有效的途徑減少熱阻，方便各個器件的熱耗通過最小的熱阻傳遞到冷卻通道，提高電子設(shè)備散熱效果，為電子設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行提供重要的保障。
參考文獻(xiàn)
[1]周景民.密閉電子設(shè)備散熱技術(shù)研究及元器件布局優(yōu)化模擬[D].吉林建筑大學(xué),2016.
中圖分類號：TN02 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）34-0248-02
1 引言
隨著我國軍事工業(yè)的不斷發(fā)展，軍工電子設(shè)備在保證其使用的可靠性、密閉性能的同時，還對設(shè)備的小型化和外觀等提出了更高的要求。另一方面，設(shè)備內(nèi)部使用的電子元器件及電子設(shè)備功率密度也在不斷增加。如果在密閉的環(huán)境內(nèi)，各種發(fā)熱元件散發(fā)出來的熱量不能夠及時散發(fā)出去，就會造成熱量的積聚，從而導(dǎo)致各個元器件的溫度超過各自所能承受的溫度極限，使得這些電子設(shè)備的可靠性大大降低，甚至使設(shè)備喪失工作能力。有資料表明，電子設(shè)備的失效率有55%是由于溫度超過了規(guī)定值而引起的。環(huán)境溫度每增長10℃， 電子設(shè)備的失效率增大一倍以上，10 ℃法則給出了電子元器件的失效率隨溫度增加的變化規(guī)律，說明了熱設(shè)計(jì)在電子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是不可忽視的環(huán)節(jié)。因此，研究散熱方法，改善散熱方式，提高冷卻效果，對提高電子產(chǎn)品的運(yùn)行穩(wěn)定性都具有十分重要的意義。
傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是簡單結(jié)構(gòu)，利用傳熱學(xué)中大量的公式、表格，通過計(jì)算來進(jìn)行分析的，而對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)就只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)來獲得。本文詳細(xì)介紹了利用ANSYS軟件對某軍工密封式電子設(shè)備的復(fù)雜散熱器件進(jìn)行仿真、輔助設(shè)計(jì)，節(jié)省設(shè)計(jì)成本的過程。
2 某密封式電子設(shè)備上散熱器件的設(shè)計(jì)思路
2.1 某密封式電子設(shè)備的參數(shù)指標(biāo)
某密封式電子設(shè)備中的功能單元板上有兩個75W的功放晶體管，設(shè)備正常工作時分收發(fā)兩個時段，發(fā)射和接收時間比例大約為1：3，發(fā)射時功放功率最大為150W，有效輸出功率為50W，接收時功放功率小于70W，有效輸出功率約20W。由于該功能模塊的發(fā)熱功率比較大，最大時可以達(dá)到100W；且該設(shè)備有密封防水性要求，因此要求單元板在設(shè)備內(nèi)部所處的空間是密閉空間。要求在不改變設(shè)備外輪廓的前提下分析晶體管直接通過導(dǎo)熱硅膠粘在翅片式散熱器上通過自然散熱時，晶體管和單元板的溫度變化能否滿足電路板和芯片正常工作的溫度要求，并對散熱器的尺寸進(jìn)行優(yōu)化。
該密封式電子設(shè)備的工作參數(shù)如下：
1、正常工作溫度范圍：-40℃―55℃；
2、在60℃高溫環(huán)境下開機(jī)試驗(yàn)，設(shè)備可以連續(xù)正常工作4小時以上；
3、設(shè)備在工作溫度范圍內(nèi)的溫度應(yīng)該小于內(nèi)部單元板上電子元器件的結(jié)溫。一般來講，晶體管正常工作時的溫度應(yīng)控制在 90℃以下，單元電路板上元器件的溫度控制在80℃以下。
2.2 某密封式電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成
某密封式電子設(shè)備的外觀如圖所示
右側(cè)為盒體，左側(cè)有散熱凹槽部分即為后蓋板，本文討論的散熱器件即為后蓋板。
打開設(shè)備，盒體內(nèi)部印制板上有兩個發(fā)熱源，功率各為75W，共150W。后蓋板根據(jù)散熱要求，初步設(shè)計(jì)如圖。
3 ANSYS輔助設(shè)計(jì)
3.1 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)的改進(jìn)
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)改進(jìn)后，后蓋板如圖：
3.2 ANSYS仿真的應(yīng)用
由于該芯片的熱分析屬于典型的電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)分析，因此選用了ANSYS 中Workbench里面的專業(yè)電子設(shè)備機(jī)箱級、芯片級、封裝級的熱分析軟件模塊ICEPAK來完成本次熱分析。
導(dǎo)入后蓋板模型如圖：
劃分網(wǎng)格如圖：
對建立完成的后蓋板散熱模塊熱分析模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分網(wǎng)格后檢查網(wǎng)格劃分的質(zhì)量，網(wǎng)格劃分后產(chǎn)生87450個單元和94588個節(jié)點(diǎn)，面匹配系數(shù)幾乎全部接近于1，網(wǎng)格劃分質(zhì)量較高。如圖所示：
計(jì)算過程
網(wǎng)格劃分后，需要進(jìn)行求解前的參數(shù)設(shè)置，設(shè)置求解的步驟為100步，流體和能量殘差為系統(tǒng)默認(rèn)值，打開solution setting 中的basic settings 窗口，點(diǎn)擊reset，得到系統(tǒng)Rayleigh number 為2.23e6，并打開輻射radiation開關(guān)，設(shè)置重力方向，重力大小都選擇為默認(rèn)值，隨后設(shè)置環(huán)境溫度、輻射溫度、默認(rèn)流體等等，最后設(shè)置求解時電腦處理器為“并行”運(yùn)行，加快求解速度，減少求解時間。如圖所示：
求解
進(jìn)行完求解參數(shù)設(shè)置后，就可以如圖所示進(jìn)行求解，并打開求解監(jiān)視器開關(guān)，以詳細(xì)直觀地觀察求解過程中的步驟和收斂情況。
后處理過程
求解結(jié)束后，可以通過如下圖所示的ICEPAK軟件后處理模塊，查看模型的熱分布情況，熱流矢量圖，切面溫度分布等情況。
4 后蓋板的優(yōu)化設(shè)計(jì)
為了解后蓋板的散熱性能對后蓋板翅片的參數(shù)敏感度，本文針對相同厚度和高度散熱翅的個數(shù)、相同個數(shù)和高度散熱翅片的厚度、以及相同厚度和個數(shù)的散熱翅片的高度等參數(shù)對于散熱器穩(wěn)態(tài)溫度的影響進(jìn)行了多次熱分析。
4.1 后蓋板翅片個數(shù)不同時的熱分析
后蓋板中散熱翅片厚6.5mm，高24mm，環(huán)境溫度60℃時，后蓋板翅片個數(shù)為19個、23個和27個時后蓋板的穩(wěn)態(tài)熱分析溫度分布如圖
由此可知，散熱翅片個數(shù)越多，后蓋板穩(wěn)態(tài)熱分析下，散熱的最高溫度越低。
4.2 后蓋板翅片厚度不同時的熱分析
后蓋板中散熱翅片個數(shù)為24個，翅片高24mm，環(huán)境溫度60℃時，翅片厚5mm、6mm和7mm時，后蓋板的穩(wěn)態(tài)熱分析溫度分布如圖
4.2.3 后蓋板翅片厚度為7mm的穩(wěn)態(tài)分析溫度分布圖
由此可知，散熱翅片越厚，后蓋板穩(wěn)態(tài)熱分析下，散熱的最高溫度越高。
4.3 后蓋板翅片高度不同時的熱分析
后蓋板中散熱翅片個數(shù)為23個，翅片厚6.5mm，環(huán)境溫度60℃時，翅片高20mm、28mm和36mm時散熱器的穩(wěn)態(tài)熱分析溫度分布如圖
由此可知，散熱翅片越高，后蓋板穩(wěn)態(tài)熱分析下，散熱的最高溫度越低。
5 結(jié)果分析
從熱分析的結(jié)果來看，后蓋板的散熱翅片的個數(shù)越多，散熱翅片的高度越高，散熱翅片的厚度越薄，散熱的效果越好。但是，從該密封式電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝分析和美觀程度來看，后蓋板散熱翅片的個數(shù)也不能越多越好，散熱翅片的厚度也不是越薄越好，散熱翅片的厚度也不能加工地越高越好。在滿足后蓋板散熱的前提下，從實(shí)際需要，加工效率和加工成本等多方面考慮，故采用后蓋板散熱翅片的個數(shù)為23個，散熱翅片的厚度為5mm，散熱翅片的高度為24mm。
參考文獻(xiàn)
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1.前言
熱設(shè)計(jì)是電子設(shè)備設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，是保證整機(jī)性能、提高整機(jī)可靠性的重要因素。本文為了保證某電子產(chǎn)品在指標(biāo)要求的溫度下可靠的工作，根據(jù)其耗散功率，元器件集中程度，元器件溫升以及環(huán)境溫度要求、可靠性指標(biāo)等進(jìn)行分析，選擇合適的散熱手段。
2.散熱方式的選擇
本文研究對象的結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。
圖1 某電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖
其特征尺寸為：V=53×40×30=636003
則：體積熱流密度q（體積發(fā)熱系數(shù)）為：
q=P/V=280/63600=0.0044（W/3）
圖2 體積發(fā)熱功率系數(shù)
圖3 行波管安裝示意
由圖2所示的各種冷卻方式的冷卻能力范圍看，該設(shè)備的熱流密度q為0.0044W/3小于自然散熱方式的能力限值（0.009 W/3），采用自然散熱的方式是可行的，為可靠起見，盡量采用金屬導(dǎo)熱的形式對主要發(fā)熱部件如行波管等進(jìn)行冷卻，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鑄件艙體外增加了加強(qiáng)筋，在提高了整個鑄件剛度、強(qiáng)度的同時增大散熱面積;在行波管的安裝處設(shè)計(jì)了鋁合金導(dǎo)熱風(fēng)道，安裝了風(fēng)機(jī)，行波管緊貼風(fēng)道安裝，涂導(dǎo)熱膏，風(fēng)道緊貼艙體側(cè)壁安裝，均保證壓力在20/2左右，如圖3所示。這樣行波管散出的熱量通過鋁合金風(fēng)道一部分傳導(dǎo)到艙壁，一部分被及時帶走，在艙體內(nèi)部形成循環(huán)，使艙體內(nèi)部溫度均勻，機(jī)箱內(nèi)表面氧化成黑色，熱量通過金屬傳導(dǎo)到外表面，使艙壁各面均參與換熱，從而達(dá)到降溫的目的。
3.熱設(shè)計(jì)校核計(jì)算
該電子設(shè)備的總功率約為280W，其中主要發(fā)熱體為行波管，根據(jù)行波管的工作效率情況，我們按照其中80%的功率產(chǎn)生熱量來計(jì)算散熱。即需散去的熱量為：
Q總=280×80%=224W。
自然散熱的方式主要是通過兩種途徑，自然對流和熱輻射。
通過自然散熱散去的總熱量為：Q總=Qc+Qr
其中：Q c為自然對流散去的熱量;Qr為熱輻射散去的熱量。
機(jī)箱內(nèi)允許達(dá)到的最高溫度為：+70℃;外界環(huán)境溫度?。?50℃
先計(jì)算自然對流散去的熱量Q c：
Q C=αSΔt ①
式中：α為對流放熱系數(shù);S為表面積;Δt為機(jī)箱表面與外界環(huán)境的溫度差。
②
式中：為努謝爾特?cái)?shù);λ為導(dǎo)熱系數(shù);L為特征尺寸。
根據(jù)自然對流換熱的通用準(zhǔn)則方程：
③
式中：Ra=Gr?Pr為雷萊數(shù);Gr為葛拉曉芙數(shù);Pr為普朗特?cái)?shù);C為系數(shù);n為指數(shù)（層流時取，紊流時）。
其中：Gr=;β為體積膨脹系數(shù);v為運(yùn)動粘度。
定性溫度為：
tm=（70+60）/2=60℃;
特征尺寸取側(cè)壁高：
L=0.3m;
β=;
查表得：
Pr=0.696;
λ=2.90×10-2W/m℃;
v=18.97×10-6m2/s
則：葛拉曉芙數(shù)：
Gr=
雷萊數(shù)：Ra= Pr?Gr=0.696×4.42×107=3.07×107
由此可知各側(cè)面屬于層流換熱;但在頂面上有2×107
圖4 加強(qiáng)散熱筋結(jié)構(gòu)形式
現(xiàn)將各換熱面參數(shù)及可散去熱量根據(jù)查表及式①、式②、式③計(jì)算后列表如表1所示：
表1
由表1可得：通過自然對流散去的熱量QC為：
QC=36.12+16.93+7.21+29.68=89.94（W）
再計(jì)算熱輻射散去的熱量Q r：
Qr=5.67S
式中：S為表面積;T1為艙體表面溫度;T2為周圍環(huán)境溫度;ε為系統(tǒng)黑度系數(shù)（雷達(dá)外表面涂綠色防護(hù)漆：ε取0.9）。
S=0.426+0.284+0.284+0.35=1.344
則：Qr=5.67×1.344×（3.434-3.234）×0.9=202.79W
通過自然散熱可散去的總能量為：
Q總=Qc+Qr
Q總=89.94+ 202.79=292.73W>224W
4.結(jié)論
1.引言
艦船電子設(shè)備內(nèi)部存在大量的元器件，電子設(shè)備在工作過程中這些元器件會產(chǎn)生大量的熱量，設(shè)備內(nèi)部的溫度也隨之升高，當(dāng)溫度升高到一定的程度將會影響設(shè)備的正常工作，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時對艦船電子設(shè)備進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)。散熱設(shè)計(jì)是艦船電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，是保證艦船電子設(shè)備能否安全可靠工作的重要條件之一，它對于提高艦船電子設(shè)備的工作可靠性，延長其使用壽命具有非常重要的意義。
2.傳熱的基本形式及原理
2.1 熱傳導(dǎo)
傳導(dǎo)是熱量在直接接觸的兩個物體之間傳遞。其物理本質(zhì)是物質(zhì)微粒通過微觀熱運(yùn)動以內(nèi)能的形式在接觸面上傳遞。
利用熱傳導(dǎo)散熱可采用以下措施：（1）采用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料制作導(dǎo)熱零件。導(dǎo)熱系數(shù)以金屬為最大，非金屬次之;―般采用鋁型材作為散熱零件。（2）加大與熱傳導(dǎo)零件的接觸面積?？諝鈱?dǎo)熱系數(shù)小，如果兩物體之間接觸不好有空氣，則空氣起到隔熱作用，導(dǎo)熱量減少;因此應(yīng)壓力均勻地增大接觸壓力（減小接觸面粗糙度）以排除空氣減小熱阻。
2.2 熱對流
對流是依靠發(fā)熱物體周圍的流體介質(zhì)的流動將熱量轉(zhuǎn)移的過程。由于流體運(yùn)動的原因不同，可分為自然對流和強(qiáng)迫對流兩種。自然對流由溫差引起.是由于流體冷熱不均，各部分密度不同引起介質(zhì)自然的運(yùn)動。強(qiáng)迫對流是受機(jī)械力作用（如軸流風(fēng)機(jī)）促使流體運(yùn)動，促使流體高速流過發(fā)熱物體表面以加強(qiáng)對流作用。兩種對流方式的比較如表1所示：
表1 自然對流與強(qiáng)迫對流的比較
對流方式 熱阻 結(jié)構(gòu) 控制
自然對流 較高 簡單 被動的，不可以控制
強(qiáng)迫對流 較低 復(fù)雜，需外加能源使散熱劑流動 主動的，可以控制
利用熱對流散熱可采用以下措施：（1）加大溫差t，即降低散熱物體周圍對流介質(zhì)的溫度。（2）加大散熱器的散熱面積;采用有利于對流散熱的形狀：將散熱器做成肋片、直尾形和叉指形等。（3）加大對流介質(zhì)的流動速度，選用有利于對流散熱的介質(zhì)，帶走更多的熱量。
2.3 熱輻射
輻射是熱量以電磁波的形式向外傳播。由于溫度升高，物體原子中電子振動的結(jié)果引起了輻射，任何物體都在不斷地輻射能量;這種能量落在其他物體上，一部分被吸收，一部分被反射，另一部分要穿透該物體;物體所吸收的那部分能量就轉(zhuǎn)化為熱能。
利用熱輻射散熱可采用以下措施：（1）增加散熱表面粗糙度，粗糙表面熱輻射的能力較大。如將艦船用加固計(jì)算機(jī)箱體表面噴無光黑漆以增加熱輻射作用。（2）加大輻射體與周圍環(huán)境溫差，即周圍介質(zhì)溫度越低越好。
（3）增大輻射體表面積。
3.散熱方式的選擇
艦船電子設(shè)備的散熱方式主要有自然散熱、強(qiáng)迫風(fēng)冷、液體散熱等幾種。散熱方式的選擇需根據(jù)具體情況確定;通常主要考慮艦船電子設(shè)備的體積功率密度。
3.1 自然散熱
自然散熱是指在不使用外部輔助能量的情況下，通過傳導(dǎo)、對流和輻射的方式將熱量帶走。因此在設(shè)計(jì)中盡量減小大功耗器件和外殼之間的熱阻，讓熱量快速傳到外部。如在柜體上開通風(fēng)孔利于空氣對流作用;同時，進(jìn)出風(fēng)口要開在溫差最大的兩處，進(jìn)風(fēng)口設(shè)計(jì)在柜低，出風(fēng)口設(shè)計(jì)在柜頂，這樣會大幅增加散熱的效率。
3.2 強(qiáng)迫風(fēng)冷
強(qiáng)迫風(fēng)冷關(guān)鍵是要建立有效的氣流通道，將熱量按設(shè)計(jì)好的路徑從各單元傳送到設(shè)備外部。系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口不可太近，否則容易出現(xiàn)氣流短路現(xiàn)象。強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng)中風(fēng)源的產(chǎn)生有兩種方法：一是在艦船電子設(shè)備內(nèi)部采用軸流風(fēng)機(jī)抽風(fēng)，以加速空氣流量，利于電子器件的快速散熱;二是在柜體本身開設(shè)多個通風(fēng)孔，通過外部氣源經(jīng)通風(fēng)孔鼓風(fēng)，以達(dá)到散熱的效果。
3.3 液體散熱
液體散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程：確定散熱方式―選擇散熱液―傳熱計(jì)算―確定散熱流量和流速―選擇熱交換機(jī)―計(jì)算散熱液的溫差―確定二次散熱的流量―計(jì)算熱交換機(jī)中換熱系數(shù)、傳熱面積，并對交換機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)―計(jì)算散熱系統(tǒng)的阻力損失―選擇泵和電機(jī)。在選擇液體散熱時，首選直接液體散熱，如果達(dá)不到要求，可選擇間接液體散熱的方式。
3.4 各種散熱方法的熱流密度和體積功率密度
溫升為40℃時，各種散熱方法的熱流密度和體積功率密度值如圖1和圖2所示。
圖1 溫升為40℃時的各種散熱方法對應(yīng)熱流密度
圖2 溫升為40℃時各種散熱方法對應(yīng)體積功率密度
3.5 根據(jù)熱流密度和溫升的要求進(jìn)行選擇
按照圖3關(guān)系進(jìn)行散熱方法的選擇，適用于溫升要求不同的各類設(shè)備的散熱。
圖3 溫升要求不同的各類設(shè)備的散熱
3.6 散熱方法選擇示例
一功耗300W的電子組件，將其安裝在248mm×381mm×432mm的機(jī)箱里，在正常室溫的空氣中工作，是否需要對機(jī)箱采取特殊的散熱措施？
體積功率密度：
熱流密度：
由于很小，而值與圖l中空氣自然散熱的最大熱流密度比較接近，因此不需要采取特殊的散熱方法，依靠空氣的自然對流散熱就可以了。若采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，熱流密度為820W/m2時，可以將機(jī)箱表面積設(shè)計(jì)減小一半。
作為艦船上艙室外的設(shè)備，由于海上環(huán)境比較潮濕、酸性比較大;對設(shè)備內(nèi)部的元器件腐蝕很嚴(yán)重，一般考慮密閉設(shè)計(jì)。一般在密閉設(shè)備的印制插件上加裝導(dǎo)熱板，使器件產(chǎn)生的熱量通過導(dǎo)熱板傳到機(jī)殼上，然后通過機(jī)殼將熱量散到機(jī)外。
作為艦船上艙室內(nèi)的設(shè)備，一般采用“自然散熱+強(qiáng)迫風(fēng)冷”的組合方式。
4.艦船電子設(shè)備的自然散熱設(shè)計(jì)
4.1 元器件熱設(shè)計(jì)
印制板上的元器件散熱，主要依靠傳導(dǎo)提供一條從元器件到印制板的低熱阻路徑以帶走元器件的熱量，降低元器件的溫升。
為了降低熱阻，一般用導(dǎo)熱硅膠將元器件直接粘到印制板上;安裝大功率器件時，一般先用導(dǎo)熱硅膠將其與散熱型材粘接在一起然后再將一整體固定到印制板上;有大、小規(guī)模的集成電路混合安裝的情況下，應(yīng)盡量把大規(guī)模的集成電路放在散熱氣流的上游，小規(guī)模的放在下游，以使印制板上的器件溫升趨于均勻。
4.2 印制板熱設(shè)計(jì)
常用的PCB板為多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，多層板結(jié)構(gòu)有利于PCB的散熱;其法向和平行方向的導(dǎo)熱性能差異很大，通常平行方向的導(dǎo)熱能力要強(qiáng)于法向方向。為了增加PCB的導(dǎo)熱能力，可采用鉚接導(dǎo)熱條進(jìn)行散熱。
由于印制板導(dǎo)線通電后溫升過高，需選擇厚一點(diǎn)的銅箔，同時增大銅箔表面積。對于雙面裝有器件的區(qū)域，為改善散熱，可以在焊膏中摻入少量的細(xì)小銅料，以增加焊點(diǎn)高度，使器件與印制板間隙加大，增大對流散熱的效果。金屬化過孔時孔徑、盤面大一些利于散熱。大功耗的器件如無法避免需集中放置，則要將矮的元器件放在氣流的上游，以保證冷卻風(fēng)量經(jīng)過熱耗集中區(qū)。
4.3 傳導(dǎo)熱設(shè)計(jì)
導(dǎo)熱通路中的接觸熱阻是由于兩個相互接觸的面之間的貼合不完全，而是只有某些點(diǎn)接觸所致。因此在降低表面粗糙度的同時適當(dāng)增加兩個接觸面上的壓力可以減小接觸熱阻。一般將發(fā)熱量大的器件直接與安裝底板剛性聯(lián)接，通過底板將熱量傳導(dǎo)到機(jī)殼上。
4.4 結(jié)構(gòu)熱設(shè)計(jì)
采用自然散熱的艦船電子設(shè)備機(jī)箱、機(jī)柜、顯控臺等熱設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是在保證設(shè)備承受外部各種電磁環(huán)境、機(jī)械應(yīng)力的前提下，充分利用傳導(dǎo)、對流、輻射，最大限度地把元器件產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去以保證設(shè)備正?？煽康毓ぷ?。
具體設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：（1）艦船電子設(shè)備機(jī)箱在滿足電磁兼容環(huán)境及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的前提下，應(yīng)盡量多開一些散熱通風(fēng)孔，以及通過箱體利用傳導(dǎo)進(jìn)行散熱;（2）艦船電子設(shè)備機(jī)柜上發(fā)熱量大的器件固定在底板上時與機(jī)殼之間應(yīng)留有一定的散熱空間，距離一般應(yīng)大于35 mm，同時要靠近通風(fēng)口安裝，利用對流進(jìn)行散熱;（3）艦船電子設(shè)備機(jī)柜后蓋板開孔以作為氣流的通道，開孔的大小與散熱空氣進(jìn)出流速相適應(yīng);遵循進(jìn)出風(fēng)口距離盡量遠(yuǎn)，且進(jìn)風(fēng)口在柜底，出風(fēng)口在柜頂?shù)脑瓌t;柜體與底座要剛性聯(lián)接，接觸面清潔、光滑、面積盡可能大;（4）艦船電子設(shè)備機(jī)柜柜體、顯控臺臺體內(nèi)外表面涂漆利用輻射降低內(nèi)部器件的溫度;（5）艦船電子設(shè)備機(jī)柜、顯控臺在利用軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，為避免氣流回流，進(jìn)風(fēng)口面積應(yīng)大于各分支風(fēng)道截面積之和。
5.結(jié)束語
艦船電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，有待解決的問題很多。在艦船電子設(shè)備的散熱中，必須將元器件產(chǎn)生的熱量從元器件傳到最終散熱體。為了使器件保持較低溫度，必須使器件與最終散熱體的熱阻最小，提高工作可靠性，減少經(jīng)濟(jì)損失，這樣才能保證艦船電子設(shè)備正?？煽康毓ぷ鳌?/p>
參考文獻(xiàn)
[1]謝德仁.電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)[M].南京：東南大學(xué)出版社，1989.
