數(shù)字光端機的電磁兼容性加固

葛宏宇

【摘要】 隨著數(shù)字光端機在生產(chǎn)生活中廣泛的應(yīng)用，為保證設(shè)備的性能和傳輸質(zhì)量，系統(tǒng)間各設(shè)備的電磁兼容問題越來越受到重視，文章從數(shù)字光端機結(jié)構(gòu)設(shè)計的電磁兼容性方面，論述了諸多在電子設(shè)備加固設(shè)計中需注意的問題和解決方案，并提供了實際試驗的相關(guān)測試數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 電磁兼容 屏蔽 濾波 接地

引言：

隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，電磁干擾問題已成為電子設(shè)備或系統(tǒng)中的一個嚴重問題，軍用、民用產(chǎn)品在批產(chǎn)定型前都必須要經(jīng)過權(quán)威機構(gòu)認證的電磁兼容試驗。某工程車載數(shù)字光端機就是要求依據(jù)GJB152A-97和GJB151A-97的標準來完成電磁兼容性測試，并且在測試時設(shè)備確保不因電磁兼容性問題引起數(shù)據(jù)丟失、誤碼、故障或性能降低，測試項目有CE102、RE102等8項。數(shù)字光端機原型機為6U商用機，原來的設(shè)計不滿足電磁兼容性要求，必須進行加固設(shè)計。電磁兼容加固主要從設(shè)備內(nèi)部的整體布局、機箱外殼設(shè)計、線纜的濾波以及接地設(shè)計等方面。

一、EMC問題來源

電子設(shè)備工作時會伴隨著連續(xù)性或間歇性電流電壓變化，就會導致在一個頻帶間或不同頻率內(nèi)產(chǎn)生電磁能量，這種能量會通過相應(yīng)的電路發(fā)射到周圍的環(huán)境里。電磁輻射源通常有兩種等效天線模型，它們分別是環(huán)路輻射等效天線模型，該模型是通過流動的電流信號在環(huán)路電路中產(chǎn)生的。另一種是對稱偶極子天線或單極天線等效天線模型。大量數(shù)據(jù)證明，等效的偶極子天線模型或單極天線是產(chǎn)品的輻射發(fā)射問題的主要來源。

除電磁干擾源外，引起EMC問題還有耦合途徑和敏感設(shè)備。通過機箱屏蔽、濾波、接地等手段，減弱或消除其中一個途徑，就能大大提高設(shè)備的電磁兼容性。

二、機箱設(shè)計

機箱的導電完整性相當于一道電磁屏蔽，能夠有效降低外部空間和設(shè)備的電磁輻射能量，提高整機電磁兼容性。

2.1殼體與前、后面板設(shè)計

原有商用數(shù)字光端機由殼體、蓋板及前、后面板組成，各零件選用鋁板3A21材質(zhì)，經(jīng)數(shù)控折彎、焊接等工藝加工而成。現(xiàn)更改機箱結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料如下：機箱結(jié)構(gòu)改為封閉式六面拼板結(jié)構(gòu)，各零件選用鋁合金板5A06材質(zhì)，經(jīng)數(shù)控加工而成，各零件接觸面做導電氧化處理，并加裝電磁密封橡膠條及合理的螺釘安裝密度，使機箱成為一個完整的導電體。

面板器件及屏蔽設(shè)計：前面板保留32個指示燈和1個電源開關(guān)，增加了2個保險座和1個計時器，設(shè)計金屬屏蔽罩，以隔離倉的形式將設(shè)備中主電路與操作器件隔離開，對前面板進行屏蔽；設(shè)計截止波導管為屏蔽罩出線。后面板電源連接器選用泰興航聯(lián)的圓形Y50DX系列電連接器，其余連接器選用圓形Y50EX系列電連接器。連接器與前后面板接觸區(qū)域均做導電保護，并為每個零件設(shè)計電磁密封墊片，保證單個器件屏蔽性能完好。

2.2機箱孔縫的設(shè)計與優(yōu)化

屏蔽機箱各零部件之間相互搭接，搭接表面因為加工精度等問題存在縫隙，縫隙降低設(shè)備屏蔽效能主要原因之一。機箱的吸收損耗和反射損耗決定著屏蔽效能，孔縫對反射損耗不影響，但會降低吸收損耗。在屏蔽體中孔縫和電磁場引起的渦流方向垂直時，孔縫等效成一個二次發(fā)射的天線。根據(jù)天線理論，縫隙長度等于輻射源半波長整數(shù)倍時發(fā)射能量最大，泄漏最厲害。

通過下式計算可得出縫隙的屏蔽效能：

SE=27.3t/g+20lg（1+N）2/4N ………（1）

公式中SE代表屏蔽效能，g為長邊尺寸，t為縫隙深度，N為空間入射波與分析開口處波阻抗的波阻抗比值。從而得出減小縫隙長度和增加孔縫深度可提高屏蔽效能。加固機箱時，采用內(nèi)部肋板結(jié)構(gòu)，通過在機箱殼體各端面交錯搭接，等效延長縫隙的深度。

減小螺釘間距是提高屏蔽效能的又一措施。螺釘間距和屏蔽效能成反比關(guān)系，可以通過機箱尺寸軟件仿真的仿真結(jié)果最終確定最合理的間距尺寸。

優(yōu)化縫隙，提高屏效也可以通過增加導電襯墊來實現(xiàn)。導電襯墊要求具有較高的電導率，保證射頻阻抗在接縫處極小，加固設(shè)計中選用了中石共擠出導電橡膠條（11-231-138-0000）。

三、濾波設(shè)計

3.1輸出、輸入信號線濾波設(shè)計

設(shè)備信號線濾波有兩種方式，一是選用具有濾波功能的電連接器，安裝時機箱面板與電連接器間加電磁密封襯墊。這種設(shè)計提高電磁屏蔽性能，但價格較貴。二是用鎳鋅磁環(huán)串過輸出、輸入信號線與電連接器連接。

數(shù)字光端機后面板的Y50DX-1203ZJ14、Y50EX-1210ZK14插座和DB9插座等都采用方案二完成濾波設(shè)計。

3.2電源線濾波設(shè)計

電磁干擾傳出設(shè)備和傳入設(shè)備主要通過電源線來完成的。為防止干擾的發(fā)生，安裝一個低通濾波器在設(shè)備的電源插座處，濾波器只允許設(shè)備工作頻率通過，對于非工作頻率的較高頻率干擾有很大的損耗。

四、接地設(shè)計

電纜屏蔽層接地：電纜傳輸信號工作時等效為單極天線，電纜屏蔽層要求接地良好，否則高頻諧波會在屏蔽層進行耦合，形成共模輻射。根據(jù)集膚效應(yīng)，應(yīng)采用兩點或多點接地來應(yīng)對高頻段信號的傳輸，保證最低的地電位在屏蔽層外表面。

濾波器接地：電源線和信號線到地的旁路電容包含于濾波器中，如果濾波器接地不好，電容很可能是懸浮狀態(tài)，不能起到旁路作用，建議直接通過濾波器外殼和地之間大面積搭接來實現(xiàn)金屬外殼濾波器的接地。

PCB板接地：PCB電路板接地可有效降低環(huán)路輻射效應(yīng)。另外可用多點接地方式，將電流旁路連接到大地，從而降低PCB的電源系統(tǒng)中的地阻抗。

五、電磁兼容實際測試情況

綜上所述，對現(xiàn)有商用數(shù)字光端機進行電磁兼容設(shè)計加固，機箱尺寸：482.6mm×265.7mm×432mm，采用全鋁銑制加工。試驗前進行了摸底，受試設(shè)備在50MHz～70MHz的測量值距離限值較近。經(jīng)分析，將電源線列入整改項，在電源線外部加裝銅編織袋，間隔0.5m的位置處進行多點接地，對電源濾波器殼體的接地和輸入端線纜進行改進。

最終在武漢某信息安全設(shè)備測評認證中心完成了GJB152A/GJB151A八項測試時，獲得了一次性通過的好成績（見圖1）。本次測試能夠順利通過與結(jié)構(gòu)上合理的電磁兼容設(shè)計及后期各種優(yōu)化加固的屏蔽措施是密不可分的。

參 考 文 獻

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[3] 張潔.加固機的電磁兼容性設(shè)計[J].太原重型機械學院學報，2003.