电子设备结构设计范文

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随着电子设备使用频率越来越高，但电磁环境不断恶化，为了发挥电子设备的性能，提升抗干扰能力，避免受到电磁的干扰，这对电子设备电磁屏蔽性能提出了更高的要求和标准。因此，本文结合实际情况，针对电子设备电磁屏蔽的结构设计展开论述，并且提出合理化建议。

1电子设备屏蔽设计标准

就目前而言，电子设备主要包括骨架、盖板以及前后板等，其中可拆连接的接触面具有一定的导电接触，因此，在实际设计过程中，电子设备内部的孔洞、缝隙要满足屏蔽的需要。在实际设计过程中，屏蔽设计要求不尽相同。对电屏蔽而言，可以利用良导体隔离经电容性耦合传递的影响。电磁屏蔽主要应用在高频设计过程中，主要原理是利用金属反射和金属层内吸收来限制电磁的干扰，在实际设计过程中，具体包括以下要求：第一，要保证材料质量，因此，设计人员在进行电磁屏蔽分析过程中，会认为屏蔽体导体在理想运行状态下运行，导致在实际应用中，屏蔽体具有阻性，并且随着屏蔽体阻抗的增加，屏蔽的性能就会越差。因此，在屏蔽材料选择过程中，要选择性能良好的导体。对电屏蔽厚度而言，需要根据电子设备屏蔽结构进行设计，保证金属壳体封闭性，最大限度的减少孔洞和缝隙，并且采取必要的防护措施。屏蔽体要做好接地设计，根据行业标准，接触电阻要小于2m譆。在进行屏蔽电子设备运行过程中，影响屏蔽效能的因素主要包括以下几个方面：第一，缝隙问题，在实际的屏蔽体中，导电体具有很多不连续点，就会在各个部分结合处，产生电磁泄漏问题，解决这种问题的方法，就是在缝隙的位置，填充一些弹性的导电材料，从根本上消除不导电点。但是在实际应用过程中，不是所有的屏蔽体的缝隙需要电磁密封衬垫防止电磁泄漏。因为对实际的设计而言，缝隙泄漏电磁波主要取决于电磁波波长的尺寸。如果遇到较高频率干扰的情况下，需要使用电磁密封衬垫。第二，孔洞问题。在电子设备上，会包括很多开关、连接器以及保险丝等，设计人员需要在面板上，加工出相应的安装孔，为了提升机箱的散热效果，设计人员要在机箱上设置侧板孔、抽气扇进风孔等，对开孔的形状和周长要满足实际设计标准，在电子设备运行过程中，电流通过孔洞时，就会通过辐射的方式发射能量，并且与孔洞的大小周长有着密切联系。

2缝隙电磁屏蔽设计

下面主要分析缝隙电磁屏蔽设计。2.1控制好螺钉的间距在实际设计过程中，螺钉具有重要的连接作用，并且间距会直接影响了屏蔽的效果。螺钉能够有效缩小接件的缝隙，提升屏蔽的效果。但是一旦螺钉过密，就会增加设备安装的难度，增加了工作量和设计成本。因此，设计人员要从全局出发，结合电子设备的强度，确定科学合理的螺钉间距，在实际设计过程中，缝隙设计间距e咬/20。2.2采用簧片屏蔽设计针对螺钉设计过密的情况，对需要经常拆卸的电子设备而言，还要从其它方面做好电磁屏蔽设计，在设备的两个接触面上，设置屏蔽簧片。其中EMI屏蔽簧片具有良好的导电性能，并且运行空间比较大，可以满足不同屏蔽要求。这种簧片材料主要以铍青铜、磷青铜为主，具有很强的耐磨性和耐压性，在高温的条件下，也能正常运行。2.3导电衬垫的屏蔽设计这种设计方式主要实现屏蔽体的电接触，提升导电的连续性，有效的防止缝隙电出现泄露，具有良好的密封作用，就目前而言，通常主要包括以下两种形式：第一，平面安装式。就是在把衬垫的背面通过背胶把衬垫和屏蔽体连接起来，保证衬垫具有一定的压力，其中典型的C型导电布衬的平面安装模式得到了广泛的应用。第二，沟槽安装形式。在沟槽安装形式中，就是把衬垫装在沟槽中，可以利用D型导电布衬垫粘装到沟槽中，从而保证面板侧面之间的相互配合，提升衬垫的压力，保证通电正常。2.4凸包屏蔽结构设计为了有效减少屏蔽体缝隙线性尺寸，设计人员可以结合实际情况，在屏蔽体设计凸包，并且应用在屏蔽区域内，从而形成一个弹性的变量，实现两个屏蔽体之间有效的连接，采用这种设计模式，能够有效减少螺钉的密度，节约设计材料，降低设计强度，具有很强的实用性。2.5深缝隙结构设计在采用深缝隙结构设计过程中，深度越深，屏蔽的效果就会越明显，因此，设计人员要结合实际情况，不断加深缝隙的深度，从而提升电子设备电磁干扰性。

3孔洞的电磁屏蔽设计

受到自身性能的影响，为了解决电子设备通风散热和接线问题，在实际过程中，需要设置孔洞，从而降低了电子设备的屏蔽效果。下面就针对孔洞电磁屏蔽设计展开论述。3.1通风口电磁屏蔽设计3.1.1在电子设备通风口架设金属丝网。在电子设备实际应用设计过程中，金属丝网是比较常用的非实壁型屏蔽体，这种材料主要包括铜铝等。电子设备通风口通常比较大，因此，可以采用钼数较高的金属丝网安装在窗口的位置，设计人员要把窗口分成细小的通风口，从而获得良好的屏蔽效果。对金属丝网可以直接焊接在屏蔽体上，保证金属丝与屏蔽体具有良好的电接触，但是在实际装配过程中，要做好金属丝网的保护，提升屏蔽的效果。3.1.2在屏蔽体上开通风孔。在实际过程中，装配金属网在设计过程中，很容易出现一些屏蔽的缺陷，很容易出现接触不良或者断丝的情况，针对这些问题，可以在屏蔽体设置风孔，从而优化设计工艺流程。在实际应用过程中，设计人员可以采用圆形结构，避免采用异型孔，从而增加设计难度。3.1.3介质波导通风蜂窝板屏蔽体应用。设计人员在设计屏蔽要求很高设备过程中，为了提升通风效果和抗电磁屏蔽效果，在实际设计过程中，可以采用波导通风蜂窝板屏蔽体，就可以有效减少空气阻力，降低风压损失，提升机械强度，发挥电子设备良好的性能。3.2穿心电容与屏蔽罩的应用在电子设备设计过程中，需要设计人员做好开关、表头、指示灯等的设计，明确设计标准。为了有效防止在开口处形成电磁泄露，可以在点在设备元件后，装置屏蔽罩，加装穿心电容，并且传过屏蔽罩，连接元件，同时要保证屏蔽罩与面板良好的接触性能，实现电磁屏蔽。3.3屏蔽窗设计对指示器、监视器等，设计人员可以结合实际情况，设计导电玻璃，然后连接到面板，对高频电磁屏蔽结构，可以使用金属夹丝层的导电玻璃。

4结束语

综上所述，在进行电子设备屏蔽结构设计过程中，设计人员要结合实际屏蔽要求，采用合适的设计方式，针对设计不同的情况，选择合理的材料，从而提高设备抗电磁干扰性，获得良好的屏蔽效果，发挥电子设备的重要作用。

参考文献

[1]白宏兵.某型电子设备电磁屏蔽的结构设计[J].电子世界，2013（15）：147.

[2]吕景峰，陈玲香.电子设备结构设计中的电磁兼容[J].电子世界，2013（12）：163+165.

[3]史广伟，孙丽萍.电子设备的电磁屏蔽设计及复合材料屏蔽检测的应用[J].制造业自动化，2011（05）：215-217.

[4]杨明冬.电磁屏蔽设计在电子设备结构设计中的应用[J].机械与电子，2010（09）：72-74.

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中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）22-0054-02

20世纪80年代中期，美国的机械电子学开始快速发展，并开始传入我国，机械电子学是电子技术将机、电、磁、声、光、热、化学、生物等多门全新的独立交叉的学科的融合，我们将它称之为机电一体化。它研究多种学科各自特征参量相互间的关系，综合处理与利用这些参量之间的耦合关系以解决电子设备在设计生产和使用中面临的各种问题。这就是现代电子机械学原理的依据，它和传统的结构设计或机械设计原理的根本区别在于，它不再依靠各自单一的技术，而是最大限度地综合应用各门学科最新技术成果的优势，将产品设计得更合理、更可靠、更经济。现对电子设备结构设计中几个关键技术做一简述。

1 热设计

电子设备的使用实践证明，电子元器件的过热是设备不稳定乃至发生故障的主要原因。这个事实决定了热设计的基本任务。近年来，随着电子技术的快速发展，要求集成化器件的功能日趋复杂，输出功率不断加大，而电子设备，特别是军用电子装备由于小型化和机动性的需要，要求缩小器件的封装体积，器件的封装密度也就随之增高；加之不断升级的严酷的军用环境，使得热设计对电子产品可靠性的影响举足轻重。

热设计研究的基本方向是如何减少元器件、部件和设备的内部和外部热阻，使其产生的热量以尽可能短的途径，迅速地传至最终散热器。

减小元器件内部热阻的努力可归结为改进封装结构和采用何种封装材料的问题，这是元器件设计和制造厂家要解决的课题，而对电子设备结构设计师来说，热设计的任务是在满足环境条件和可靠性要求的前提下，选择简单、经济、有效的冷却方法，并进行必要的分析与计算。作为确保设备可靠工作的技术手段，要求在规定的使用期内，冷却系统的故障率应比被冷却元器件的故障率低。针对热设计这一门技术，我国已制订了一系列有关电子设备热设计的部标、国标、国军标等标准文件，为热设计提供了技术依据，从而也将热设计技术提高到一个新的高度。现代电子设备中，除了像发射机这样的大功率放大电路和微功率的微波电路外，其他电路的组装形式基本上实现了印制电路化，因此印制电路的冷却成了人们关注的重点，适于印制电路组装的ATR机箱也就应运而生。

关于热设计过程的计算与试验问题，由于传热过程中各种参数存在着相耦合，使得计算与试验变得相当复杂。尽管出现了用有限元预测温度场的手段，但由于边界条件复杂，计算的结果往往会不尽人意，唯一可靠的方法还是在严格的环境中经受实际考验来验证设计。

2 冲击、振动隔离设计

在电子设备的结构设计中，往往会面临一个颇为棘手的问题，就是如何在结构的刚性与柔性之间取得适当的折衷。在特定的冲击、振动环境下，外界冲击传给敏感组件的能量（通常用加速度g来表示）是由支承结构的固有频率决定的。支承结构的刚性小，其固有频率就低，传至敏感组件上的冲击能量就小（加速度g小），使组件得到保护。但柔软的支承结构在频繁的振动中会遭到疲劳破坏。结构破坏通常是由共振引起的，即当一种结构的固有频率和外界的强迫振动频率相重合时，其共振振幅在理论上可达到无限大。由于结构阻尼对能量的消耗，振动能量不可能被无限地放大，但放大十几倍，甚至几十倍则是完全可能的。所以在冲击振动隔离设计中首要的任务是防比结构共振，其次在冲击与共振的隔离之间进行折衷考虑。有时还要兼顾到设备的体积、重量和造价等因素。所以冲击振动隔离设计往往不是一门单一的技术，而形成一门系统

工程。

在军用装备中，由于使用环境的不同而具有各自的特点。在舰船上强迫振动频率低，频率范围也小，通常在0～20Hz之间，一般能做到使结构的固有频率高于强迫振动频率的上限，最好是2倍，这是防比结构共振最简单有效的方法。而在飞机上振动频率要高得多，一般达500Hz，导弹上可达2000～2500Hz。这样高的强迫振动频率，要使结构避开共振点是不可能的，只有利用阻尼技术来耗散共振时的能量，使其保持在许可的范围内。

在冲击与振动的隔离中，最普遍的方法是使用隔振器。伴随隔振器的发展，隔振技术的另一门类，阻尼材料也取得了长足的发展。粘弹材料由于在隔振与降噪方面的独特功能，自一出现起就倍受工程界的青睐。我国的航空航天部门首先研制出了国产粘弹材料，也首先在该部门得到了工程应用。但由于生产成本太高，难于推广普及，主要应用在航空与航天工程中。还有一种叫减震铬铁铝新材料。据有关资料介绍，该材料在受到打击或振动时，几乎不发出声音，它将机械能几乎全部转化成了热能。当材料受震时300%，10个周期后，在第一个振动周期就使能量经测消耗降到1%。如果这种奇特的材料能得到推广使用，将其作为结构材料，在这种场合，隔振器就会是多余的了。从日前的发展趋势可以预见，今后冲击、振动隔离技术的发展不仅取决于隔振器新形式的出现，更是取决于新的、廉价的隔振材料的问世。

3 电磁兼容性（EMC）设计

现代电子设备的品种日益齐全，灵敏度不断提高，发射功率愈来愈大，而频段日趋拥挤的今天，使得电磁兼容性问题显得尤其突出。电磁兼容性设计在技术上具有多学科交叉的特征，因此是一项系统工程。我国在改革开放后，用巨资从国外引进了各种监测、实验手段，各种微波暗室相继成立，加上有关EMC标准的制订与颁布以及EMC预测软件的发展，已将我国的EMC设计水平从定性推到定量的阶段。

前几年，诸如导电衬垫、导电胶、导电涂料、屏蔽玻璃、屏蔽通风板、屏蔽不干胶带、电源滤波器以及EMC元件等国外产品正式打入国内市场，给EMC技术的工程实施提供了必要材料与元件。我国的EMC技术还处在起步

阶段。

首先，工程技术人员具备的有关EMC方面的知识远不如其他如热设计或冲击、振动隔离方面的知识普及和系统。这不但是该门技术比起其他的技术发展得要晚，更是由于这是一门介于电机之间的边缘学科具有多种学科交叉的特征。其次由于测试设备的昂贵，它不可能像其他设备那样普及，做一次实验往往不是一件轻而易举的事。随着我国经济的发展，也由于该门技术的重要性，它定能在一定时期内发展起来。

4 互连技术

互连技术在电子设备中至关重要。如一部雷达的电触点很多，从理论上讲，这些触点都是串联在电路中的。每一个触点相当于一个电子元件，它的质量好坏将直接影响设备的可靠性。

电接触问题看似简单，但实质上是很复杂的，因为这不是两个导体间的单一的机械接触问题。电接触问题实际上是以材料学为基础的，金属导体间、金属导体与气体及液体间通电后的接触界面微观的与宏观的接触状态，且不仅仅是静比的接触状态，还有在滑动过程中的接触状态以及从闭合到开启或从开启到闭合的接触状态。在这小小的触点中，机械力、电子运动、化学和电化学作用，还有热的作用统统施加影响，最后以电的形式反映出来。前几年，国内生产出了线网型接触式的插头座，比起簧片式的，接触可靠性要高出好多，而插拔力却大为下降。这种插头座已在军用设备中得到普遍应用。此外，电子液的使用也已从国外传入国内。它的功能保护膜是去除金属表面的氧化层且在金属表面形成一层膜，这层膜既有抗氧化作用，又有机械的作用。

5 结构总体设计

每一个装备的战术技术要求中，也必然要包括机动性、可维修性及操作性等内容，这些要求都是通过结构总体设计来达到的。对军用产品，这类问题尤为显得重要，因为在实战中，有些问题会变得很突出。首先是机动性问题，其中包括运输性。对机动式装备，实战要求快速转移、展开、架设与折收，并可以多种手段进行运输。要同时满足这些要求，最重要的设计思想是实现小型化、轻便化，采用快速调平、快速连接技术，这对天线来说尤为重要。结构总体设计要从系统设计和综合设计入手，运用新的设计理论与设计概念，善于移植其他行业已成熟的设计成果，采用新材料、新工艺，特别要贯穿机电一体化

思想。

参考文献

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1.前言

国军标（GJB72A-2002）中给出电磁兼容（Electromagnetic Compatibility即EMC）的定义是：设备、分系统、系统在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态：包括以下两个方面：

a）设备、分系统、系统在预定的电磁环境中运行时，可按规定的安全裕度实现正常的工作性能、且不因电磁干扰而受损或产生不可接受的降级；

b）设备、分系统、系统在预定的电磁环境中正常地工作且不会给环境（或其他设备）带来不可接受的电磁干扰。

对于从事军工产品的设计人员来说，应当尤为重视产品的电磁兼容性设计。在飞机上，狭小的空间中装备着大量的各种类型的电子设备，如通信系统、导航系统、发射系统、天线、雷达等等，导致电磁环境极为复杂，相互间的电磁干扰十分严重。因此，电子设备的电磁兼容设计对飞机性能有着重要的影响。

2.电磁兼容设计的目的

电磁兼容的主要课题就是研究控制和消除电磁干扰，使电子设备与其它设备在一起工作时，不引起设备任何部分的工作性能的恶化或降低。一个设计理想的电子设备应该既不辐射任何不希望的能量，也不受任何其他能量的影响。本文从结构设计方面介绍相应的电磁兼容设计方法。

在电子设备结构设计中，电磁兼容设计思想就是通过合理的接地、搭接和屏蔽等方法，将外系统对本设备干扰以及本设备对外部的干扰减弱。

3.电磁兼容设计方法

对于新研制的电子产品，应当从方案设计阶段就考虑电磁兼容问题，进行电磁兼容设计。在设计阶段考虑电磁兼容要远比研制样机采取措施来满足电磁兼容要求容易的多。况且在很多的时候，对已成型的产品，电磁兼容问题已经很难解决甚至无法解决，造成产品研制的反复。因此，电子设备必须在设计阶段就考虑电磁兼容问题。

3.1 接地

3.1.1 接地的目的

电子设备的接地是电子设备的一个很重要问题，正确的接地方法可以减少或避免电路间的相互干扰。接地目的有三个：1）接地使整个电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考零电位，保证电路系统能稳定地工作。2）防止外界电磁场的干扰。机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放，否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。另外，对于电路的屏蔽体，若选择合适的接地，也可获得良好的屏蔽效果。3）保证安全工作。当发生直接雷电的电磁感应时，可避免电子设备的毁坏；当工频交流电源的输入电压因绝缘不良或其它原因直接与机壳相通时，可避免操作人员的触电事故发生。

因此，接地是抑制噪声防止干扰的主要方法。接地可以理解为一个等电位点或等电位面，是电路或系统的基准电位。尽管从功能的观点出发并不需要将一个等电位面端接至大地，但端接至大地对工频和射频信号都呈现出很低的阻抗。

3.1.2 电路接地的方式

不同的电路采用不同的接地方法。以下介绍几种电路的接地方法：

串联一点接地

将各电路串联后在一点接地。这种情况一般是将接地点放在低电平点。这种接法最简单，抑制干扰能力差，仅适用于低频电路。

并联一点接地

将各电路并联后在一点接地。这种接法各电路的电流自成回路，彼此独立，避免了各电路的相互串扰。但接地电阻较大，当工作频率较高时，底线容易产生辐射干扰。因此，并联一点接地也仅适用于1MHz以下的电路。

多点接地

多点接地时接地电阻较小，电路在高于10MHz时可用多点接地。但此时总地线应适当的宽些，长度也不宜过长，最好不超过0.15波长，同时地线与机壳应绝缘。

3.1.3 整机的接地

整机接地也是保障产品电磁兼容性的主要措施之一。由于各功能不同，电路差别很大，接地状况也就大不相同。一般常用方式是：将模拟电路、数字电路、机壳分开，各自独立接地，避免相互间的干扰。最后再三地合一接入大地。这种方式较好的抑制了电磁噪声，减少了数字信号和模拟信号之间的干扰。

3.1.4 搭接与接地的关系

电子设备的简单接地，是为了获得安全保护或者实现抑制噪声防止干扰所采取的措施之一。为了给交流供电电流和接地系统提供一条有效的低阻抗通道，必须把各种导体、电极、设备和其他金属物体连接或搭接在一起。这种搭接点的性能必须在很长的时间期限内保持不变，以免起始建立起来的搭接性能质量逐渐衰减。搭接是金属物体之间获得低阻抗的互连，因此还要防止由互连建立起的通路因腐蚀或机械松动逐渐变坏。

a）在搭接之前所有搭接表面必须予以清洁处理；

b）如果金属材料的防护涂层的导电性低于金属材料的导电性，在搭接前要清除搭接区域的该防护层；

c）搭接面的防护涂层被去除后，应立即进行搭接实施，以免氧化；

d）当不同金属材料之间彼此直接接触时，避免化学电位相差大的两种金属紧密接触，防止形成电化偶产生电化学腐蚀。

3.2 屏蔽

3.2.1 屏蔽的作用

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。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。屏蔽技术是电磁兼容技术的重要组成部分，是解决电磁辐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

对于已确定的干扰源或易扰器件（敏感器件），可将其封于金属材料的屏蔽罩内；屏蔽罩采用铝、铜等金属结构件，选用导电性较好的表面处理。屏蔽罩的设计要注意：

屏蔽罩上尽量减少孔洞，如果无法避免时，可使用多个小圆孔避免使用大圆孔，尤其是长度较大的长条孔；

通过屏蔽罩的引线加装穿心电容，引线通过穿心电容穿过屏蔽罩与元件连接。

3.2.2.2 紧固点的间距

紧固点的紧固方式指采用螺钉连接、铆接、点焊等方法使两个零件的结合面结合在一起的措施。实际设计中，由于其他因素往往会受到限制，紧固点的间距一般就直接决定了缝隙的最大尺寸（长度），是影响缝隙屏蔽效能的最主要因素。由于目前尚无实用的计算方法计算缝隙的屏蔽效能，紧固点的间距只能按以下经验数据取值：

无线电产品或工作频率超过100MHz的产品，紧固点的间距取值20～50mm；

工作频率不超过100MHz的产品，紧固点的间距一般为取值50～100mm。

3.2.2.3 电缆的屏蔽

电缆的屏蔽有以下几种形式：

a）一般情况下使用屏蔽电缆，将电缆的屏蔽层与连接器的外壳连接。这种形式下的屏蔽效能取决于插头的屏蔽效果；

b）通过EMI滤波器连接。即电源线通过电源滤波器连接，信号线采用滤波连接器转接。这种方式即可滤波，又可实现屏蔽。

3.2.2.4 屏蔽材料的选用

选择适当的屏蔽材料及正确地使用这些材料，是达到目标屏蔽效果的重要环节。以下是几种常用的屏蔽材料：

铍铜指形簧片

铍铜具有优良的弹性和导电性，是非常理想的电磁密封材料。指形簧片允许滑动接触的，压缩形变范围大。簧片背后带有不干胶，可直接粘接在接触面上。另外，这种簧片可以在其中填充磁场吸收材料，增加磁场的屏蔽效能。 （下转第165页）（上接第163页）

导电橡胶

导电橡胶是在硅橡胶中均匀分布微细导电颗粒制成的，能同时提供环境和电磁密封。常用的填充颗粒有银颗粒，镀银铝颗粒和镀银玻璃球颗粒。

导电橡胶材料主要有导电橡胶板和导电橡胶条，导电橡胶条又有各种形状截面的实心导电橡胶条和空心导电橡胶条。

金属丝网

利用金属丝编织而成的屏蔽材料。属于一种廉价的电磁屏蔽材料，可用于高频屏蔽效能要求不高的屏蔽场合。

屏蔽胶带

由铜或铝箔加上导电背胶构成的胶带。直接贴在屏蔽体上的缝隙处消除缝隙的泄漏。使用时要注意粘接的金属表面必须是导电的，并要反复碾压胶带，否则导电胶不能发挥其高导电性。

屏蔽玻璃

在玻璃中间夹一层丝网或者在玻璃上镀金属膜实现屏蔽的玻璃。丝网屏蔽玻璃的屏蔽效能较高，但是屏蔽网会使光线损失15%～20%左右，从而造成观察困难。通过合理选择屏蔽网的目数达到在光线损失允许的范围内使得电磁兼容达到要求。镀膜屏蔽玻璃的屏蔽效能较丝网屏蔽玻璃略差，对光线的损失也较小，但要防止镀膜损伤对屏蔽效能造成影响。

近年来，电子仪器向着“轻、薄、短、小”和多功能、高性能及成本低方向发展。塑料机箱、塑料部件或面板广泛地应用于电子仪器上，于是外界电磁波很容易穿透外壳或面板，对仪器的正常工作产生有害的干扰，而仪器所产生的电磁波，也非常容易辐射到周围空间，影响其它电子仪器的正常工作。为了使这种电子仪器能满足电磁兼容性要求，人们在实践中，研究出塑料金属化处理的工艺方法，如溅射镀锌、真空镀（AL）、电镀或化学镀铜、粘贴金属箔（Cu或AL）和涂覆导电涂料等。经过金属化处理之后，使完全绝缘的塑料表面或塑料本身（导电塑料）具有金属那样反射（如手机）。吸收、传导和衰减电磁波的特性，从而起到屏蔽电磁波干扰的作用。实际应用中，采用导电涂料作屏蔽涂层，性能优良而且价格适宜。在需要屏蔽的地方，做成一个封闭的导电壳体并接地，把内外两种不同的电磁波隔离开。实践表明，若屏蔽材料能达到30～40dB以上衰减量的屏蔽效果时，就是实用、可行的。

4.结束语

保证设备的电磁兼容是一项复杂的技术任务，对于这个问题不存在万能的解决方法。电磁兼容技术涉及面很广，电磁兼容领域也正在发展，重要的是掌握有关电磁兼容的基本原理，认真分析和试验，就能选择合适的解决问题方法。

参考文献

[1]王定华.电磁兼容原理与设计[M].电子科技大学出版社，1995.

[2]冯正进，刘利，李行国.机电一体化系统中的电磁兼容性问题[M].电子科技大学出版社，1995.

[3]莫世禹.通信设备中的电磁兼容设计方法[D].南京：中国电子学会机械电子工程（微波）分会，电子机械与微波结构工艺学术会，2006：58-62.

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关键词：高原型，结构设计

Abstract：Our country is a plateau, mountainous country, China's main plateau of loess plateau, eastern yunnan-guizhou plateau, the qinghai-tibet plateau. Because each plateau geographical latitude, the ground is not the same as the nature of the different, climate also have a difference. In our plateau has advantaged wind, light resources, to clean the use of renewable energy has very good natural conditions. Therefore, in recent years, with a number of wind power projects, the wind, and photovoltaic project-light-store project into the plateau, renewable energy projects in the highlands of new construction speed up, in the future will be in China's plateau form "plateau of the wind", "plateau optical valley" the unique scenery.

Keywords: plateau type, the structure design

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

引言：

由于高原运行环境与普通低海拔环境有很大差异，作为产品结构设计人员需要针对高原的环境特点进行特殊的结构处理来满足设备在高原环境的安全可靠运行。本文结合我公司的风、光变流器变器以及SVG设备等产品的在高原环境下的应用情况分析高原型电力电子设备结构设计要点。首先介绍了高压环境的主要特点；接着针对高原环境特点对设备的性能影响分析；根据高原环境对设备性能影响的分析从结构设计方面提出具有的解决办法，其中结构设计也主要考虑从散热、绝缘、凝露以及机械结构件及材料的设计考虑等方面处理。

（一）高原气候特点：

高原具有较恶劣的自然气候条件，对电力电子的设备性能影响较大，高原气候的主要特点有：

（1）空气压力或空气密度低；

（2）空气温度较低，变化较大；

（3）空气绝对湿度较小；

（4）雷暴日多；

（5）太阳幅射照度（紫外线）较高；

（6）降水量较少；

（7）年大风日多；

（8）土壤温度较低，且冻结期长。

以上特点是行业内针对高原气候形成的普遍共识，但我国的高原地区分布较广，各高原地区的气候也存在差异。其中尤其以西南地区的云贵高原气候存在一定的特殊性。云贵地区河流众多，地形复杂，山谷间的水汽不易发散，在清晨和傍晚经常起雾。在相对湿度接近饱和的情况下，昼夜温差将造成严重的凝露。而且，云贵高原的高湿季节持续时间较长。因此，设备在高原气候应用必须考虑各高原地区的气候差异。

（二）高原气候条件对电力电子设备性能的影响：

 空气压力或空气密度对性能的影响：

气压低 电气间隙的击穿电压降低绝缘强度降低

空气稀薄风流量减小相对散热能力减弱

 空气温度较低及温度变化对性能的影响：

温度低冻结器件寿命受影响

温度变化大凝露爬电

 空气湿度对性能的影响：

湿度小电气间隙的击穿电压降低绝缘强度降低

湿度大积水爬电

 太阳幅射照度（紫外线）较高对性能的影响：

紫外线高破坏功率器件的空间电荷区电场器件失效

紫外线高有机保护材料老化绝缘强度降低

（三）高原型电力电子设备的结构设计要点：

1. 高原型电力电子设备绝缘的设计：

空气压力或空气密度的降低，引起外绝缘强度的降低。在海拔至5000m范围内，每升高1000m，即平均气压每降低7.7～10.5kPa,外绝缘强度降低8%～13%.根据安规（如IEC60664-1）对绝缘的相关规定：由系统电压、过压等级和绝缘等级确定所需电气间隙距离，并按海拔高度进行修正。

电气间隙修正系数

15 000 12.00 6.67

平均绝对湿度随海拔升高而降低。绝对湿度降低时，电工产品的外绝缘强度降低，因此要考虑工频放电电压与冲击闪络电压的湿度修正。湿度修正以零海拔时的平均绝对湿度：11g/m3为基准，具体修正按GB311.2中有关规定。

我司的高原型设备严格执行安规审查，按照海拔4000m考核电气间隙与爬电距离，保证足够的电气间隙与爬电距离。

其中结构布置时分项审查主要有：

单板：PCB改板，加大电气间隙

主功率回路：增加绝缘防护

隔离带：一次回路与二次回路隔离，确保电气间隙符合要求，如设置变压器隔离、UPS隔离等

配电器件：更换部分器件，如用高原型断路器替换普通型断路器。所有配电器件逐一分类审查：开关类、接触器类等。

同时结构件设计时候优化导电体形状，加大电气间隙与爬电距离。严格按照标准测试验证，测试电压5000Vdc/1min，漏电流

2. 高原型电力电子设备散热设计：

空气压力或空气密度的降低引起空气介质冷却效应的降低。对于以自然对流、强迫通风或空气散热器为主要散热方式的电工产品，由于散热能力的下降，温升增加。在海拔至5000m范围内，每升高1000m，即平均气压每降低7.7～10.5kPa,温升增加3%～10%.

空气温度最高值与平均值随海拔的升高而降低。高原环境空气温度的降低可以部分或全部补偿因气压降低而引起的电气设备温升的增加。环境空气温度补偿值为 0.5K/100m。

高原环境对采用空气冷却方式的电力电子设备的散热有利也有弊，所以散热结构设计时候要综合考虑双方面的影响。设计要点：保证良好的风道设计；高可靠性的器件选择；合适的散热风机选择；合理的器件布局；增加柜内扰流措施。

3. 高原型电力电子设备凝露处理的设计：

高原环境温差变化大容易产生凝露现象，我司主要通过以下方式来解决凝露问题

 加热除湿

通过加热除湿装置使柜内温度高于环境温度，实时检测柜内温度湿度，严格控制湿度小于85%。

 增大爬电距离

在易发生爬电的位置增加安全栅格。

 将可能的放电点密封

密封放电点，使之与外部完全隔离。

 柜内扰流

增加扰流装置，使凝露不易发生。

 三防处理

对单板喷涂三防漆。

4. 高原型电力电子设备机械结构件及材料的设计考虑：-

对于器件内部机械传动件，如操作手车、脱扣器等要考虑高原温度变化大而造成材料变形对公差的影响，这些在设计对应器件时要加以考虑；

绝缘材料的选择，应尽量选用受温差变化不大和防老化程度高的绝缘材料（如DMC或SMS模塑料等），在保证高强度的同时，变形量和老化程度较小，适应其对绝缘配合要求较高的地方。

参考文献

[1] JB/T7573-94《高原环境条件下电力电子产品通用技术条件》

[2] 安规IEC60664-1

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电子设备结构设计是一项复杂的综合多学科的系统工程，范围涉及力学、机械学、材料学、热学、化学、人机工程学、电子学、环境科学、美学等多门学科，包含着相当广泛的技术内容，是多门基础学科的综合应用。随着时代的发展和科学技术的进步，结构设计面临着越来越多的要求和挑战，如何得到综合因素影响下的优化方案，是追求的目标。这里提出运用层次分析法（AHP）对结构设计方案进行评价，寻求将定性问题量化，从而得到更为直观全面的评价结果。

1 方法基本思路

AHP（The Analytic Hierarchy Process），即层次分析法，是一种系统分析方法。它充分体现定性与定量相结合，把复杂问题分解为若干有序层次，并根据对一定客观事实的判断，就每一层次的相对重要性给予定量表示，利用数学方法确定出表达每一层次的全部元素相对重要性次序的数值，并通过各层次的分析导出对整个问题的分析[2]。

用层次分析法作系统分析， 首先要把问题层次化。根据问题的性质及需要达到的总目标， 将问题分解成不同的组成因素， 并按照因素间的相互关联影响以及隶属关系将因素按不同层次聚集组合， 形成一个多层次的分析结构模型。并最终把系统分析归结为最低层（供选择的方案）， 相对于最高层（总目标）的相对重要性权值的确定或相对优劣次序的排序问题[1]。

本应用的AHP模型由上至下共分四层次：目标层（A）、准则层（B）、基础指标层（C）和方案层（D）。

基本思路是：首先根据具体的用户需求目标，提炼结构方案需要考虑的指标因素，进行两两比较评价，得到判断矩阵A-B、B-C、C-D，并计算出它们的权重，然后根据得出的权重，对结构方案进行打分量化，实现对多个方案量化评价和比较，最终得到满意的结果。

2 目标分析

某电子设备的用户需求目标如表1所示。

表1明确了电子设备的基本尺寸和组成，并对环境适应性提出了具体要求。明确的用户要求与潜在的研制需要，构成了目标层。而满足目标或需要优化的指标、因素就构成了准则层。

3 层次结构

通过对目标层的分析，提取出包括结构形式、可靠性、工艺性、人机工程以及经济性等五个主要因素构成准则层，并且针对准则层的每一个特征进一步细化分解，尽量涵盖影响设计目标的主要因素，并且避免交叉和概念歧义。形成的层次结构见图1。

4 评价过程和步骤

依照层次分析法，评价过程分为：建立判断矩阵、计算关键特征的权重、检验一致性、层次排序等几个步骤。

4.1 建立判断矩阵

首先，组织包括设备总师、结构师、工艺师等相关人员， 依据表2的比例标度，对准则层各因素在目标层中的重要性以及指标层各因素在其对应准则层的因素中的重要程度进行两两比较打分，从而构建判断矩阵。

在层次分析法中，定量化是通过Saaty提出的1-9 比例标度法实现的[3]，取1-9 之间的整数以及它们的倒数作为衡量bj对bk的相对重要程度的数值，用这些标度来量化自然语言，各个数值标度的含义如表2 所示。

建立准则层相对于目标层的判断矩阵，见表3；建立指标层相对于准则层的判断矩阵，见表4。

4.4 层次排序

经过以上的评价计算过程，并对层次结构进行总排序，可以得到方案评价体系。见表6。

对层次分析法获得的数据信息进行评价和研究，可获得以下成果：

（1）通过对权重排序，可找出结构方案中较为重要的设计因素，主要包括：外形要素、散热性能、PCB安装方式、加工工艺性、电磁兼容性等；

（2）针对分析出的重要设计因素，着重进行方案设计和计算机仿真分析，可提高方案的整体水平；

（3）针对备选方案的各指标进行评价和打分，分别与权重值相乘并相加获得综合得分，通过各方案的分数比较，可直观地得到较优方案。

5 结束语

在多因素多方面影响的方案筛选中，层次分析法有着较为清晰的方法脉络，可将复杂问题量化，将意见和建议用数字来表达。特别是对电子设备结构这类涉及学科较广、需要大量经验积累的工程实践活动，可应用层次分析法，采用头脑风暴法广纳众人之力，收集相关信息和资料，完善目标相关因素，建立准确的数学模型，并利用科学的计算方法，可获得较佳的决策。

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1.引言

机载通信电子设备一般为独立设备，是机载电子系统中重要的组成部分。军用设备通常在非常恶劣的环境下服役，工作环境、使用要求和用户要求比其他电子设备更为严苛，因此，其结构设计要求具有特殊性。

为适应现代战争作战要求，机载平台通信系统一直维持高科技化的发展，对军用机载通信电子设备要求越来越高。对于机箱结构设计需要满足多功能、高性能、高可靠性、小型轻量化、通用化、维修快速化等要求。军用通信设备研制周期短，产品变化多，往往是电路设计、结构设计同时并行，多专业同时协调优化设计，以成熟可靠的机箱设计技术为基础，才能实现高效率、高品质的产品设计。

2.设计要求

军用机载通信设备的环境条件是用户根据GJB 150A、GJB 367A或HB 5830系列标准，结合设备的实际使用、运输、贮存环境制定的。

机箱的结构设计，首先应满足工作环境以及技术指标要求：

1）机箱的结构设计方案应简捷，且细节设计到位。零部件加工工艺性良好，机箱具有良好的操作维修性，便于装配、调试、使用、维修。机箱的内部走线工整，牢固。

2）机箱的模块化设计程度高，继承性高。结构设计应尽量采用通用件、标准件。

3）机箱的结构设计方案应充分考虑散热，对于功率放大器件等热耗大的器件，应在方案设计阶段阐明采取的热设计措施。

4）机箱应具有足够的刚强度，能适应搬运和运输过程中的振动环境，机载通信设备在飞机行驶中的振动环境下能正常工作。同时，还应能适应在使用、搬运、装卸和和运输等过程中可能遭受的非重复性冲击。

5）机箱的结构设计应遵循小型化、轻量化要求，采用减重设计。

6）机箱应有电磁兼容性设计。

7）机箱应进行三防设计，保证在气候恶劣的环境下长期服役。

3.机箱结构设计要点

机箱是实现设备技术指标要求的基础，通常也是结构设计的主要对象。通信设备通常为独立的箱壳式机箱，按结构形式可细分为钣金式机箱、铣制机箱、焊接机箱、模块化铝材机箱等。除另有规定外，军用机载电子设备的机箱尺寸其附件应符合GJB 441和GJB 780的规定。

军用机载通信设备通常置机舱内，根据GJB 376A要求，机箱的外观为黑色（无光泽）。设备外观及内部模块都应有标识，名牌安装于设备明显位置，内容清晰、耐久，除非特殊规定，不使用不干胶作为设备名牌。机箱的结构设计应充分考虑“三化”的要求，采用模块化的设计，最大化统一螺纹规格，尽量采用标准件、通用件。机载设备的机箱要求小型化、轻量化设计，结构方案设计阶段需采用减重措施。为满足机箱安全性要求，机箱外观不应有尖锐棱角，外壳的不连续性（盖板、窗口等）应尽可能少，外露器件（接插件等）要有防护措施，前面板安装把手可以在前面板向下放置时能保护面板上的突出器件，外部安装的不连续使用的插座均应装保护罩，前后面板排布要美观合理，设备超过10kg时考虑用双把手，所有紧固件都要有效防松脱，机箱还应有漏电保护措施等。

3.1 钣金结构机箱

钣金结构是军用机载通信设备机箱的常见形式，其结构简洁、规则、对称、重量轻，而且有成本低和便于加工的优点。钣金结构的机箱整体是由折弯零件装配而成，具有良好的刚、强度。结构设计时要注意以下几点：

1）材料选择塑性好的防锈铝，机箱用料厚度一致。

2）折弯内缘半径过小会引起开裂，而过大会产生回弹。应以工艺要求为设计依据，合理设计折弯内径，利用现有的折弯模具加工。

3）考虑钣金零件机械加工的工艺性，如单边折弯高度不宜过小，冲孔落料直接要有安全间距，以及弯边冲孔边距合理等问题。

4）钣金折弯后以弯边为基准的尺寸公差应放至0.3mm较为经济，应合理设计机箱外形、孔位等尺寸的精度，避免公差过高增加不必要的成本。

图1是钣金结构机箱，图2为铣制结构机箱。

3.2 铣制结构机箱

铣制机箱在军用机载通信设备中非常普遍。铣制机箱结构灵活、复杂，突破了其他种类传统机箱的局限性。现代通信设备呈小型化、多功能化、外观时尚化的发展趋势，铣制机箱适应性强，而且机箱铣加工成薄板和加强筋的形式利于增强整体刚度和减重。设计时要注意以下几点：

1）铣制机箱螺纹全部属于紧固连接螺纹，应合理布置紧固处的间距，铝合金强度不够时应采用不锈钢螺套来增强螺纹强度。

2）机箱应避免使用沉头、半沉头螺钉，且必有防松脱措施。

3）机箱的零部件设计，应便于加工和装夹，仅在必要时提高精度。

4）机箱外部的门、板应方便拆卸。装配、维修方便，避免使用特制工具。

3.3 焊接结构机箱

焊接机箱框架牢固且刚、强度高，焊接缝强度高于基材的一半。军用设备工作于恶劣的机械环境中，焊接机箱在抗冲击和振动的性能优越。军用机载通信设备机箱的焊接结构常采用真空钎焊，其他种类的焊接也多有应用。焊接机箱结构设计时要注意以下几点：

1）航空铝合金中3A21、5A06、5A05、6061、6063适用于手弧焊、电子束焊、点焊。在真空钎焊炉加热温度不大于800℃的条件下，只有3A21、6063适合用于钎焊（因为钎焊温度低）。

2）采用铝合金3A21、6063焊缝致密度较好，但应避免垂直焊缝，焊接面的宽度不小于10mm。焊前用不锈钢或与母材同材质的螺钉紧固被焊零件，螺钉间距20-30mm为宜，精度要求高处采用不锈钢圆柱销定位。

3）机箱采用等厚度的板料焊接，不等厚时应设计过渡区以达到等厚。使用手弧焊主要用V型坡口，板厚度不大于3mm可以不设计坡口。

4）焊后加工会削弱焊缝强度，应避免焊后加工。

图3是焊接结构模块化的机箱，图4为模块化结构机箱。

3.4 模块化机箱设计

模块化设计是军用通信设备的显著特点。欧美有SEM-E、ASAAC标准模块规范等，国内也制定了GJB 1422、HB 7091和HB 7092等针对航空机载电子模块的标准。模块化结构设计=通用模块（大量）+专用模块（少量）+模块连接器。结构设计人员只需注重专用的结构形式和接口设计，而不必从头开始，可以有效简化设计程序，缩短研制周期。

通信电子设备常见的模块划分：电源模块、接口及数据处理、终端模块、信道模块、功率放大模块。模块间的电路互联主要有低频、射频，有时会有光纤等模块化结构设计时要注意以下几点：

1）模块的结构设计应是有效的利用空间，尺寸与重量尽量小，一般能够单人手持。

2）模块应是可维修、更换的，并且在正常安装位置或从设备卸下时都能较容易地对其调试测试。模块上应使用快速分离式连接器，分离时不需要使用工具（或只需一般手工工具）。同一模块接插件数量较多时，应考虑到插拔受力。

3）盲插模块需用导向装置和定位销的导向与定位，安装模块时可轻易对准，而且一定要有防插错的措施。盲插模块接插件要有浮动量，对于射频接口浮动量以1.5mm为宜，避免过小或过大。

4）固定模块用的紧固件应容易拆卸，要防止紧固件掉入设备，尽量使用松不脱组合螺钉。

4.结构设计关键技术

4.1 热设计

军用机载电子设备热设计的基本理论和计算方法以及热可靠性分析与鉴定的方法在GJB/Z 27、QJ 1474均有详述。机载通信设备内部的高密度集成电路和功率放大部位热密度很高，散热设计往往是结构设计的关键技术。

设备机箱在方案阶段的设计方法，多数借助数值传热学仿真技术模拟热环境辅设计。最常用的热分析软件有FLOTHERM和ICEPAK，它们利用计算流体动力学（CFD：Computational Fluid Dynamic）和数值传热学仿真技术来模拟电子设备中的流体流动、热传输以及热辐射（边界条件），并以此计算电子设备周围的流场、温度场、压力场。热分析软件的瞬态分析计算量非常大，因此绝大多采用稳态的分析的方法，而且允许有较大（30%左右）的误差。

军用机载通信设备的工作环境温度，以技术协议为依据，温度范围可达-50℃～+75℃。不少设备考虑占空比的因素后，平均热功率仍不少于200W，机箱强迫风冷散热方式被普遍采用。机箱的热设计设计时要注意以下几点：

1）冷却空气的入口应远离其他设备热空气的出口。

2）机箱结构设计时应考虑机箱内的热耗分布，为机箱内部单元设计传热、散热的途径，必要时采用热绝缘或热屏蔽措施。功放管等器件热耗突出，在机箱热设计中要着重分析。

3）选择风机时，应具备合适的风机尺寸和风量，还要考虑到风机的噪声（转速）、电磁干扰、振动、振幅等因素对机箱内的影响，要充分考虑风机的可靠性。鼓风产生的风压大、风量集中，很适用于局部冷却，应尽量使风机保持良好的工作点；抽风产生的风量大、负压分布均匀，对流道结构的要求比鼓风低，但要避免气流“短路”。通过风机的特性曲线找出合适的工作点，作为仿真结果的对比。风机有工作温度范围，不能超限值工作，有时必要配置风机的控制电路。

4）强迫风冷若不满足要求，则首先应优化散热器的几何参数。增加肋片高度和肋片数，可以增加散热表面积。但当肋片增加到一定数量时，肋片间距变小，导致流过肋片的风量变小，同时肋片间的温度会相互影响，所以，增加表面积须考虑流动阻力。

5）热设计与其他设计（电气设计、结构性设计、可靠性设计）要同时进行，当出现矛盾时应权衡解决，但不得损害电气性能。

4.2 隔振设计

军用机载通信设备对隔振的要求很高，必要时会使用多级隔振技术。机箱通常选用刚度较大的隔振器，而不耐振的器件则选用刚度小的局部隔振器或采用加固的方式。机载通信设备减振系统中，钢丝绳隔振器、金属网阻尼隔振器、金属干摩擦式隔振器（即无谐振峰隔振器）比较常见。对振动敏感的器件通常采用体积小的橡胶隔振器或隔振垫。具体隔振设计时应注意以下几点：

1）机箱的设计应增强结构的刚性（应对较低的激振频率），避免悬臂结构和明显的应力集中。

2）机箱中重量大于7g的独立器件，均应考虑隔振加固，无法安装隔振器可用有弹性的胶状物质充在需要隔离的部位。

3）紧固机箱的安装架采用铝合金钣金结构，尽量用铆接或螺纹连接，以提高阻尼。应避免使用焊接，以防开裂。

4）选择隔振器须符合设备机箱的环境要求，尺寸尽量小、隔振效率尽量高。根据设备总重量及设备重心位置，遵循几何对称布置原则，确定每个隔振器的实际承载量。隔振器不超过额定载荷使用，如果各支撑点的载荷相差较大，则应采用同一型号不同刚度的隔振器。安装隔振器的部件应该具有最高的强度，隔振器间距应尽可能大，但要避免设备在静载荷、动载荷下发生弯曲变形。

4.3 电磁兼容设计

通信电子设备多是对静电放电和磁场敏感的设备，应采取诸如接地、隔离、屏蔽等措施以提高电磁兼容性。结构的电磁兼容性设计应与设备电气设计同步进行，并按照GJB/Z 25标准开展设计。机箱电磁兼容设计时应注意以下几点：

1）通信设备主要是高频屏蔽，对此屏蔽体材料须选用良导体，如铜、铝等，还需进行表面处理，增加表面导电能力（对于低频屏蔽体选用磁性材料，如铁等）。

2）机箱上必有接地装置（通常为通用件），用于接地的所有金属或其它电气连接件导电处应良好紧固接触，无间隙以及油漆等涂料。

3）机箱盖板的紧固件间距，通常使用1/4屏蔽波长。

4）机箱选用的导电材料应考虑抗腐蚀能力，并满足环境条件。导电橡胶条粘接用703硅橡胶分段单点粘接，每隔2.5cm～5.0cm分一点，切忌整段粘接。

4.4 三防设计

机载设备机箱考虑到材料的强度、刚度，一般选用铝镁合金作为主要材料。三防设计是机箱结构设计的重要一环，设计的相关要求应符合GJB/Z80标准。军用机载电子设备的机箱均需满足GJB 150A所规定的湿热、盐雾、霉菌试验要求，三防设计时应注意以下几点：

外表防护层选用氟聚氨酯漆，其耐候性优于丙烯酸聚氨酯漆。外表油漆不撒花比撒细花耐霉菌能力好。

2）机箱中所用不锈钢零件须进行钝化处理，铜合金进行镀镍、镀银或镀金。

3）因为会变色，镀银通常用于机箱内部。在没有导电性能要求的地方，可用三防漆防护镀银层。

4）机箱外部接插件外壳首选不锈钢材质钝化，其次是防锈铝合金表面镀镉。

5）机箱的接地柱和有相对运动的器件，不能涂敷三防漆和油漆。

5.结束语

本文是在实际工程中总结经验，概况阐述了军用机载通信设备机箱结构设计技术的要点，对同类产品的结构设计具有一定的参考借鉴意义。技术进步要通过不断创新，只有遵从科学原理，不断总结经验和成果，方能减少设计创新的风险，增强产品的竞争力。

参考文献

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2电磁屏蔽的原理

电磁屏蔽的原理就是利用导电或导磁材料制成的盒壳、屏板[1]，将电磁能禁锢在一定的空间与范围内，使电磁场的力量通过导电或导磁等屏蔽体得到能量的减少。对于一个屏蔽介质，屏蔽效能指的是电磁干扰源在屏蔽体放置前后的电磁场强度或功率之比。电磁波理论指出吸收损耗、反射损耗、及屏蔽体内多次反射引起的修正项之和即为屏蔽效能。电磁可以通过多种方式对电子设备进行干扰，但干扰的过程必须具备三个要素：干扰源、接收电磁干扰的元件以及其传播途径，只有这三个要素同时具备电磁才能实现对设备元件的干扰，任何一个要素不具备时都会影响干扰过程。因此，我们可以通过遏制其中一个因素来达到消减电磁影响的作用。对于电子设备的结构设计中，设计师往往都会采取相应的方式去减弱设甚至消除电磁对设备的干扰。大多数情况下，结构设计师会通过切断传播途径的具体方式进行电磁消除。

3操控车电磁屏蔽设计

操控车是雷达系统至关重要的一部分，由方舱、底盘、配电箱、发电机等设备组成，同时操控车也是雷达系统电子设备的载体。操控车的运行较为灵活，适合稳定的运输，它升降的特点为现代军事提供了很多便利之处。操控车对于电磁干扰的屏蔽性能的优劣很大程度影响并决定了整个雷达系统的电磁屏蔽。如何将雷达系统的操控方舱进行合理的结构设计，使其达到最好的电磁屏蔽效能呢？下面为大家做出详细的论述。该测试的雷达操控车属于一个长方体大板方舱，3500mm×2400mm×1900mm，整个方舱利用螺钉、铆钉进行焊接，与端梁、侧梁形成一个统一的整体。大板方舱由1mm厚的内蒙皮与外蒙皮构成，两者之间填充的是聚胺脂泡沫。在雷达系统的操控方舱结构设计的规格要求中，对于应急门、进出风口、各个拐角以及门缝等地方，对电磁波的屏蔽效能必须大于40dB。当电磁波频率在10000MH2时，通过计算其吸收损耗均大于10dB，修正项可以忽略。我们可以利用双层的金属板来强化电磁屏蔽的效果，比如将雷达操控大板方舱中央的单层金属板换成双层的，至少能保证其屏蔽效果在40dB以上。对于一些不可避免的接口处，电磁的影响不容小觑，我们可以采用其他的技术手段增强其屏蔽电磁波干扰的效果。

3.1孔口结构设计利用双层的经过氧化的导电铝板作为孔口门的设计，当孔口门闭合的时候，能实现内外门与内外壁面的贴合，形成一个紧密的整体，在很多大程度减弱、阻隔了电磁波的传播与干扰。对于孔口四周，可以采用装屏蔽条的方式阻碍电磁波，屏蔽条相当于一个密闭的衬垫，我们要综合分析屏蔽条的结构与成本，选择最佳的导电橡胶进行构建，要注意的是屏蔽衬垫是由单一的屏蔽层组成，有时候为了增加屏蔽衬垫的弹性与性能，我们会添加硅橡胶进行构建与设计。

3.2通风孔口设置通风板方舱壁面在结构设计中，不可避免的存在不同大小的小洞，这些洞都是为了通风散热，而且在雷达系统运作的时候，这些小洞必须处于打开的状态，因此比起方舱的其他结构与位置，这些地方对于电磁屏蔽效果的要求更高。为了达到更好的电磁屏蔽效果，我们通常采用设置六角形蜂窝状的通风板的方式，因为在电磁波处于100MHZ以上的时候，我们如果采用的是双层金属网，其电磁波的屏蔽效果会明显降低，金属网过于密集还会导致通风不利。蜂窝状通风孔板具有很多优良的性能：（1）相对于其他金属，对对电磁波的衰减作用更有效；（2）长期暴露氧化之后仍然可靠坚固，屏蔽效能不会发生太多改变。

3.3改进工艺装配与接地形式雷达操控方舱在设计过程中，还应该注意工艺措施的优化与改进。（1）使用经过熔焊、挤压的金属流动工艺进行操作；（2）提高蒙皮的平整度；（3）保证金属元件表面的干净与清洁；（3）防止产生电位差，使用同种金属进行连接。为了雷达系统的操控方舱达到最好的电磁屏蔽效能，我们应避免电磁感应产生的危害，采用对方舱单点接地的方式降低对电磁波的干扰程度，方舱内的设备与元件都可以通过接地过程聚集到外接线板上，再通过金属性进行大地。不仅避免了电位差对舱壁的危害，还有效增加了电磁屏蔽效能。

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3D打印快速成型技术，已经出现几十年，在生产制造领域的应用研究已经取得了一些进度，3D打印金属的性能在某些领域已经接近甚至超越传统的常规加工。从材料角度讲，传统常规工艺采用原始的液体、固体、粉末等材料，材料本身无特殊处理；而3D打印使用的金属粉末材料，是经过特殊处理的，加入了更多成分元素，已经具有了屈伸强度、拉伸强度、延伸率、杨氏模量、硬度、断裂拉伸界点、热膨胀系数、弹性模数、熔度范围、耐腐蚀性、粘合强度等几十项指标。而此类材料的性能是经过研究、测试、引用，已经证明是符合结构件的需求。

目前3D打印技术虽然可应用领域广泛，但其也有自身的局限性，主要体现在加工材料上，目前打印材料主要是塑料、树脂和金属，骨骼等有机原料的研究也正在进行并有了初步成果。受材料限制，3D 打印最初的应用局限在建模和工业设计领域。但如今，3D 打印技术逐渐开始被用于生产环节，可定制个性化造型的各种产品，它适用于小批量加工，由于不需要模具，对产品的修改不会增加额外成本，只需修改设计图即可。这也意味着，小批量个性化定制的成本被降低。未来，定制个性化的家具、食品、工艺品等商品将变得更加划算。

二、民用雷达电子设备加工方式及现状

在电子设备中，由工程材料按合理的连接方式进行连接，且能安装电子元器件及机械零部件，使设备成为一个整体的基础结构，称为电子设备结构。目前电子设备技术的进一步发展，组成设备的元器件越来越多，体积越来越小，使用范围也趋于广泛，设备所处的工作环境也越来越复杂，对设备的使用精度和可靠性要求也越来越高。因此，电子设备的结构设计已经称为产品研发的一个重要技术环节。

民用雷达电子设备主要包括机柜、机箱、插件及盒体，机柜机箱类通常采用的加工方式有钣金折弯或运用铝型材进行组合装配。钣金折弯的方式灵活多样，适合单件多品种生产方式，其用料品种少，生产周期短，且成型件的强度与刚度能够达到使用要求。但由于其外形尺寸的加工公差较大，且对钣金工的要求较高，因此不宜于批量生产。型材组合的结构形式可采用多种不同断面形状的铝型材通过螺钉在转角处连接组成机箱框架，再加前后面板及左右、上下盖板组成机箱，其优点在于外形尺寸变换方便，适应于多品种及有一定批量的产品。但由于机加工的工作量大，且型材尺寸精度要求高，因此型材加工也具有一定的局限性。

盒体在电子设备设计中属于中小型器件，一般装配在机箱及机柜内，其外形规整，常用加工材料主要为铝，盒体内常装配的零件有印制板、连接器、电源板等精密设备，且装配精度要求较高，因此在这类盒体加工时需要特别注重加工精度。由于雷达电子设备的设计以模块化为主，设计的主导思想是自上而下，层层嵌套，所以各种尺寸的盒体在整个雷达电子设备的结构总体设计中占有很大数量。完成一套电子设备器件需要经过设计、投产、加工、质检、装配等一系列过程，这些环节层层相扣但相互独立，不同的环节由不同的人员负责，这就要求每个环节能够衔接紧密且相互沟通顺畅，但实际加工中往往很难无缝沟通，周期延迟和加工问题会频频出现。

三、3D打印与加工中心的优势对比

数控机床（Numerical Control Machine Tools）是指装备了计算机数控系统的机床，简称CNC机床或加工中心。它被广泛应用于各类机械加工领域，其加工精度、强度等指标都能够达到当今机械加工要求，是较为成熟的一种机械加工方式。与3D打印技术相比，CNC使用的时间较长，有着更深的技术积淀，但也同时存在很多问题，从机械加工长远的发展角度来看，3D打印技术如能得到普及，将会是工业加工生产的一次重要蜕变。

3D打印机以数字模型为基础，采用材料堆叠的方法将模型逐层打印成型，CNC加工则需要预先选择尺寸合适的材料，以数字模型为基础，对选材进行切削。 从材料利用率来看，3D打印机采用加法的方式，对材料进行逐层堆叠，CNC加工中心则采用减法的形式，对材料进行切削，3D打印的材料利用率更高。从工艺角度出发，3D打印机可以加工各种优美曲面及复杂的工业造型，并且能够一次成型，也无需考虑工装夹具的使用。CNC加工中心加工复杂的工业造型难度很大，且需要专人设计，也需使用夹具，大多造型需要分多次才可加工完成。从加工流程来看，3D打印只需导入相应格式的文件，即可完成打印，而CNC则需要专业编程人员对数字模型进行编程后将数字输入机器中才能完成整个模型的加工。在材料选择上，3D打印目前选用较多，较成熟的为工程塑料，颜色可多样化。CNC在用料上有着明显的优势，以加工金属原料为主，在材料运用上更胜一筹。

从以上对比中可以得出，3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。与传统技术相比，三维打印技术通过摒弃生产线而降低了成本；大幅减少了材料浪费；而且，它还可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，让人们可以更有效地设计出飞机机翼或热交换器；另外，在具有良好设计概念和设计过程的情况下，三维打印技术还可以简化生产制造过程，快速有效又廉价地生产出单个物品。

四、3D打印技术对民用雷达电子设备实际生产中的启示

3D打印技术在电子设备设计中能够带来首要的优势就是设计和制作的协同合作，电子设备设计中设计师的外观设计以及结构设计的设计方法，决定了每个模块都是独立的，这意味着设计、制造、材料、维护、采购等不同的环节以及人员之间需要相互协作。在整个设计和生产过程中设计师不得不协同合作，因此返工和拖延时间的事件也时有发生。

3D打印技术可在电子设备设计中简化设计流程，将设计和制造过程融为一体。电子设备结构设计的流程一般为输入―设计―交流―输出，设计与交流阶段往往是一个往复的过程，设计师在输出产品之前通过模型、图纸等方式与需求方进行沟通，最终确定设计方案。接下来就是生产环节，在这个环节中，设计师任然需要提供一定技术支持，产品加工完成后经过质量检验最终到设计师手中。通过3D打印的方式在电子设备设计中，整个设计与加工流程可实现同步优化，在设计完成后可以直接将模型文件导入3D打印机内，实物很快就能呈现在设计师面前，这对设计与加工起到了关键的衔接作用。

在电子设备产品生产中，成本和效率是重要的因素，盒体加工生产在电子设备加工生产中占有很大的比例，通常采用加工方式为数控加工，但由于流程偏长导致其成本偏高，效率偏低。3D打印可在设计师的办公室里直接运用，随用随打，在设计研发初期能够节省材料大量节省成本，大幅度提高生产加工效率，同时也缩短了产品研发周期。

因此，随着3D打印技术的兴起并逐步走向成熟，它所应用的领域会逐步渗透到工业生产的每个角落。民用雷达电子设备的加工生产，在不久的将来也一定会受3D打印技术的影响，实现加工方式和加工效率的改革。

参考文献：

[1]邱成悌，赵殳，蒋全兴编著.电子设备结构设计原理.南京：东南大学出版社， 2001.12

[2]高编.产品造型设计.北京：机械工业出版社，1992.10

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中图分类号：TN02 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0248-02

1 引言

随着我国军事工业的不断发展，军工电子设备在保证其使用的可靠性、密闭性能的同时，还对设备的小型化和外观等提出了更高的要求。另一方面，设备内部使用的电子元器件及电子设备功率密度也在不断增加。如果在密闭的环境内，各种发热元件散发出来的热量不能够及时散发出去，就会造成热量的积聚，从而导致各个元器件的温度超过各自所能承受的温度极限，使得这些电子设备的可靠性大大降低，甚至使设备丧失工作能力。有资料表明，电子设备的失效率有55%是由于温度超过了规定值而引起的。环境温度每增长10℃， 电子设备的失效率增大一倍以上，10 ℃法则给出了电子元器件的失效率随温度增加的变化规律，说明了热设计在电子结构设计中是不可忽视的环节。因此，研究散热方法，改善散热方式，提高冷却效果，对提高电子产品的运行稳定性都具有十分重要的意义。

传统的设计方法是简单结构，利用传热学中大量的公式、表格，通过计算来进行分析的，而对于复杂结构就只能根据经验或试验来获得。本文详细介绍了利用ANSYS软件对某军工密封式电子设备的复杂散热器件进行仿真、辅助设计，节省设计成本的过程。

2 某密封式电子设备上散热器件的设计思路

2.1 某密封式电子设备的参数指标

某密封式电子设备中的功能单元板上有两个75W的功放晶体管，设备正常工作时分收发两个时段，发射和接收时间比例大约为1：3，发射时功放功率最大为150W，有效输出功率为50W，接收时功放功率小于70W，有效输出功率约20W。由于该功能模块的发热功率比较大，最大时可以达到100W；且该设备有密封防水性要求，因此要求单元板在设备内部所处的空间是密闭空间。要求在不改变设备外轮廓的前提下分析晶体管直接通过导热硅胶粘在翅片式散热器上通过自然散热时，晶体管和单元板的温度变化能否满足电路板和芯片正常工作的温度要求，并对散热器的尺寸进行优化。

该密封式电子设备的工作参数如下：

1、正常工作温度范围：-40℃―55℃；

2、在60℃高温环境下开机试验，设备可以连续正常工作4小时以上；

3、设备在工作温度范围内的温度应该小于内部单元板上电子元器件的结温。一般来讲，晶体管正常工作时的温度应控制在 90℃以下，单元电路板上元器件的温度控制在80℃以下。

2.2 某密封式电子设备的结构组成

某密封式电子设备的外观如图所示

右侧为盒体，左侧有散热凹槽部分即为后盖板，本文讨论的散热器件即为后盖板。

打开设备，盒体内部印制板上有两个发热源，功率各为75W，共150W。后盖板根据散热要求，初步设计如图。

3 ANSYS辅助设计

3.1 根据经验的改进

根据经验改进后，后盖板如图：

3.2 ANSYS仿真的应用

由于该芯片的热分析属于典型的电子设备热设计分析，因此选用了ANSYS 中Workbench里面的专业电子设备机箱级、芯片级、封装级的热分析软件模块ICEPAK来完成本次热分析。

导入后盖板模型如图：

划分网格如图：

对建立完成的后盖板散热模块热分析模型进行网格划分，划分网格后检查网格划分的质量，网格划分后产生87450个单元和94588个节点，面匹配系数几乎全部接近于1，网格划分质量较高。如图所示：

计算过程

网格划分后，需要进行求解前的参数设置，设置求解的步骤为100步，流体和能量残差为系统默认值，打开solution setting 中的basic settings 窗口，点击reset，得到系统Rayleigh number 为2.23e6，并打开辐射radiation开关，设置重力方向，重力大小都选择为默认值，随后设置环境温度、辐射温度、默认流体等等，最后设置求解时电脑处理器为“并行”运行，加快求解速度，减少求解时间。如图所示：

求解

进行完求解参数设置后，就可以如图所示进行求解，并打开求解监视器开关，以详细直观地观察求解过程中的步骤和收敛情况。

后处理过程

求解结束后，可以通过如下图所示的ICEPAK软件后处理模块，查看模型的热分布情况，热流矢量图，切面温度分布等情况。

4 后盖板的优化设计

为了解后盖板的散热性能对后盖板翅片的参数敏感度，本文针对相同厚度和高度散热翅的个数、相同个数和高度散热翅片的厚度、以及相同厚度和个数的散热翅片的高度等参数对于散热器稳态温度的影响进行了多次热分析。

4.1 后盖板翅片个数不同时的热分析

后盖板中散热翅片厚6.5mm，高24mm，环境温度60℃时，后盖板翅片个数为19个、23个和27个时后盖板的稳态热分析温度分布如图

由此可知，散热翅片个数越多，后盖板稳态热分析下，散热的最高温度越低。

4.2 后盖板翅片厚度不同时的热分析

后盖板中散热翅片个数为24个，翅片高24mm，环境温度60℃时，翅片厚5mm、6mm和7mm时，后盖板的稳态热分析温度分布如图

4.2.3 后盖板翅片厚度为7mm的稳态分析温度分布图

由此可知，散热翅片越厚，后盖板稳态热分析下，散热的最高温度越高。

4.3 后盖板翅片高度不同时的热分析

后盖板中散热翅片个数为23个，翅片厚6.5mm，环境温度60℃时，翅片高20mm、28mm和36mm时散热器的稳态热分析温度分布如图

由此可知，散热翅片越高，后盖板稳态热分析下，散热的最高温度越低。

5 结果分析

从热分析的结果来看，后盖板的散热翅片的个数越多，散热翅片的高度越高，散热翅片的厚度越薄，散热的效果越好。但是，从该密封式电子设备的结构设计、工艺分析和美观程度来看，后盖板散热翅片的个数也不能越多越好，散热翅片的厚度也不是越薄越好，散热翅片的厚度也不能加工地越高越好。在满足后盖板散热的前提下，从实际需要，加工效率和加工成本等多方面考虑，故采用后盖板散热翅片的个数为23个，散热翅片的厚度为5mm，散热翅片的高度为24mm。

参考文献

[1] 邱成悌，赵C殳，蒋全兴.电子设备结构设计原理[M].南京：东南大学出版社，2005

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2设备振动强度及减重设计

由于设备装机位置处环境条件要求严格，根据以往工程经验看，设备振动条件相对其它设备非常恶劣，再加上设备本身要求有很高的可靠性和耐久性，该设备倾向于选择加装隔振系统。首先简化设备模型、约束处理、网格划分和设置材料参数，在不装隔振系统情况下，对设备进行模态分析。得出1阶模态：470.8Hz、2阶模态：702.Hz、3阶模态：875.6Hz、4阶模态：1043Hz。通过模态分析可以看出，设备的1阶和2阶模态频率和结构件容易产生共振，对设备结构件和内部器件的结构强度和刚度容易造成损坏［4］，这样就更加论证了需要加隔振系统的方案。根据设备的振动条件定制了所需的隔振器，隔振器主要参数是：固有频率为70Hz；最大共振放大率小于3；单只公称载荷为1.5kg；隔振器单只重量为130g。同时为满足设备的装机要求，还设计了设备安装架，安装架通过4个底部隔振器安装机平台，而整机则通过安装架后面的导销，前面的锁紧装置固定在安装架上，以实现快速拆卸，其整体结构形式如图7所示。

根据设计的隔振系统再次对安装了隔振器的设备进行了模态分析，结果如表3和图8所示。从表3和4图8可以看出，安装减振器后，设备的前3阶模态以减振器3个方向的平动振动为主，第4阶模态以减振器的水平扭振为主，其它低阶模态主要集中在安装架上。扭振的发生与设备重心位置及减振器的安装位置密切相关，如果减小减振器的安装平面位置与系统重心的相对尺寸，就可以避免扭振的发生。从仿真分析来看，该振动设计能够满足设备振动需求。当然除了满足振动设计以外，设备还需要满足装机重量要求。目前综合考虑刚度-密度比、加工性和成本等多方面因素，设备结构材料主要采用5A06铝。从整体看，该设备为LRU设备，设备采用安装架固定方式，结构设计必须受到接插件、冷板和减振器装配及安装诸多特殊要求的限制，结构优化设计余量很小，该设备在满足上述设计要求的前提下，尽量削减所有非重要承力部件（其中外部结构强度和电磁屏蔽要求，预留2.5mm左右薄板。设备内部有3处需要考虑电磁屏蔽要求，隔板厚度暂设定为3mm）。在此基础上完成结构设计后，对设备进行了随机振动响应分析，通过对设备内部标准差位移和标准差加速度的对比分析，经过几次耦合设计，最终设计出一个既满足振动设计又尽可能轻的电子设备。

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随着科技进步，对电子产品也提出了更高的要求，可靠性是衡量电子设备质量的一项重要指标。从元器件的角度出发，其可靠性水平决定了整机的可靠程度。而整机的可靠性程度高低又代表产品的质量优劣，同时也反映出设计师得水平。可靠性贯穿于设计、生产和管理之中，如何提高产品可靠性，使其发挥最佳性能，是一个电子产品的核心竞争力，也是用户的最佳使用体检。因此，电子设备的可靠性提升是一个极其重要且具备极大挑战的工作，对未来的经济发展和科技进步起到了至关重要的意义。

1可靠性定义

GJB450中对可靠性的定义是：系统、机械设备或零部件，在规定的工作条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠度在军用标准中也有相关释义，即：在规定的条件和时间内，完成规定功能的概率，它是可靠性水平高低的一个重要指标。

2可靠性指标

可靠性是一个非常重要的产品质量指标，它定性描述显然是不够充分的，必须要进行量化处理，这样才能精准地描述和比较。可靠性的量化描述有两个非常重要的指标是：平均工作时间（MTTF）和平均无故障时间（MTBF）。平均工作时间是指产品在最终失效，或无必要修复时的前面的工作时间或次数，其中包括由于有故障而修复后继续使用的时间或次数。平均无故障时间是指产品从使用开始直到出现故障前得连续工作时间或次数，不包含排除故障后使用的时间或次数。一般来说，电子元器件的平均寿命越长，其产品可靠性越高。但是，可靠性与寿命有关系却又不是同一个概念，不能认为可靠性高，寿命就长，或寿命长其可靠性就肯定高，这都与使用要求有关系。故障率也可以反映可靠性的高低，现实工作中，电子设备的故障率是可以计算获得的。电子元器件的寿命服从指数分布的规律，设备故障率就是通过对内含所有元器件的寿命及失效机理分析计算而来，即设备总故障率入P是元器件工作故障率；入b是元器件基本故障率；πe是环境系数；πq是质量系数；πr是电流额定值系数；πa是应用系数；πs是电压应力系数；πc是配置系数；入Pi是第i中元器件的工作故障率；Ni是第i种元器件数量；n为所用元器件的种类数目；入s为系统总故障率。

3影响可靠性的因素

3.1环境因素

电子元器件在工作中受环境因素影响较大，如：温度、湿度、盐雾、霉菌、气压、海拔高度、大气污染颗粒等都会对电子元器件的正常运行产生影响，使其电气性能下降，甚至损伤元器件，造成故障的发生。

3.2机械性能结构

电子产品的机械结构设计要满足使用工况的要求，强烈的机械振动或冲击，会使设备产生机械结构的损伤变形，甚至导致电子元器件的物理损伤或失效，致使电子产品无法正常运行工作。

3.3电磁环境

环境中的电磁波无处不在，使电子产品在运行中无时无刻不与空间中的电磁干扰信号进行接触。在电磁信号的干扰影响下，电子电路噪声变大，稳定性变差，干扰严重的情况下，可能会导致设备运行故障，甚至安全性也将会受到威胁。

3.4组装工艺

电子产品在生产中组装工艺的不同，使电子元器件的牢固程度、受干扰程度、受环境影响的耐腐蚀程度均有不同的表现，造成的结果是电子产品的质量和可靠性也是参差不齐。因此，选择合理规范的组装工艺是保证产品生产中产品质量和可靠度提升的重要保障。

4提高可靠性的具体措施

（1）确定电子产品的使用工况，确定研发方案、战术技术指标、组装工艺及防护等级等信息。（2）降额设计。将电子元器件的工作应力适度降低，低于规定的额定值，从而降低元器件的基本故障率。电子元器件对电应力和温度应力较为敏感，降额设计是降低基本故障率的常用手段，在最佳降额范围内，采取I级、II级、III级降额等级，可实现可靠性提高和成本控制的最优方案。（3）散热设计。首先，在硬件设计上尽可能地提高电能利用率，将发热量控制在尽可能小的程度，减少热阻，降低元器件失效率。采用模块化布局，将功耗件、发热源进行最优化布局，设计合理的散热通道，将热能竟可能地快速排出到外部空间，降低元器件基本故障率，提升设备整体的可靠性。（4）电磁兼容性设计。采用屏蔽手段将干扰限制在可接受的范围内，并限制自身的电磁信号向外部空间辐射，而影响其他设备。根据使用环境中的干扰源性质、强度、频率等，确定合理的屏蔽手段和屏蔽体，解决电子元器件由于受到电磁干扰而引起的失效或故障率，从而提升整机运行的可靠性。（5）采用成熟度更高的元器件及组装工艺，尽量选用标准间，尤其是在易损易耗件的选择上优先采用标准件。（6）进行冗余设计，使系统具备多种手段来实现同一种功能，尤其在关键技术环节采用此设计。如：并联结构设计，当一个功能模块失效时，并联支路的其它功能模块一样可以保障系统的正常运行，以此来提高系统的工作可靠性。（7）薄弱环节要提高最低可靠度元器件的可靠度，以增强整个系统或模块的可靠度。（8）增设全方位的保护功能，如过载保护、过压保护、欠压保护等保护措施，提升产品运行可靠性。（9）进行防振、防冲击的设计，以及在包装、运输、存储过程中的安全防护，提升产品可靠性。

5综述

电子设备可靠性的提高是多方面、多方位的系统性工作，在选择和控制元器件的品质、合理软硬件电路设计、规范的组装工艺等方面要严格要求和把关。做好电子元器件的品控把关、合理设计、严格要求是提高电子产品可靠性的重要手段，提高产品的可靠性也就是提高了产品的核心竞争力。科技进步的体现就是产品质量的升级及可靠性能的增强。

参考文献

[1]杨虹.微电子工艺可靠性研究[J].重庆邮电学院学报(自然科学版),2003(02).

[2]魏胜利,费敏锐.分布式网络控制系统研究进展[J].工业仪表与自动化装置,2009(02):16-22.

[3]畅黎鹏.电子设备的结构设计的维修性[J].舰船电子工程,2005,25(01):131-134.

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中图分类号：TP391文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)04-0906-02

The Radar Electronic Cabinet Parameterized Design Based on Pro/ E

REN Hai-lin, PAN Yong-qiang

(The 38th Research Institute of CETC, Hefei 230031, China)

Abstract：According to its characteristics and procedures in the design, the structure design of the radar electronic cabinet parameterized design of Pro/ E so as to shorten design period of product, avoid repetitive design and improve design efficiency.

Key words：parametric design; drawing; 3D model; Pro/Engineer

电子设备机箱是雷达电子设备的载体，是雷达装备的重要组成部分。从发射、接收、信号处理到终端，几乎每一个分系统都离不开机箱的应用。随着军事装备的研制周期不断缩短，需求的日益多样化，带来了设计时间紧，设计任务重的严峻局面。而电子设备机箱基本上都执行有关国标和国军标的规定，机箱外形多呈扁平长方体，一般由机箱框架和若干板组成。框架是机箱承载的主体，所有的插件、底座、面板等都立足其上，如每次都重新设计，不仅增加重复劳动，且出图工作量也很大；而且也占用设计师的大部分时间和精力，延误了新产品的开发进程。

在我们应用由美国参数技术公司( PTC)开发的Pro/ Engineer软件（基于参数化设计思想而发展起来的机械设计软件）后，这一局面得到大大的改善。 我们利用它的参数化和全相关功能强大的实体造型技术, 以及全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改的主要特点，进行二次开发从而实现雷达结构设计的智能引导设计。以下就电子设备机箱的设计来介绍下基于Pro/E的智能引导设计。

1 参数化设计技术

参数化设计亦称尺寸驱动, 就是将设计要求、设计原则设计方法和设计结果用灵活可变的参数来表示, 以便根据实际情况随时加以更改。它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。

目前参数化技术大致可分为如下三种方法：1）基于几何约束的数学方法；2）基于几何原理的人工智能方法；3）基于特征模型的造型方法。我们采用基于特征模型的造型方法。特征造型方法是三维实体造型方法的新发展, 是CAD 建模方法的一个新里程碑, 它是在CAD/ CAM技术的应用和发展达到一定水平, 要求进一步提高生产组织集成化和自动化程度的产物。该文应用Pro/ E 软件的参数化和强大的全相关功能的实体造型技术, 以电子设备机箱的结构设计为例, 来实现插箱的三维模型参数化设计及对应的工程图的自动生成。

2 基本原理

基于Pro/E的雷达结构设计可以分为零件设计、装配、工程图三个不同的设计阶段。Pro/E三维的设计过程全相关性；这使得设计者在任何阶段对设计的修改都会影响到其它阶段, 设计过程变得非常灵活和轻松, 大大提高了设计效率。我们采用的是三维模型与程序控制相结合的方式。三维模型（包含零件设计、装配）的创建是手工创建的，在已创建的三维模型及其对应的工程图的基础上，进一步根据实际的设计要求建立一组可以完全控制三维模型外形和大小的设计参数。这样就可以通过对这些参数的修改来生生成新的三维模型，进而利用Pro/ E 软件的全相关功能带来工程图的自动生成。（为了与一般的三维模型相区别，我们称这种带有参数化的模型为三维模型模板。）

3 参数化的三维模型模板及其相应的工程图的创建

设计者从产品要求和零件的功能入手, 对产品的每个零件建立三维模型及其相应的工程图。零件和装配可以统称为模型, 所以本文此处所述的三维模型包括三维零件模型和装配模型两个部分。三维模型模板的建立与一般的三维模型大体上是相同的，主要有以下几点需要注意：

1) 在绘制二维截面的绘制过程中，要尽量用相切、同心、共线、垂直及对称等关系与尺寸的相结合的方式来进行约束，尽量减少尺寸的数量。

2）正确设置控制三维模型的参数。设计参数可以分为两种：一是主参数，与其他参数无关的独立参数；另一种次参数，是与其他参数相关的参数。主参数主要来控制三维模型的外形及拓补关系。而次参数主要是用主参数为自变量的关系式来表达。

3）正确建立主参数与三维模型的尺寸的关联关系。主要两种方法可以使它们关联：一是在创建特征的过程中，在输入尺寸的值时，直接输入参数名；另外的就是在Pro/ E 软件的关系式功能中建立特征的尺寸与主参数的关系，类似于赋值如d1=总长。这里推荐后一种方式。这样一来创建三维模型时就可以不考虑参数的问题，完成以后再建立它们之间的关系不容易错和遗漏，并且便于修改。

4 详细设计

机箱一般是由插箱、插件、面板、导轨等组合而成的（见图1）。

4.1 机箱的外形

根据多年的经验机箱常用的系列如下：按照宽度系列有19inch（482.6mm）和24 inch（609.6mm）2个系列。按照高度系列有H有4U、5U、6U、7U、8U等（U=44.45mm）4个系列。按照深度系列有352.24mm、412.24mm、472.24mm 3个系列。

4.2 机箱的内部布局

内部从左向右依次放置插件或者假面板，它们的宽度一般都是N（5.08）的倍数，直到布满为止。

据此我们创建三个数值型主参数来控制机箱的外形的变型；创建一个数值型参数用来输入插件或面板的宽度，利用野火的程序模块功能创建判断语句去自动判断机箱是否布满，如没有布满则提示剩下的面板的宽度，如果没有布满，提示继续输入插件或面板的宽度。

menu program edit design ,在Pro/ e 所提供的记事本中进行编程。在INPUT END INPUT 建立这参数如下：

1）机箱深度NUMBER

"机箱的深度：请根据需要选择352.24、412.24、472.24中的一个数值"。

2）机箱宽度NUMBER

"机箱的宽度：请根据需要选择482.6mm （19inch）或者609.6mm （24inch）中的一个数值"。

3）机箱高度NUMBER

"机箱的高度：请根据需要选择4U、5U、6U、7U、8U中的一个数值"。

4）插件宽度NUMBER

"插件或面板的宽度5.08的整数倍"。

在雷达机箱的装配模式下，打开Pro/ E 软件的关系式功能，然后创建基于这些参数的内在关系。（见图2）

打开机箱的工程图选择再生,系统就会出现提示, 询问用户是否要对该机箱的主参数进行设置。 用户可以根据实际的设计需要进行选取，对其重新赋值，确认后系统会根据你所输入的值自动生成新的工程图。（见图3）

5 结论

该文通过三维软件Pro/ Engineer的参数化设计模块，以雷达机箱为例,论证了参数化设计过程。经过实际多次应用，表明利用参数化设计手段来进行雷达机箱的结构设计，可使设计人员从大量繁重而琐碎及重复性的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设计速度，改善设计质量，减少设计错误。

参考文献：