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电子设备协同设计技术
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  • 更新时间:2017-10-09
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  • 《电子设备协同设计技术》从电子设备结构设计方面,介绍了结构设计的主要内容,分别描述了热设计技术与电磁兼容技术。以热设计技术与电磁兼容技术之间的协同设计为例,介绍了协同设计的内容,给出了热对流、热传导与电磁兼容协同设计的设计准则。简单介绍了结构设计中的其他协同设计内容引言
    20世纪中叶以来,无线电电子技术得到迅速发展,电子设备的结构设计开始引起世界各工业国的关注。随着电子技术使用范围的推广,设备的功能、体积、重量、可靠性以及环境适应性等诸多问题被纳入结构设计的范畴,使电子设备结构设计逐渐形成一门多学科的综合技术。20世纪中后期,随着大规模集成电路的出现,电子设备开始向小型、超小型等方向发展,结构设计中的一些传统的设计方法逐步被机电结合、光电结合等新技术所取代。目前,电子设备的结构设计主要包括以下内容:整机组装结构设计、热设计、结构的静力计算与动态参数设计、电磁兼容性结构设计、传动和执行装置设计、防腐蚀设计、连接设计、人机工程应用、可靠性试验等。
    工业级和军用级别的电子设备,由于其使用环境特殊、可靠性要求高等特点,在结构设计中必须全面考虑设备的需求。虽然各个电子设备的要求不尽相同,但对结构设计来讲,以下几个设计内容都是必修要考虑的:热设计、抗振动冲击设计、电磁兼容性设计、环境适应性设计等,上述部分设计技术相互之间会存在矛盾,如设备为了散热需要开制通风孔洞,而这些通风孔洞恰恰就是电磁泄露的主要途径,而电子设备是同一个物理体,如何将这些设计技术合理的应用在同一设备中是对结构设计提出的一个新的课题,本文重点是以热设计和电磁兼容性设计这一对矛盾体的协同设计为例,并简单的阐述电子设备结构设计中的其他协同设计技术。[1]
    1电磁兼容设计技术
    电磁兼容(Electromagnetic Compatibility,简称EMC)一般指电气及电子设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态,即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作又互不干扰,达到“兼容”状态。换句话说,电磁兼容是指电子线路、设备、系统相互不影响,从电磁角度具有相容性的状态。相容性包括设备内电路模块之间的相容性、设备之间的相容性和系统之间的相容性。
    1.1电磁干扰的三要素
    所有的电磁干扰都是由3个基本要素组合而产生的,它们是:电磁干扰源;对该干扰能量敏感的设备;将电磁干扰源传输到敏感设备的媒介,即传输通道或耦合途径。相应地对抑制所有电磁干扰的方法也应由这三要素着手解决。
    (1)电磁干扰源:指产生电磁干扰的任何元件、器件、设备、系统或自然现象。
    (2)耦合途经(或称传输通道):指将电磁干扰能量传输到受干扰设备的通道或媒介。
    (3)敏感设备:指受到电磁干扰影响,或者说对电磁干扰发生响应的设备。
    1.2电磁屏蔽
    屏蔽、滤波、接地是电磁兼容设计中最常用的技术,而在设备的功能、内部元器件的布局一定的情况下,屏蔽设计就显得尤为重要了。
    屏蔽就是利用屏蔽体阻止或减少电磁能量传输的一种措施。屏蔽的目的有两个,其一是限制内部辐射区域电磁能量的泄漏;其二是防止外部的辐射进入自身区域。屏蔽效能主要取决于屏蔽体的材料及结构形式,屏蔽体对辐射干扰的抑制能力用屏蔽效能SE(Shielding Effectiveness)来度量。屏蔽效能是无屏蔽体时空间某点的电场强度E0(或磁场强度H0)与有屏蔽体时该点电场强度E1(或磁场强度H1)的比值,它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度。
    电磁屏蔽是把屏蔽体看成是一个结构上完整、电气上连续均匀的金属板或全封闭壳体。当电磁波入射到屏蔽体时,电磁波将会以三种能量形式进行损耗。屏蔽体的屏蔽效能可用下式表示:[2]
    ()
    式中,:吸收损耗() :反射损耗() :多次反射修正因子()

    ???屏蔽体厚度(mm);???电磁波的频率(Hz)
    ???屏蔽体的相对磁导率(H/m);???屏蔽体的相对电导率(S/m)
    上式(3)表明,吸收损耗正比于屏蔽体的厚度,并随着频率、相对磁导率、相对电导率的提高而增加。常用金属材料的相对电导率和相对磁导率见表1[2]。
    表1 常用金属材料对铜的相对电导率和相对磁导率...
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