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電子設備協同設計技術

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更新時間：2017-10-09
發布人：njwanglp

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《電子設備協同設計技術》從電子設備結構設計方面，介紹了結構設計的主要內容，分別描述了熱設計技術與電磁兼容技術。以熱設計技術與電磁兼容技術之間的協同設計為例，介紹了協同設計的內容，給出了熱對流、熱傳導與電磁兼容協同設計的設計準則。簡單介紹了結構設計中的其他協同設計內容引言
20世紀中葉以來，無線電電子技術得到迅速發展，電子設備的結構設計開始引起世界各工業國的關注。隨著電子技術使用范圍的推廣，設備的功能、體積、重量、可靠性以及環境適應性等諸多問題被納入結構設計的范疇，使電子設備結構設計逐漸形成一門多學科的綜合技術。20世紀中后期，隨著大規模集成電路的出現，電子設備開始向小型、超小型等方向發展，結構設計中的一些傳統的設計方法逐步被機電結合、光電結合等新技術所取代。目前，電子設備的結構設計主要包括以下內容：整機組裝結構設計、熱設計、結構的靜力計算與動態參數設計、電磁兼容性結構設計、傳動和執行裝置設計、防腐蝕設計、連接設計、人機工程應用、可靠性試驗等。
工業級和軍用級別的電子設備，由于其使用環境特殊、可靠性要求高等特點，在結構設計中必須全面考慮設備的需求。雖然各個電子設備的要求不盡相同，但對結構設計來講，以下幾個設計內容都是必修要考慮的：熱設計、抗振動沖擊設計、電磁兼容性設計、環境適應性設計等，上述部分設計技術相互之間會存在矛盾，如設備為了散熱需要開制通風孔洞，而這些通風孔洞恰恰就是電磁泄露的主要途徑，而電子設備是同一個物理體，如何將這些設計技術合理的應用在同一設備中是對結構設計提出的一個新的課題，本文重點是以熱設計和電磁兼容性設計這一對矛盾體的協同設計為例，并簡單的闡述電子設備結構設計中的其他協同設計技術。[1]
1電磁兼容設計技術
電磁兼容（Electromagnetic Compatibility，簡稱EMC）一般指電氣及電子設備在共同的電磁環境中能執行各自功能的共存狀態，即要求在同一電磁環境中的上述各種設備都能正常工作又互不干擾，達到“兼容”狀態。換句話說，電磁兼容是指電子線路、設備、系統相互不影響，從電磁角度具有相容性的狀態。相容性包括設備內電路模塊之間的相容性、設備之間的相容性和系統之間的相容性。
1.1電磁干擾的三要素
所有的電磁干擾都是由3個基本要素組合而產生的，它們是：電磁干擾源；對該干擾能量敏感的設備；將電磁干擾源傳輸到敏感設備的媒介，即傳輸通道或耦合途徑。相應地對抑制所有電磁干擾的方法也應由這三要素著手解決。
（1）電磁干擾源：指產生電磁干擾的任何元件、器件、設備、系統或自然現象。
（2）耦合途經（或稱傳輸通道）：指將電磁干擾能量傳輸到受干擾設備的通道或媒介。
（3）敏感設備：指受到電磁干擾影響，或者說對電磁干擾發生響應的設備。
1.2電磁屏蔽
屏蔽、濾波、接地是電磁兼容設計中最常用的技術，而在設備的功能、內部元器件的布局一定的情況下，屏蔽設計就顯得尤為重要了。
屏蔽就是利用屏蔽體阻止或減少電磁能量傳輸的一種措施。屏蔽的目的有兩個，其一是限制內部輻射區域電磁能量的泄漏；其二是防止外部的輻射進入自身區域。屏蔽效能主要取決于屏蔽體的材料及結構形式，屏蔽體對輻射干擾的抑制能力用屏蔽效能SE(Shielding Effectiveness)來度量。屏蔽效能是無屏蔽體時空間某點的電場強度E0(或磁場強度H0)與有屏蔽體時該點電場強度E1(或磁場強度H1)的比值，它表征了屏蔽體對電磁波的衰減程度。
電磁屏蔽是把屏蔽體看成是一個結構上完整、電氣上連續均勻的金屬板或全封閉殼體。當電磁波入射到屏蔽體時，電磁波將會以三種能量形式進行損耗。屏蔽體的屏蔽效能可用下式表示：[2]
（）
式中，：吸收損耗() ：反射損耗（）：多次反射修正因子()

―――屏蔽體厚度（mm）；―――電磁波的頻率（Hz）
―――屏蔽體的相對磁導率（H/m）；―――屏蔽體的相對電導率（S/m）
上式（3）表明，吸收損耗正比于屏蔽體的厚度，并隨著頻率、相對磁導率、相對電導率的提高而增加。常用金屬材料的相對電導率和相對磁導率見表1[2]。
表1 常用金屬材料對銅的相對電導率和相對磁導率...

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