电子设备结构设计例1

当今社会作为一个信息化时代，科学技术与电子产品也是日益更新，电子设备的种类和形式也是千变万化，从而质量和功能就成为评断电子设备优劣的标准。电子设备在人们生活和生产中发挥着很大的作用，也得到了越来越多的使用，所以对于电子设备的运行也提出了更高的要求。电子设备想要在电磁环境中正常运行就一定要避免受到电磁的干扰，否则就会影响整个电子设备运行的效率。所以在电子设备结构设计和实际运用中要确保电磁兼容，这样才能保证电子设备的正常运行，从而对电子设备的质量和功能进行完善。

1电子设备结构设计中的电磁兼容

1.1电磁兼容的概念

所谓电磁兼容就是指在电子设备正常运行状态下，电子线路产生的电磁对电子设备产生电磁干扰。电子设备结构设计中良好的电磁兼容就是表示电子设备和电子系统，以及电子线路等在电磁环境中都不会受到各自的影响，对电子设备的质量和功能都不会产生影响。要确保电子设备安全、正常运行，就要在电子设备结构设计中充分考虑电磁兼容的问题，这样才能够提高电子设备运行效率，从而为电子行业以及相关单位的良好发展作贡献。比如一些军工事业应该要高度重视对电磁兼容的设计，在飞机上就存在着许多电子设备，其电磁环境也是十分复杂，所以也就会产生很大的电磁干扰，一旦这些问题没有处理好就会造成很严重的后果。由此可见，电子设备结构设计中的电磁兼容是一定要引起高度重视的。

1.2对电磁兼容进行设计的必要性

现阶段人们生活和生产中，电子设备的正常运行是与电磁兼容密切相关的。由于当前社会中各个行业都会频繁使用各种电子设备，所以一旦电子设备中出现了问题，就会造成整个行业的经济受到严重损失，甚至会影响行业的稳定发展。所以电子产业在设计电子设备时要充分考虑电磁兼容的相关因素，对于那些电磁不兼容的电子设备进行及时的改进。因此，电磁兼容设计的主要目的就是要研究如何有效控制并消除电磁干扰，让电子设备在与其他设备共同工作时不会受到影响。作为理想的电磁兼容的设计，应该是要使电子设备在正常运行时不受到那些不好的影响。对于电磁兼容的设计应该通过合理的接地和搭接以及屏蔽等方式，将外部对电子设备的干扰进行减弱并消除。

2电子设备结构中电磁兼容的设计措施

2.1电磁兼容设计中要考虑电磁滤波的应用

电磁滤波是一种常见的压缩信号回路以及影响电磁兼容的方法，电磁滤波在使用时可以有效抑制干扰因素，也能控制相关干扰源谱分量对其他电子设备的影响。所以说电磁滤波就是能够对信号中一些特定的波段频率进行过滤，通过这样的形式就能够有效抑制电磁的干扰。因此，在对电子设备中电磁兼容进行设计时要考虑电磁滤波的应用。由于电子设备在正常运行中电路会产生一部分较强的干扰信号，而这些干扰信号就会通过电源线及信号线等途径，从而对整个设备的电路产生极大的干扰。而在当前社会中，电磁滤波已经被广泛应用于各类电子设备中，这也是能够保证电子设备安全稳定的重要方法。当然电磁滤波的设置也是需要一定的方法和技巧的，对于改善电路过程中通常会使用到穿心电容、三端电容等重要元件。除此之外，在对电磁滤波进行设置时也要确保所有滤波器装置是与电子设备连接好的，只有正确、合理地设置了电磁滤波，才能有效提高电磁兼容的成效，从而改善电子设备的运行状态。

2.2电子设备结构设计中电磁屏蔽的作用

电磁屏蔽就是指对两个不同的空间进行金属隔离，使整个电磁场以及电磁波都能得到有效控制，并且对区域之间的辐射和感应也能相应的控制。所以在进行设计时要充分利用电磁屏蔽的作用，利用屏蔽物将整个电路以及电子设备都控制起来，从而阻止干扰源的影响。目前在电子设备中解决此类影响的方法是电磁屏蔽技术，利用电磁屏蔽的作用可以有效促进电磁兼容，从而提高电子设备的质量和效率。另外，在进行电磁屏蔽时也要注意电磁屏蔽设备的放置，放置时要尽可能地靠近被屏蔽的电子设备，这样才完全发挥其作用。并且电磁屏蔽板的形状也会影响电磁屏蔽的效果，通过实践表明，最有效的电磁屏蔽板应该是全封闭的金属盒电场。这种金属盒的材质也要特别注意，只有良性的导体材料才能真正起到屏蔽的作用，比如一些铜、铝等金属，其金属材料的厚度也需要根据实际应用情况来灵活改变。

2.3电磁兼容设计时要运用接地技术

在对电子设备结构设计中的电磁兼容也要合理运用接地技术，要将电源与信号提供的回路以及电位进行结合。电子设备中电磁兼容的核心目的就是为了利用接地技术来控制电磁干扰的发生。在运用接地技术过程中也要具有一定的规则和标准，要确保接地的安全性，并且接地的方式以及选择等因素也会对电子设备的正常运行产生一定的影响。电子设备中使用的金属外壳要与地面相接，这能够充分保障人们的经济效益以及人身安全，从而也能保证电子设备运行的效率。在电子设备正常运行过程中，有时会发生静电相关的情况，而接地技术能够有效避免这类问题的发生。如图1所示，电磁兼容设计中运用接地技术时，要考虑整个电路系统中的单元电路有一个公共的参考电位，这是确保电路正常运行的前提。由于接地技术能够防止外界电磁场产生的一些不良干扰，所以为了避免电荷形成的高压而引起电子设备内部漏电以及起火等现象，可以选择将电子设备的机壳接地，利用这样的方式可以有效控制电荷的释放，从而减少电磁的干扰。除此之外，接地技术还能避免雷电等电磁感应的影响，可以对电子设备进行有效的保护。

3结语

随着电子设备的不断进步，而电子设备中的电磁兼容也成为电子行业的核心工作。由于电磁兼容作为电子设备正常运行的基础条件，所以在对电子设备进行设计时要充分考虑电磁的兼容性，要尽量提高电磁的兼容，从而提高电子设备的质量和效率。当然，现阶段电子设备结构设计中的电磁兼容性还有许多复杂的问题有待解决，解决过程中也存在着一定局限性，但是提高电子设备的电磁兼容性有许多技术方法，所以在实际操作中要将这些渗透到各个行业中，从而使电子设备中的电磁兼容得到更完善的设计。电子行业在生产中要根据实际情况和需求来对电磁兼容选择最合适的方法，旨在提高电子设备运行的效率。

[参考文献]

[1]陈灿雄.论电子设备结构设计中的电磁兼容设计[J].科技展望，2016（30）：286.

[2]刘兴俊.电子设备结构设计中的电磁兼容[J].中国新技术新产品，2015（6）：2-3.

电子设备结构设计例2

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.

电子设备结构设计例3

就目前形式下，人们借助电子学原理而制作成的各种设备、装置、仪器、仪表等等都被统称做电子设备。电子设备最主要的用途就是进行电子元器件的支撑，借助电缆联系电路能够最大程度的满足各种电气需求。在结构设计的过程中，不但需要对固定安装的各种元器件规格有所了解，而且需要将驱动器、变频器等一同纳入进考虑范围。

1 电子设备设计的基本方式

1.1 确立设计方案

设计工作人员在接到了设计任务之后，需要对设备协议之中的各种内容提出相应的技术指标。主要是因为其是设计、制造、检验与使用的参照标准。在电子设备方案之中需要将设备的使用方式、使用参照条件、外形大小、装饰与表面涂饰等各方面的要求，同时还需要标注清楚具体的生产制造工艺、包装运输以及保存等等多方方面的要求。设计人员同时需要工作的实际情况，明确各项技术指标中的详细内容。

1.2 设计人员与电气人员的配合

二者需要有商有量，需要配合协商的问题包括了：要清楚附有外形大小和安装尺寸的电子元器件的参数表、需要对设备的使用环境情况以及设备的功率要求有明确的认知、需要对各种重要元器件的屏蔽和散热要求有清楚了解、需要对各种有关电子设备内部走线和外部电缆走线的方式有清楚了解。

1.3 结合生产明确结构方式

电子设备结构中主要包含了插件的结构表现形式、单元盒结构组成形式、插箱组成结构形式、底板结构形式以及机体具体结构表现形式等等。在这之中，使用范围最全面的就是插件的结构形式，详见下图，其构成主要是印制的电路板。除此之外机体的结构形式也被大范围的使用在工业建设之上，样式通常分成了柜式、箱式、台式以及盒式。

1.4 外形尺寸的确立

依照具体设备对外形尺寸做确立，首先需要对电子设备内部零器件需要占用的空间大小做确定。车载船运以及航空使用的各种设备，当中的电子设备外形大小需要将门、舱、过道和安装场地认真考虑分析。

插件小单元

2 设计规范化的基本原则

设计规范化就是要确保其实现各种有关的技术指标，针对一些可供维修使用的产品，指的是产品在规定的条件下和规定的时间内，依照具体规定的程序内容以及方式开展各项维修工作，这样能够让产品始终维持或者恢复其工作的初始状态。其针对着提升电子设备结构可靠性的各项要求，可以对以下几方面内容做分析研究。

2.1 防腐蚀

首先，需要选择有强耐腐蚀性的材料；另外，金属结构的设计需要有合理化建设，防止发生接触性腐蚀，在一些较容易出现腐蚀以及腐蚀程度最严重的部位需要将组织构建的厚度加厚。再次，对环境条件做调控，把设备抽成真空并且将干燥的氨气以及氦气等充进去，并且密封保存。另外使用电化学保护方式，其中包含了对阳极的保护以及对阴极的保护等等。

2.2 隔振缓冲

在电子设备之中使用的防振以及缓冲方式，总结起来有三方面的内容。第一，降低或者消除振动与冲击造成的干扰源；第二，当出现外部环境有较高的振动情况时，能够选择在设备与基础条件之间，加装一个减振器，从而实现减少振动与冲击等对设备造成危害的影响。第三，使用有阻尼的操作结构，针对各种挠性设备的振动分析需要充分考虑到设备弹性而诱发的各种共振效应，为了有效的降低共振的频率，需要在结构之中添加入相应的阻尼材料。

2.3 电子设备散热

相关实践因素证明，电子元件的故障会伴随着元件温度的上升而递增，电子设备的线路性能和温度之间的变化呈反比的关系。电子设备散热结构的可靠性设计，首先需要将各项主要参数要素加入考虑范围之中，比如各个元件的发热功率和具体的散热面积等等。设备冷却方式的确定以及冷却介质的流量估计主要受制于这些数据的精准性。除此之外，还需要清楚的了解到各个设备适应的工作环境。

3 电子设备规范化设计中的因素要点

3.1 利于操作与维修

为了让电子设备的操作更加的简单可靠，设计人员在进行电子设备设计之前，需要先做一次深入全面的研究，对比了解各种同类产品的具体工作情形，将一些需要修理的部位做记录。切实的了解清楚各个电子设备内部的零器件区位，比如维修过程中要使用到的区位等等。

3.2 提高生产率

电子设备的结构在技术上需要应该选择现金、创新的结构。使用各种全新的技术和全新的操作工艺，进而不断的提升劳动生产效率。在电子设备中的各个零部件和生产元器件的规格需要尽量的少，设备之中的机械零器件需要具备相对完好的结构工艺性特点。在整个电子设备之中，零部件和各种元器件的技术参数与尺寸大小需要尽量的实现标准化和规格化要求。整个设备之中需要使用到的各项原材料不管是品种还是规格都要尽量的少，设备的零部件加工精细程度和相应的技术条件需要有所匹配，不能够无限制的追求高精度。

3.3 造型美观

电子设备的造型设计其实就是将一些先进的科学技术和现代化的审美理念做有机的结合，找寻一个最和谐统一的使用环境，遵循基本的协调要素。电子设备结构设计的需要将美观和实用的关系协调好，尽可能的创造出美观且实用的产品。

4 结语

电子设备可靠性指的是在产品的限定时间内，在规定的使用条件之下，完成一些力所能及的事物。只有提升了电子设备的可靠性和设计的规范化，才可能保证工作的有效性与工作的质量。本次研究中对电子设备结构的可靠性和规范化设计进行了简要的阐述，并且分析了几项提升电子设备可靠性的方式，以期最大程度的提升电子设备的可靠性。

参考文献

[1]张斌.电子设备结构设计中CAD技术的应用研究[D].西安电子科技大学，2010.

[2]季馨.军用电子设备结构设计水平评估体系浅议[J]. 现代雷达.2010，03（12）.

电子设备结构设计例4

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

电子设备结构设计例5

中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1006-8937（2016）30-0046-02

1概述

现代战争是电子战技术，对军用电子设备的要求越来越高，越来越高，如多功能、高性能、智能化、通用性、体积小、重量轻、操作简单、维修方便、外观时尚等。此外，为了满足不断变化的战争的需要，军用电子设备的改装，也需要继续安装。显然，传统的结构设计方法不能满足其需要，设计师必须突破传统的设计理念，大胆创新，运用先进的理论、技术、技术创新和设计。创新设计是技术发展的动力。二十世纪是知识创新、技术创新的世纪，技术创新将进一步成为二十一世纪社会经济发展的主导力量。研究人员应充分利用这一机遇，加强技术创新，全面设计军用电子设备，以提高军用电子设备的综合性能。

2我国工业设计技术发展现状

中国工业设计仅有30多年的历史。1987年，中国工业美术协会正式更名为“中国工业设计协会”，从此，中国工业设计驶上了快车道。2007年2月13日，温家宝总理做出重要指示：“要高度重视工业设计”。2010年国务院十一个部门联合制定了《关于促进工业设计发展的若干指导意见》，表明了我国政府对于工业设计的重视。2010年“政府工作报告”中首次涉及“工业设计”。

企业（如海尔、联想、华为、李宁等）重视工业设计的程度明显提高。其工业设计已渗透到全球品牌战略的管理层面，在技术创新、产品研发、市场营销、售后服务等方面发挥着重要作用。它们通过探索运用工业设计来增加产品竞争力和塑造自有品牌。

专业设计公司有了较快发展。现在全国已有数万家之多，具有一定规模的就有1200多家。很多设计公司最初仅能提供外观造型设计，到现在已可提供从内在功能到外观造型以至营销策略等全方位的综合解决方案。工业设计园区正在发挥集聚效应。2003年无锡成立了第一家部级工业设计园区，现在全国范围至少已有20多家工业设计园区，如北京DRC工业设计创意产业基地、上海国际工业设计中心、深圳设计创意产业园、广东顺德工业设计城、宁波和丰创意广场等，它们都取得了很大的成效。

中国工业设计协会设立每2年1次的工业设计活动周，以及每年1次的“红星奖”（中国工业设计奖）评选活动，对工业设计发展起到了一定的推动作用[CI，S]

从总体上看，我国工业设计取得了长足的发展，发展趋势也愈来愈好，速度也加快了，但专业的设计规模还不大，水平还不高。

3机械创新设计概述

机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术成果（包括理论、方法、技术、原理等），进行创新构思，设计出有新颖性、创造性、实用性的机构（结构）或机械产品（装置）的一种实践性活动，它是建立在现有机械设计理论基础上，吸收科技哲学、认识科学、思维科学、设计方法学、发明学、创造学等相关学科的有益成分，经过交叉而成的一种新的设计技术和方法。

3.1机械创新设计的内容

机械创新设计包含2部分内容：一是改进完善现有产品的机械性能、可靠性、经济性、实用性等；二是创造设计出新产品，以满足新的使用要求。

3.2创新设计的特点

创新设计的特点是：

①独特性。设计师应追求与前人、众人不同的方案，善于打破常规设计思维、惯例，提出新功能、新原理、新结构，在求异和突破中体现创新。

②实用性。设计师应从产品的市场适应性和可生产性两方面出发，来设计产品的新功能、新结构，没有实用性的产品或无法加工的新结构都是纸上谈兵，不是真正的创新。

③多方案选优。设计师应从多方面、多角度、多层次寻求多种解决问题的方案，在多方案中求新、求异、选优。机械创新设计的目标是由所要求的机械功能出发，改进、完善现有机械或发明新机械，实现预期的功能，并使其具有良好的工作品质及经济性。

4军用电子设备结构创新设计方法

军用电子设备结构创新设计就是利用最新科技成果，针对现代高科技战争的特点，在现代设计理论、技术、方法的指导下，充分发挥设计师的创造性，设计出更独特、更新颖、更实用的新型结构，以满足现代战争对军用电子设备结构的要求。

根据不同的设计对象，采取相应的创新设计方法，通常可分为：开发设计、改型设计和变异设计3种。

4.1开发设计

主要针对新研设备提出新的结构设计方案，完成从规划、方案、技术设计道加工、生产的全过程。

4.2改型设计

在已有设备的基础上，针对原有的缺陷或新的工作要求，从工作原理、机构、结构、参数、尺寸等方面进行一定的改进设计，以提高设备质量、可靠性等，使设备满足新的工作要求。如在基本型设备的基础上，开发不同参数、尺寸或不同功能、性能的改型系列设备，就是改型设计的成果。

4.3变异设计

针对已有的先进设备或结构设计，进行深入分析，探索、掌握其关键技术，在消化、吸收的基础上，设计出同类型其它类似的创新设备。开发设计以开创探索创新，改型设计通过改进创新，变异设计在吸取、消化中创新。创新设计是各种设计方法的共同点，结构设计师应充分发挥创造性思维，掌握基本设计方法，在实践中不断提高创新设计的能力。

5军用电子设备结构创新设计过程

军用电子设备结构创新设计主要包括以下4个过程：综合过程、选择过程、分析计算过程和设计过程。

5.1综合过程

根据设备的技战术指标以及要完成的功能，进行大量的调研，收集有关信息，进行综合分析，确定设备结构设计的总体方案，包括所涉及到的零件、部件、整机等不同层次、不同类型的结构设计、组合。在这一过程中，要充分考虑到总体方案可能涉及到的专业知识以及关键技术等问题。

5.2选择过程

根据结构设计总体方案进行结构类型的综合与选优，优选的结构类型将直接影响到整机的性能和经济性，决定了设备的结构是否新颖、独特、实用，这一过程常常伴随着新的发明创造，大部分的机械发明、专利都属于结构类型的创新设计，所以说，结构类型的综合与优选是结构设计中最富有创造性、最具活力的阶段，但又是十分复杂和困难的阶段，因为它涉及到设计人员的知识（深度和广度）、经验、灵感和想象力等众多因素，这也是多年来困扰结构设计人员的主要问题之一。

5.3分析计算过程

根据确定的结构类型建立相应的数学、物理模型以及相应的方程组，利用计算机技术进行分析计算，这一过程需要反复优化求解。由于计算机技术及优化计算学的迅速发展，使得这一问题有了突破性的进展。

5.4设计过程

完成上述结构设计的分析、计算、综合、选优过程后，即可进入结构创新设计阶段，包括选择零部件的材料、确定零部件的结构形式、尺寸，绘制零部件图、装配图等。为进一步提高设备的竞争力，还需利用美学原则对设备进行工业设计，使设备外型具有宜人性、时尚性，从而实现设备的实用与美观的完美结合。这一过程主要解决基于可靠性、工艺性、安全性、维修性、美观性的结构设计问题。

机械创新设计作为一种新的设计理论、技术和方法，在国内外的许多企业中取得了显著效果和效益。

6结语

机械创新设计是比较传统的设计，特别强调在设计过程中的人，特别是在集成过程中，选择过程和设计过程中的主导和创造性的作用。

由于军用电子设备的特殊性，其结构设计不形成自己的风格，缺乏创新性和竞争力，创新是军用电子设备的结构设计。结构设计人员应顺应时代的要求，充分发挥自己的主观能动性和创造性，大胆运用机械创新设计方法，设计出具有时代感的军用电子设备。

参考文献： 

[1] 张春林，曲继方，张美麟.机械创新设计[M].北京：机械工业出版社，1999. 

电子设备结构设计例6

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）30-0046-02

1 概 述

现代战争是电子战技术，对军用电子设备的要求越来越高，越来越高，如多功能、高性能、智能化、通用性、体积小、重量轻、操作简单、维修方便、外观时尚等。此外，为了满足不断变化的战争的需要，军用电子设备的改装，也需要继续安装。显然，传统的结构设计方法不能满足其需要，设计师必须突破传统的设计理念，大胆创新，运用先进的理论、技术、技术创新和设计。创新设计是技术发展的动力。二十世纪是知识创新、技术创新的世纪，技术创新将进一步成为二十一世纪社会经济发展的主导力量。研究人员应充分利用这一机遇，加强技术创新，全面设计军用电子设备，以提高军用电子设备的综合性能。

2 我国工业设计技术发展现状

中国工业设计仅有30多年的历史。1987年，中国工业美术协会正式更名为“中国工业设计协会”，从此，中国工业设计驶上了快车道。2007年2月13日，总理做出重要指示：“要高度重视工业设计”。2010年国务院十一个部门联合制定了《关于促进工业设计发展的若干指导意见》，表明了我国政府对于工业设计的重视。2010年“政府工作报告”中首次涉及“工业设计”。

企业（如海尔、联想、华为、李宁等）重视工业设计的程度明显提高。其工业设计已渗透到全球品牌战略的管理层面，在技术创新、产品研发、市场营销、售后服务等方面发挥着重要作用。它们通过探索运用工业设计来增加产品竞争力和塑造自有品牌。

专业设计公司有了较快发展。现在全国已有数万家之多，具有一定规模的就有1 200多家。很多设计公司最初仅能提供外观造型设计，到现在已可提供从内在功能到外观造型以至营销策略等全方位的综合解决方案。工业设计园区正在发挥集聚效应。2003年无锡成立了第一家部级工业设计园区，现在全国范围至少已有20多家工业设计园区，如北京DRC工业设计创意产业基地、上海国际工业设计中心、深圳设计创意产业园、广东顺德工业设计城、宁波和丰创意广场等，它们都取得了很大的成效。

中国工业设计协会设立每2年1次的工业设计活动周，以及每年1次的“红星奖”（中国工业设计奖）评选活动，对工业设计发展起到了一定的推动作用[CI，S]

从总体上看，我国工业设计取得了长足的发展，发展趋势也愈来愈好，速度也加快了，但专业的设计规模还不大，水平还不高。

3 机械创新设计概述

机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术成果（包括理论、方法、技术、原理等），进行创新构思，设计出有新颖性、创造性、实用性的机构（结构）或机械产品（装置）的一种实践性活动，它是建立在现有机械设计理论基础上，吸收科技哲学、认识科学、思维科学、设计方法学、发明学、创造学等相关学科的有益成分，经过交叉而成的一种新的设计技术和方法。

3.1 机械创新设计的内容

机械创新设计包含2部分内容：一是改进完善现有产品的机械性能、可靠性、经济性、实用性等；二是创造设计出新产品，以满足新的使用要求。

3.2 创新设计的特点

创新设计的特点是：

①独特性。设计师应追求与前人、众人不同的方案，善于打破常规设计思维、惯例，提出新功能、新原理、新结构，在求异和突破中体现创新。

②实用性。设计师应从产品的市场适应性和可生产性两方面出发，来设计产品的新功能、新结构，没有实用性的产品或无法加工的新结构都是纸上谈兵，不是真正的创新。

③多方案选优。设计师应从多方面、多角度、多层次寻求多种解决问题的方案，在多方案中求新、求异、选优。机械创新设计的目标是由所要求的机械功能出发，改进、完善现有机械或发明新机械，实现预期的功能，并使其具有良好的工作品质及经济性。

4 军用电子设备结构创新设计方法

军用电子设备结构创新设计就是利用最新科技成果，针对现代高科技战争的特点，在现代设计理论、技术、方法的指导下，充分发挥设计师的创造性，设计出更独特、更新颖、更实用的新型结构，以满足现代战争对军用电子设备结构的要求。

根据不同的设计对象，采取相应的创新设计方法，通常可分为：开发设计、改型设计和变异设计3种。

4.1 开发设计

主要针对新研设备提出新的结构设计方案，完成从规划、方案、技术设计道加工、生产的全过程。

4.2 改型设计

在已有设备的基础上，针对原有的缺陷或新的工作要求，从工作原理、机构、结构、参数、尺寸等方面进行一定的改进设计，以提高设备质量、可靠性等，使设备满足新的工作要求。如在基本型设备的基础上，开发不同参数、尺寸或不同功能、性能的改型系列设备，就是改型设计的成果。

4.3 变异设计

针对已有的先进设备或结构设计，进行深入分析，探索、掌握其关键技术，在消化、吸收的基础上，设计出同类型其它类似的创新设备。开发设计以开创探索创新，改型设计通过改进创新，变异设计在吸取、消化中创新。创新设计是各种设计方法的共同点，结构设计师应充分发挥创造性思维，掌握基本设计方法，在实践中不断提高创新设计的能力。

5 军用电子设备结构创新设计过程

军用电子设备结构创新设计主要包括以下4个过程：综合过程、选择过程、分析计算过程和设计过程。

5.1 综合过程

根据设备的技战术指标以及要完成的功能，进行大量的调研，收集有关信息，进行综合分析，确定设备结构设计的总体方案，包括所涉及到的零件、部件、整机等不同层次、不同类型的结构设计、组合。在这一过程中，要充分考虑到总体方案可能涉及到的专业知识以及关键技术等问题。

5.2 选择过程

根据结构设计总体方案进行结构类型的综合与选优，优选的结构类型将直接影响到整机的性能和经济性，决定了设备的结构是否新颖、独特、实用，这一过程常常伴随着新的发明创造，大部分的机械发明、专利都属于结构类型的创新设计，所以说，结构类型的综合与优选是结构设计中最富有创造性、最具活力的阶段，但又是十分复杂和困难的阶段，因为它涉及到设计人员的知识（深度和广度）、经验、灵感和想象力等众多因素，这也是多年来困扰结构设计人员的主要问题之一。

5.3 分析计算过程

根据确定的结构类型建立相应的数学、物理模型以及相应的方程组，利用计算机技术进行分析计算，这一过程需要反复优化求解。由于计算机技术及优化计算学的迅速发展，使得这一问题有了突破性的进展。

5.4 设计过程

完成上述结构设计的分析、计算、综合、选优过程后，即可进入结构创新设计阶段，包括选择零部件的材料、确定零部件的结构形式、尺寸，绘制零部件图、装配图等。为进一步提高设备的竞争力，还需利用美学原则对设备进行工业设计，使设备外型具有宜人性、时尚性，从而实现设备的实用与美观的完美结合。这一过程主要解决基于可靠性、工艺性、安全性、维修性、美观性的结构设计问题。

机械创新设计作为一种新的设计理论、技术和方法，在国内外的许多企业中取得了显著效果和效益。

6 结 语

机械创新设计是比较传统的设计，特别强调在设计过程中的人，特别是在集成过程中，选择过程和设计过程中的主导和创造性的作用。

由于军用电子设备的特殊性，其结构设计不形成自己的风格，缺乏创新性和竞争力，创新是军用电子设备的结构设计。结构设计人员应顺应时代的要求，充分发挥自己的主观能动性和创造性，大胆运用机械创新设计方法，设计出具有时代感的军用电子设备。

参考文献：

电子设备结构设计例7

中图分类号： TN806?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）03?0151?03

0 引 言

随着微电子技术和集成电路的飞速发展，机载电子设备也呈现出高性能、小型化的发展趋势，与此同时，电子设备所处环境更为恶劣，面临的挑战更加严峻，使得其热流密度急剧增大，元器件温度不断升高，产品可靠性逐渐降低。电子设备的散热问题日益严重，工程师在设计阶段对电子设备的热布局越来越重视，因此，热设计成为电子设备结构设计的一个关键环节[1?4]。

热设计的方法主要有试验、类比和仿真。试验方法能够准确得到设备内部关键元器件的温度分布，但是必须设计、生产实验样机，改进热设计的代价较大；类比方法操作方便、简单易行，但是只有同类型或者相似类型的产品可以比较，新研发的产品没有类比的基础，不可能得出类比结果；热仿真采用数学手段，能够比较真实地模拟设备的热状况，在方案阶段就能发现产品的热缺陷，从而改进设计，减少设计、生产、再设计和再生产的费用，降低资源消耗，缩短开发周期，提高产品的一次性成功率，为产品设计的合理性及可靠性提供有力保障[5?7]。

本文采用热仿真方法，对某机载电子设备进行热设计[8?10]。针对设备结构特点，提出多种不同的设计方案并对其进行了对比分析，确定最优的结构设计方案，指导某机载电子设备热设计。

1 热设计依据

根据电气功能设计要求，某机载电子设备由1个电源模块和4个功能模块组成，各模块安装顺序如图1所示，其中，模块4为电源模块，其余模块为功能模块。设备总功耗约30 W，电源模块功耗约10 W，模块3功耗约10 W，其余模块功耗共计10 W左右。设备所处外部环境温度为70 ℃，采用自然对流冷却散热方式，模块内部关键元器件允许的最高工作温度为105 ℃。

2 热设计过程

2.1 整机热设计

对某机载电子设备整机进行热仿真，仿真结果如图2所示。由图2可以看出，设备内部温度最高点为模块3上某处器件比较集中的区域，最高温度达到111 ℃左右，超过了元器件允许的最高工作温度，其他模块温度分布相对比较均匀，平均温度不超过100 ℃，基本接近元器件允许的最高工作温度。

考虑到整机热量集中于设备中部模块3上热流密度较大的区域，因此，调整设备整体结构布局，提出如下几种热设计方案：

方案一：将模块3与模块1调整位置，并旋转模块3的方向使得器件面朝上，保证模块3及其上布置的元器件靠近侧板以利于散热；

方案二：将模块3上发热量较大的元器件直接布在中导轨上以利于散热；

方案三：将模块3上发热量较大的元器件直接布在侧板上以利于散热；

方案四：将模块3上发热量较大的元器件紧贴横梁以利于散热；

方案五：将模块3上发热量较大的元器件紧贴横梁及侧板以利于散热。

对上述几种不同的热设计方案进行仿真对比，得到整机温度场分布如图3～图7所示。

2.2 模块热设计

整机热仿真结果表明，设备内部温度最高点集中在模块3上，因此，着重对模块3进行热设计。模块3上主要发热元器件布局如图8所示，图中虚线框内的6个元器件功耗合计5 W以上且集中布局，局部热流密度较大，因此，温度相对较高。模块热设计过程中，在兼顾电性能的前提下，将这6个功率集中的元器件布局略微调整，如图9所示，调整前后的模块热仿真结果分别如图10，图11所示。

3 热设计分析

对上述五种不同方案的结构布局及散热效果对比分析如下：

方案一通过改变模块3的位置及器件面朝向，使得大功耗元器件靠近侧板但没有与侧板金属壳体接触，散热效果较之原始布局略有增强但并不明显；

方案二和方案三将模块3上发热量较大的元器件直接布置在导轨或侧板上而不是布置在印制板上，通过导轨或侧板将大功耗元器件的热量完全散失，由于导轨或侧板是纯金属壳体，导热系数大，因此，此种布局方式换热效果较好，大功耗元器件集中区域最高温度仅为99.3 ℃，但是这种布局方式将元器件完全固定在电子设备的侧板或导轨等结构部件上，可维修性较差；

方案四将模块3上发热量较大的元器件紧贴横梁，通过横梁和盖板的接触将热量散失，与方案二和方案三相比，接触热阻多，传热路径长，散热效果差，但是，在使用过程中出现故障时可以仅将模块3拆卸维修，现场可更换性强；

方案五将模块3上发热量较大的元器件一面紧贴侧板，另一面紧贴横梁，大功耗元器件产生的热量通过侧板以及横梁和盖板同时散失，元器件集中区域最高温度仅为98.8 ℃，完全可以满足整个设备的使用要求，同时兼顾了设备的维修性。

通过上述对比分析，选择方案五作为某机载电子设备结构设计方案，并在此基础上，对模块3上元器件布局进一步调整，调整以后的模块3局部热流密度有所降低，元器件温度降低了约4 ℃左右，由于考虑电性能的要求，模块3上功耗集中区域的元器件不能过于分散布局，因此，调整布局以后的元器件温度并没有降低太多，但是，完全能够满足元器件使用温度要求。

4 结 语

通过对比多种不同的热设计方案，综合考虑散热效果及可维修性，选择了最优的热设计方案并据此开展了结构设计工作，某机载电子设备的热设计已随电气设计和结构设计一起通过了各项验证试验，现已成功交付用户，使用情况良好。同时，本文提出的热设计方案也为同类型机载电子设备热设计尤其是采用类比方法进行热设计时提供了较大的参考价值。

参考文献

[1] HANREICH G， NICOLICS J， MUSIEJOVSKY L. High resolution thermal simulation of electronic components [J]. Microelectronics Reliability， 2000， 40： 2069?2076.

[2] JANICKI M， NAPIERALSKI A. Modelling electronic circuit radiation cooling using analytical thermal model [J]. Microelectronics Journal， 2000， 31： 781?785.

[3] 张雪粉，陈旭.功率电子散热技术[J].电子与封装，2007，21（7）：35?39.

[4] 赵春林.电子设备的热设计[J].电子机械工程，2002，18（5）：40?42.

[5] 陈恩.电子设备热设计研究[J].制冷，2009，28（3）：53?58.

[6] 付桂翠，高泽溪，方志强，等.电子设备热分析技术研究[J].电子机械工程，2004，20（1）：13?16.

[7] 薛军，孙宝玉，刘巨，等.热分析技术在电子设备热设计中的应用[J].长春工业大学学报，2007，28（2）：176?179.

电子设备结构设计例8

三维布线工艺技术概述

所谓的三位布线技术，是指在Pro/E软件基础上而构建的三维模型，在Pro/Cabling模块中进行的模拟布线工艺技术。就三维布线的分类而言，主要有自动布线、手工布线两种。自动布线中，自动化程度并不高，必须在Pro/Diagram模块上实现，并对相关接插件进行自动化操作。尽管自动布线能够借助一定的自动化技术，但其布线成功率达不到相关标准。

手工布线中，不用借助Pro/Diagram模块，在布线操作中，对线缆或线束对应的连接点相连接，使布线过程更为方便、快捷、高效。手工布线中，其工艺流程主要有：分析三维内部结构和空间、导入元器件目录、完善模型和构建坐标系、导入接线表、定义线缆属性、设置布线参数、布线操作、整理线束、创建二维图。在三维布线中，主要根据零件模式进行合理的布线，以线缆定位而确定线缆位置。布线中的重复性操作中，相关人员可创建网络操作，以减少工作量，提高布线效率和整体效果。三维布线工艺实施后，对线缆或线束进行整理具有必要性，能够从整体或局部做出调整，并根据三维布线，对二维图做详细说明。线缆或线束展平后，对二维线缆图加以创建，尤为重要。线缆展平，即Pro/Harness，属于独立的功能模块，在操作实践中，相关人员应有效操作复杂的电子设备三维布线，并开展整理修改，保证三维布线工艺技术实施的有效性[1]。

电子设备三维布线工艺技术的应用

传统电子设备设计中，对布线工艺技术的应用，主要以二维布线为主，在电子设备设计中，待设计完成，方可投入使用。基于二维布线工艺技术的电子设备设计，属于串行设计。一方面，设计师之间缺乏有效的沟通；另一方面，设计师未能对电装走线有更多的了解，导致结构设计中存在诸多问题，直接对电子设备造成不同程度的束缚影响。但是，基于二维布线的电子设备设计，使电子设备存在许多不合理的问题，产生诸多维护费用，对电子设备生产和信息行业的发展产生阻碍影响。

三维布线工艺技术主要以Pro/E模块为标准，对电子设备进行合理的设计。在此过程中，对工艺设计和协同工作能力有着更多的要求。Pro/Cabling是三维布线工艺技术在并行设计中的有效运用，能够引导相关人员进一步对数字化样机模拟进行深入分析，可了解和掌握电子结构的内部结构和布线工艺性，既能提高电子设备的设计水平，又能满足解决传统二维布线工艺设计中存在的不足问题。另外，相关部门应设立评审小组，对数字化样机进行必要的评审，有利于提高电子设备设计质量，对提高电子产品生产企业的竞争力发挥着重要作用[2]。

电子设备结构设计例9

前言

随着科学技术的不断进步，电子设备的发展也在不断加快，其特点主要表现在：微电子元件的集成程度和封装密度不断提高，电路板热流密度提高；电子设备的外形和尺寸不断缩小，热量集中，散热性能较差；电子设备应用范围不断扩大，其使用环境更加复杂，对于军事和航空航天领域而言，工作环境温差变化极大。这些发展趋势直接表明，温度问题已经成为影响电子设备可靠性和安全性的重大问题。设计人员在对电子设备进行设计时，必须充分考虑温度对于电子设备的影响，确保电子设备的正常安全使用。

1 电子设备热仿真分析

电子设备的热仿真分析是运用仿真技术对电子设备系统运行和工作时的热状况进行相对真实地模拟和分析，从而确定产品的温度分布情况，制定科学合理的散热方法，从而消除电子设备中的热量集中点，减轻温度对于电子设备可靠性的影响，使得系统中的各个元件得以正常工作。在设计阶段对电子设备进行热仿真分析，可以有效减少电子设备的设计、生产费用，提高产品的质量和使用寿命，改善电子设备的性能，缩短研制周期。

对我国目前电子设备的发展现状而言，在热分析和热仿真方面的起步相对较晚，发展速度缓慢，主要依靠借鉴外国的先进经验，没有形成系统而全面的项目，其准确性没有保证。经过不断地努力和发展创新，现在，我国对于电子设备的热分析技术得到了进一步的发展，对于数据信息的处理和计算速度大大提高，计算的精准度也更加贴近实际，新的技术和分析方法不断得到应用，使得分析过程更加便捷。同时，在产品设计的初期阶段就关注电子设备的热效应问题，展开热分析，可以较早地发现产品中热问题，并及时进行改正，从而大大缩短研制周期，节约研制经费。

2 机载电子设备机箱的热仿真分析

2.1 电源热仿真分析

对于记载电子设备来说，电源模块的功耗一般都会较大，造成耗散热量比较集中，对于电源模块的散热十分不利。随着电源模块热功耗的不断提升，普通的自然散热和强迫风冷已经无法满足设备的散热要求。液体冷却技术以其优良的冷却性能得到了机载电子设备的青睐，在电子行业迅速得到普及。液体冷却系统运用水或者乙二醇作为冷却剂，水的比热容较大，冷却效果相对较好，但是一旦产生泄露，会严重威胁电子设备的安全，需要谨慎考虑，选择适当的冷却剂。这里选择液冷电源模块进行分析。

液冷电源模块的机构主要包括：框架、带流道的下盖板、上盖板、定位销、液冷接头，联结螺钉等。其结构相对简单，零件数量较少，便于分析和简化。依据仿真技术，建立相应而对模型进行分析，为了较少计算量和数据量，对模型进行适当简化，主要分析模型中的冷却剂在流道内流动带走的热量和空气与电源模块的自然对流换热。空气与电源的自然对流换热是指与空气接触的电源表面受热膨胀，并在重力的作用下，与周围空气产生对流，使得热量得以散发，这需要两者之间存在较大的温差。自然对流的导热洗漱一半是5W/m*K左右。流道的设计布局和冷却剂流速对冷却剂的冷却效果非常重要，需要进行仔细的设计和计算。液冷的导热系数一半是1005W/m*K左右。

经过分析我们可以得出结论：液冷电源模块工作时产生的热量主要通过冷却剂进行散发，通过自然对流散发的热量极小，在进行分析时可以忽略。因此，在对机载电子设备进行设计时，对于散热系统的设计只需要考虑冷却系统的冷却效果即可。

2.2 机箱热仿真分析

机载电子设备对于环境适应性的要求很高，需要满足高温、湿热、盐雾、霉菌等的防护要求，而且邀请具有抗电磁干扰的能力，出于集成的需要，一般会对机载机箱采取密封式结构，加强对于电子设备内部元件的保护。但是密封式结构的散热是一个重要问题。这里选择冷却效果较好的液冷机箱进行分析和探讨。

机载机箱的密封性导致其散热比较复杂，其内部的导热锁紧机构比较复杂，主要依靠机箱箱体与环境的自然对流以及冷板内冷却剂的流动来散热，其热量的散发方式主要依靠传导和对流，辐射传热可以忽略不计。对于液冷机箱而言，由于机箱自身的密闭性，机箱与空气的自然对流散热也可以忽略，因此，其系统运行产生的热量主要依靠冷板中的冷却剂来传导。一般情况下，机载机箱采用的是插入式结构，主要有左右冷板、前后面板及上下盖板组成，其插入式模块包括印制电路板和模块两种形式，通过楔形锁紧条固定在箱壁的导轨上。

3 总结与展望

由于机载电子设备逐渐向着小型化和集成化的方向发展，其使用环境也越来越苛刻，为了保证电子设备的持续运行，确保其正常工作，散热能力成为影响机载电子设备可靠性和安全性的重要因素，需要电子设备设计人员充分重视，在设计阶段对其进行热仿真分析，建立相应的模型进行实验，为设计提供相应的数据参考。但是，由于模型的建立十分困难和繁琐，对于设计人员自身的技能和经验要求较高，电子设备的热仿真自动分析模块得以开发和发展。CAD/CAE自动分析模块的应用，使得热仿真分析技术的普及具备了可能性。

对于其未来的发展，仍需要解决几个问题：

首先，CAD模型在导入生成的热仿真模型时，需要重新划分网格，由于仿真软件对于模型的模型的辨识程度不高，网格的质量较差，较为复杂的模型需要进行手工调整，自动化程度较低，也加大了工作人员的工作压力。因此，需要进一步对该技术进行改进和完善，从简化模型结构和加强网格设置两个方面提高网格的质量。

其次，对数据的处理和总结归纳功能不够完善，需要根据工程的实际情况进行改进和创新。

4 结语

总而言之，机载电子设备的不断发展，使得其在越来越多的领域得到了广泛地应用，其安全性和可靠性的影响也越来越大。为了确保机载电子设备的正常使用，减少和避免故障的发生，要加强对机载电子设备机箱的温度场及仿真技术的分析，提高其自身的散热能力，减少温度过高造成的设备故障。

参考文献：

[1]方伟奇，王克军，张明.某机载电子设备结构设计[J].电子机械工程，2010（3）.

电子设备结构设计例10

中图分类号：TU855文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)21-30528-03

The Design of Generic Cabling of Modern Community

DU Min-cheng1, ZOU Fu-jian2

(1.The Fishery Technical School of Guangdong, Guangzhou 510320,China; 2. Changxun Industrial Co.LTD of Guangdong, Guangzhou 510091,China)

Abstract: In order to meet the development of information and network technology, there should be a practical programme of generic cabling for modern community. This paper discusses the design process of structuring generic cabling of modern community from the aspects of the programme identify, topology and detailed design. Describing in detail the design principle of various subsystems, including work area subsystem, horizontal subsystem, backbone subsystem, campus subsystem, administration subsystem and equipment room subsystem. It also presents the questions that should be considered during design, the equipments, the standards and so on.

Key words: modern community; generic cabling; topology; subsystem

1 前言

随着社会的发展，人民生活水平不断的提高，涌现出越来越多的现代化小区；而在现代通信技术和计算机网络技术的迅速发展的大环境下，数据与语音传输系统成为现代化小区必不可少的两部分。通常小区的综合布线系统由发展商或运营商投建，一套高质量的综合布线能提高小区的综合质量，也能为运营商的信息服务质量打下基础，因此，必须为现代化小区设计并建设一套合理的综合布线系统。

现代化小区一般由多个建筑物或多个建筑群组成，且建筑物或建筑群的规模较大，并向高层发展，因此现代化小区宜采用结构化综合布线系统，通常由语音、数据两部分构成，提供语音通信和计算机数据信息服务。

2 总体设计

2.1 方案的选定

在确定小区的综合布线设计方案前，首先应获取小区的平面图，分析用户的需求，并根据小区的大小、建筑物或建筑群的规模及距离分布等决定该采用何种布线方案，一般可采用全双绞线结构的布线方案或以光纤构成垂直主干、双绞线为边缘的综合型布线方案，对双绞线的挑选可根据用户的需求选择5类线、超5类线或6类线。

2.2 系统的拓扑结构

结构化的综合布线系统应采用星型拓扑结构，该结构下的每个分支子系统都是相对独立的单元，对每个分支单元系统的改动不影响其他子系统，这样有利于系统的升级和维护。

对于规模特别大的小区，一般要设立多个主机房或多个建筑群设备间，综合布线系统较为复杂，拓扑图如图1所示。

对于规模较小的小区，综合布线系统相对较简单，典型的拓扑图如图2所示。

3 详细设计

现代化小区的综合布线系统一般包含以下几部分：工作区子系统、水平子系统、垂直子系统（建筑物主干子系统）、建筑群主干子系统、管理间子系统、设备间子系统等。设计时，可依据星型结构的特点按由设备间子系统到工作区子系统的思路进行设计，选择好主机房、建筑群设备间、建筑物设备间甚至楼层设备间的位置，规划好主机房至各建筑群设备间、建筑物设备间或楼层设备间的路由，初步确定干线光缆、主干大对数电缆、水平UTP缆等采用何种敷设方式。依据相关的设计依据及行业标准，对整个系统进行详细设计。

3.1 设备间子系统的设计

设备间是安放网络公用的通信设备场所，如安放主配线架、数字用户交换机、计算机主机、计算机网络设备等，用于提供楼间主干、广域网、公共电话网的入户接口。设备间通过中央主配线架把这些设备接入到综合布线系统中，通过主干系统、管理系统、水平系统到达工作区系统，从而到达与末端设备连接的目的。

设备间可细分为主机房设备间、建筑群设备间、建筑物设备间和楼层设备间。

3.1.1 主机房设备间

按照物理星型拓扑结构的特点，主机房位于该结构的中心，是整个小区建筑群布线的重要管理所在地。

在取得了小区的平面图后，挑选某栋较为居中的建筑，规划一个或多个主机房，主机房的选择要考虑地板的承重、是否便于运营商城域网光缆的引入、市电引入、空调排水、接地等问题，机房的面积要满足设备摆设的需求。

规划好主机房的位置后，开始对主机房进行细节设计。首先对主机房进行土建的设计，包含机房环境、动力、空调等，设计引接可靠的交流50HZ电压220/380伏不小于10KW的市电供电系统，提供UPS电源，所有设备及管线应就近有效接地；设备方面应根据所在主机房覆盖的用户数量来确定语音和数据端口的初始容量和终局容量，从而决定设计采用那些设备配置，主机房内采用机柜及机架安装方式，传输设备、交换设备、数据设备等设备都应安放在标准机柜或机架内，这样既方便于管理也美观大方。

3.1.2 建筑群设备间、建筑物设备间和楼层设备间

建筑群设备间、建筑物设备间和楼层设备间的性质是一样的，是连接上下两个子系统的节点，应根据小区的具体情况设计这些设备间。

对于规模较大的现代化小区，为了便于管理，可将小区根据地理位置分布划分成若干个建筑群，建筑群内在居中的建筑物设立建筑群设备间，用于管理所属的建筑群；各建筑物设立各自的建筑物设备间，管理所属的建筑物；根据建筑物的层高及用户数量分布决定是否需要设立楼层设备间，管理所属楼层或相邻楼层的语音端口和数据端口，这种大型小区的综合布线系统结构较复杂(如图1)。对于规模较小的现代化小区，可不必设立建筑群设备间，甚至可直接只设立楼层设备间即可，从而简化小区的综合布线系统结构(如图2)。

设备间可安放在建筑物的弱电房或者弱电上升井内，要求有可靠的供电系统和接地系统，设备间采用机柜安装方式，一般为挂墙式机柜或19英寸标准落地机柜，机柜内安放光纤配线架、24口或48口以太网交换机、5类线或6类线快接式配线架、语音系统的110配线架以及为这些设备提供电源的电源插座等。

3.2 管理间子系统的设计

管理间子系统是管理水平子系统到工作区系统各信息点链接的互换与跳接，同时连接各主干子系统传输数据的硬件传输介质，如传输数据信息的光缆与传输电话信号的HYA大对数电缆等。管理间也是网络管理员或维护员为用户开通业务时完成跳接线的操作间。

管理间通常设计在设备间内，因此一般与设备间一起考虑。管理间涉及的设备主要为24口、48口快接式配线架、机柜、HB、双绞线跳接线与语音系统所用到的110配线架、跳线等。

3.3 建筑群主干子系统的设计

建筑群主干子系统是指主机房与建筑群设备间、建筑群设备间与建筑物设备间或主机房与建筑物设备间之间的干线光缆或主干电缆等传输介质。

干线光缆、主干电缆宜采用隐蔽工程的敷设方式，一般采用地下管道或地下室内通道等。根据小区的具体情况，规划出建筑物间的地下管道、地下通道或地下层的镀锌线槽等路由，这些地下管道、地下通道及线槽等应结合小区的建设阶段同步施工。主干电缆等的敷设路由还要考虑与强电线缆的路由关系，做好防护设计，避免因电磁干扰而影响通信质量。

干线光缆可采用单模或多模光缆，两端的传输设备需与其匹配；主干电缆宜采用大对数HYA全塑市话通信电缆，主干电缆由其覆盖区域的语音需求决定对数的大小。

3.4 垂直子系统（建筑物主干子系统）的设计

垂直子系统是用于连接建筑物设备间与各楼层设备间的主干线缆，这部分的线缆包括用于传输数据信息的双绞线、光缆及用于传输语音的HYA大对数电缆。

这部分的线缆应在建筑物的弱电上升井内或其它楼内通道敷设，并且用镀锌线槽或PVC线槽、PVC管保护，在弱电上升井内或楼内通道设计镀锌线槽或PVC线槽、PVC管的路由，双绞线及大对数电缆在线槽内布放，双绞线的长度应小于90米，HYA电缆由其覆盖区域的语音需求决定对数的大小。

3.5 水平子系统的设计

水平子系统是用于连接建筑物设备间与用户或楼层设备间与用户的线缆。

这部分的线缆应采用两组双绞线，即用于传输语音通信的双绞线和用户传输数据的双绞线。一条5类双绞线能为用户提供4个语音信息端口，而超5类线、6类线则能为用户的数据信息传输提供满意的带宽。应根据小区的情况及用户的需求选择线缆的类型。

水平子系统的线缆应有防护设计，一般经弱电上升井内预设的垂直线槽、水平的天花内线槽或入地线管、入户线管或线管等的保护下敷设至用户的入户墙盒或入户信息插座。

3.6 工作区子系统的设计

工作区子系统是入户信息插座到用户终端的区域，把所有的数据接口，语音接口等采用标准化、模块化插座设在每个终端信息端口处。工作区是用户可操作的区域，这部分区域的线缆也可以由用户自行安排布线。

如要对这部分线缆进行设计，可采用明布或暗布的布线方式，明布即由入户插座安装塑料线槽至用户各终端所在的信息端口，线槽内穿放线缆；暗布线即在用户端的天花内、墙内或地板内预埋线管，连接入户信息插座与各终端所在的信息端口，线缆在线管内穿放。工作区内按照用户的需要合理安排语音信息点和数据信息点，可灵活地安放双口信息插座或单口信息插座等。

此外，还要考虑整个综合布线系统的供电系统，主要表现在对各建筑群设备间、建筑物设备间和楼层设备间的设备的供电。可以考虑各设备间独立就近取电，并提供UPS电源；也可考虑采用集中供电系统，将电源端子、UPS电源系统等电源设备统一部署在位置较居中的主机房或建筑群设备间内，敷设电力电缆至各设备间统一供电。

4 总结

在以上各个子系统的设计方案的基础上，就可根据小区布局绘出详细的设计图纸，图纸上要明确指出系统的结构、所采用的设备及材料、管线的路由等，设计图纸应能详细指导施工。现代化小区的综合布线系统，应从系统的实用性、先进性、美观性、可扩充性等方面出发，协调好近期使用和远期发展的关系，建立起一个技术先进、开放式的现代化的综合布线系统。

参考文献：