南通大學畢業(yè)設(shè)計（論文）-PAGE21-南通大學畢業(yè)設(shè)計（論文）-PAGEI-摘要本文闡述了車載式軍用計算機防護設(shè)計的一般原則與措施。振動是危害車載計算機的主要因素之一。本文通過分析計算機機箱、元器件的固有頻率和模態(tài),提出了車載計算機機箱、印制板等的抗振措施。通過合理設(shè)計機柜和安裝減振器，最終提高了計算機的抗振強度，保證了車載計算機在猛烈沖擊等嚴酷環(huán)境中正常工作。電磁干擾是危害車載計算機的另一主要因素。說明書中分析了電磁干擾的來源,提出了對電磁干擾的防護措施,有效地屏蔽了干擾計算機的各種電磁信號。關(guān)鍵詞：振動，電磁干擾，屏蔽ABSTRACTThispaperexplainsgeneralprinciplesandmeasuresonprotectiondesignofthemilitaryvehicle-loadedcomputer.Vibrationisoneofthemainfactorsendangeringthevehicle-loadedcomputer.Thepaperanalyzesinherentfrequencyandmodeofthecomputerboxandelement.Itpresentstheanti-vibrationmeasuresoftheboxandprintedcircuitboardofvehicle-loadedcomputer.Theanti-vibrationintensityofthecomputerisimprovedandvehicle-loadedcomputerisguaranteedtoworknormallyintheenvironmentoffiercedashthroughdesigningthecabinetandfixingvibrationabsorberrationally.Electromagneticinterfereisanothermainfactorofendangeringthevehicle-loadedcomputer.Thesourceofelectromagneticinterferenceisanalyzedinthispaper,themeasureofelectromagneticshieldispresented,andvariouselectromagneticsignalsofinterferingwiththecomputerareshieldedeffectively.Keywords:Vibration，ElectromagneticInterference，Shield目錄TOC\o\h\z摘要 IABSTRACT II目錄 III第1章緒論 11.1本課題的研究現(xiàn)狀 11.2本課題的發(fā)展趨勢 21.3本課題的意義與價值 2第2章計算機減振緩沖設(shè)計 32.1概述 32.2電子設(shè)備的振動模態(tài) 32.2.1小型器件 32.2.2法蘭型器件 42.2.3電路板的振動模態(tài) 52.3減振設(shè)計 72.3.1電路板的結(jié)構(gòu)設(shè)計 82.3.2機箱的減振設(shè)計 9第3章計算機電磁兼容設(shè)計 123.1計算機電磁兼容性問題綜述 123.2電磁干擾的來源和傳播 133.2.1電磁干擾的來源 133.2.2電磁干擾的傳播 143.3電磁兼容設(shè)計方案 143.3.1屏蔽效果的衡量 143.3.2屏蔽體(機箱)材料的選擇 153.3.3屏蔽體材料厚度的確定 153.3.4抑制和排除電磁干擾的方法 16第4章計算機的機柜設(shè)計 194.1概述 194.2結(jié)構(gòu)與造型設(shè)計 194.2.1機柜立柱 194.2.2機柜造型 20第5章總結(jié) 22參考文獻 23致謝 24-PAGE19-第1章緒論隨著現(xiàn)代軍事技術(shù)的飛速發(fā)展，車載計算機的應(yīng)用越來越廣泛。在車載狀態(tài)下，計算機頻繁地受到振動、沖擊、碰撞等機械環(huán)境的損害,這樣就對計算機的防護設(shè)計提出了越來越高的要求。計算機在振動和沖擊環(huán)境下造成的危害表現(xiàn)在以下兩個方面:(1)計算機在某個激振頻率下發(fā)生振幅較大的共振;(2)長期的振動和沖擊,易使計算機產(chǎn)生疲勞破壞。因而,對車載計算機的抗振動沖擊問題應(yīng)加以足夠重視。車載計算機的抗振設(shè)計主要采取下面二個措施:(1)加固設(shè)計提高計算機結(jié)構(gòu)上的薄弱環(huán)節(jié),對薄弱環(huán)節(jié)進行加固,提高設(shè)備的固有頻率,使其容許的沖擊應(yīng)力和疲勞極限高于其實際響應(yīng)值,保證計算機的正常工作。(2)采用減振緩沖系統(tǒng)對計算機整機進行減振緩沖設(shè)計,使外部激勵通過減振緩沖系統(tǒng)的減弱后,傳遞給設(shè)備的實際作用力,小于設(shè)備的許用值。1.1本課題的研究現(xiàn)狀車載環(huán)境是一種寬帶振動，它是由于車體的支承結(jié)構(gòu)與路面平度的綜合作用產(chǎn)生的。車體在上下、前后、左右方向上同時存在不同的振動，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)諧振，而上下方向的振動量又最為嚴重。所以，車載環(huán)境下著重分析設(shè)備上下方向的振動。結(jié)構(gòu)諧振直接影響到車載式軍用加固計算機性能以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，甚至造成系統(tǒng)毀壞。因此在對車載式軍用加固計算機的防護設(shè)計時，采取減振緩沖措施，主要依靠機柜減振器的減振緩沖作用。軟觸橡膠墊是保護計算機最核心的技術(shù)，能夠有效地確保計算機在受到外力的撞擊或沖擊時，得到很好的緩沖，而不會硬碰硬地產(chǎn)生撞擊。計算機與機柜的聯(lián)接除下面板減振器支撐外，在后面板上設(shè)置減振器支撐，從而承受上下、左右方向的振動與沖擊載荷。在軍用工程裝備的計算機電磁兼容加固技術(shù)研究中，干擾源可能來自敵方（包括有意電磁干擾源和電磁脈沖等），也有可能是系統(tǒng)內(nèi)其它用電設(shè)備；通過控制干擾源和進一步降低敏感設(shè)備敏感度的方法來實現(xiàn)電磁兼容比較困難。軍用計算機電磁兼容加固技術(shù)主要是通過屏蔽、濾波和接地等防護性設(shè)計剪斷傳播干擾能量的途徑來達到電磁兼容目的。計算機能否很好地通風散熱決定著加固防護的成敗。在對軍用計算機進行電磁兼容性加固防護時，電磁屏蔽的密閉性要求與其通風散熱性是一對矛盾，因此有必要對其通風散熱進行研究。計算機的通風散熱技術(shù)研究包括以下幾個方面：元器件和接插件的選擇和安裝位置；建立機箱內(nèi)部的空氣流動和熱分布模型并進行熱量計算；選擇合適的冷卻方式。1.2本課題的發(fā)展趨勢整機采取加固防護處理措施，抗振、防塵、防淋雨、有效地屏蔽各種電磁信號。選用特殊防磁涂層，設(shè)計密封性更好、防止電磁波外泄的機箱，主機內(nèi)部采用“多層波導”的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使電磁波被吸收和弱化。廣泛使用新型材料，研制新型寬大、層疊或放射性結(jié)構(gòu)的散熱器和大尺寸、低轉(zhuǎn)速、高風量、低噪音風扇。1.3本課題的意義與價值采取相應(yīng)的防護措施，有效地屏蔽各種電磁信號的干擾，在猛烈沖擊和大過載等嚴酷環(huán)境中保證設(shè)備正常工作。本課題有很好的推廣價值，可以應(yīng)用到車載雷達、車載電視、車載GPS、車載音響、車載VCD等車載電子設(shè)備中。第2章計算機減振緩沖設(shè)計2.1概述計算機在振動環(huán)境下,由于振動的疲勞效應(yīng)及共振現(xiàn)象,可能出現(xiàn)電性能下降、零部件失效、疲勞損傷甚至破壞的現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計,在引起車載電子設(shè)備失效的環(huán)境因素中,振動因素約占27%。所以,對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計,提高設(shè)備的抗振動能力,是保證計算機性能和可靠性的重要手段。計算機受到振源傳輸來的強迫振動,不同的振源、不同的振動環(huán)境,對產(chǎn)品的影響是不相同的。車載計算機及運輸中的振動環(huán)境是中低頻的隨機振動,垂直方向的振動占優(yōu)勢,水平方向的振動量值遠小于鉛垂軸。一般來說,為了避免共振現(xiàn)象,計算機的固有頻率應(yīng)避開振動激勵的頻率,兩者比值應(yīng)大于2.5,稱其為倍頻法則。但在寬帶振動環(huán)境中,這是做不到的,只能做到降低共振峰值、傳遞率和相關(guān)耦合率。因此,需要對系統(tǒng)及內(nèi)部構(gòu)件的固有頻率和模態(tài)進行分析,來優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。2.2電子設(shè)備的振動模態(tài)2.2.1圖2-1小型元器件的安裝方式和主振型圖對一般的兩腳型懸空安裝元件,如圖2-1(a)所示,可簡化為簡支梁和均布質(zhì)量。如圖2-1(b)所示,該系統(tǒng)是一個單自由度自由振動系統(tǒng),管腳質(zhì)量不計,采用靜變形法計算固有圓頻率:(1)其中:E—楊氏模量;—慣矩。2.2.2圖2-2法蘭連接的器件的外形和主振型對大型器件,如變壓器、波導等,都采用法蘭盤連接(見圖2-2)。當l/b<1時,按剛性質(zhì)點處理;當l/b>2時,按均質(zhì)懸臂梁簡化。當1<l/b<2時,剛度密度比值高的按質(zhì)點考慮(如鋁、鈦),剛度密度比值低的(如銅、非金屬)按懸臂梁處理。(a)按圖2-2的模型,梁作橫向自由振動的振型函數(shù)。Y(x)=Asinλx+Bcosλx+Cshλx+DchλxA、B、C、D是取決于邊界條件的常數(shù)。對懸臂梁的彎曲振動,其頻率方程為:sinλ×chλ=-1其中解得=π/2,=3π/2所以,一階圓頻率:(2)二階圓頻率:(b)懸臂梁繞X軸的扭轉(zhuǎn)自由振動,其自由運動方程為:其頻率方程為:用作圖法,即:(3)曲線、的交點坐標即為的值。2.2.3電路板的印刷電路板的結(jié)構(gòu)形式一般分兩種:插件鎖緊型和螺釘緊固型,以前者居多。下面介紹插件鎖緊型電路板。兩個楔形夾及一個矩形插頭可視為三邊固定分析模型,如圖2-3所示。電路板上的元器件按均布質(zhì)量考慮;楊氏模量E按基材的量值,如使用冷板則應(yīng)按冷板的E值。梁作橫向振動的振型函數(shù):圖2-3插件型電路板的機構(gòu)形式和主振形Y(x)=Asinλx+Bcosλx+Cshλx+Dchλx三邊緊固的均質(zhì)薄板頻率方程為:cosλ×chλ=1其中,解得:=3π/2,=5π/2,=bh3/12所以,一階圓頻率:(4)二階圓頻率:螺釘緊固型電路板其模型可簡化為四角簡支的均質(zhì)平板,厚度為h,見圖2-4。平板的彎曲方程為:其中:ρ—面密度;;u—泊松比。邊界條件:求解后,可得:在這里只討論基本振型m=n=1。所以:(5)有的電路板上裝有質(zhì)量較大的元器件,對于這種情況,就要采用疊加法,將附加質(zhì)量及其轉(zhuǎn)動慣量的振動解疊加到平板上。2.3減振設(shè)計車載控制振動的途徑和其它領(lǐng)域相同：(1)降低振源的激發(fā)力；(2)將振動與激發(fā)源隔開(減振)；(3)緩和振動體的振動。橡膠減振主要用于后兩個方面。理想的橡膠減振制品應(yīng)具有以下功能：(1)支撐功能：為支撐要求重量的物體，必須確保足夠的靜態(tài)彈性常數(shù)Ks；(2)減振功能：相對要求的頻率，應(yīng)具有足夠低的動態(tài)彈性常數(shù)Kd；(3)防振功能：為了控制共振(不可避免的)時的傳導率增幅，所以應(yīng)具有足夠的高阻尼性。在所要求頻率下的動態(tài)彈性常數(shù)Kd和靜態(tài)彈性常數(shù)Ks的比值，稱之為動態(tài)比例因子。這一比值愈小，減振性能愈好，但通常是Kd/Ks＞1。為了減小動態(tài)比例因子，從橡膠配合方面或材料方面也可加以探討。在提高防振功能上，采用高阻尼材料是有效的。對通常的硫化膠來講，隨著Ks的增加，Kd不可避免地會出現(xiàn)增大的傾向。因此，從Kd和Ks兩者兼?zhèn)涞挠^點對橡膠的配合加以探討是十分必要的。與其他減振制品相比，橡膠減振制品具有以下優(yōu)點：(1)形狀自由度較大；(2)可在X、Y、Z方向上旋轉(zhuǎn)，具有六方向彈簧作用；(3)具有適度的阻尼性能，可在低頻——高頻的范圍內(nèi)加以利用；(4)同時具有減振、緩沖、減音等多樣性能；(5)沖擊剛度大于動剛度，動剛度大于靜剛度，有利于減小沖擊變形和動態(tài)變形。當然，橡膠減振器也有一些缺點：(1)高溫低溫性能不如金屬；耐油性能不如金屬；(2)對于直射日光需要注意用薄膜遮蔽等；(3)長期用于大載荷時彈性減弱。圖2-4螺釘緊固電路板四角固定和主振型對平板型機箱,可按圖2-4的模型,簡化為四點簡支的平板。對結(jié)構(gòu)復雜的或裝配式的機箱,則用有限元法進行離散處理,對模態(tài)矩陣的邊值求解。整個求解過程很復雜,使用MSC等動力學分析軟件可以方便地估算出機箱的固有頻率和振動模態(tài)。2.3.1電路板的電路板在振動、沖擊環(huán)境下使用,其動力學分析和設(shè)計是必不可少的。首先是電路板與機箱的去諧問題。按倍頻法則,電路板固有頻率的設(shè)計,應(yīng)高于機箱固有頻率的一倍,或低于機箱固有頻率的二分之一。但電路板的固有頻率太低時(低于60Hz),其基材(覆銅箔板)的彎曲強度不能滿足動態(tài)載荷的要求。所以一般的設(shè)計方法是:通過減小質(zhì)量(及轉(zhuǎn)動慣量)、提高剛度的方法,使電路板的固有頻率遠高于機箱頻率,達到既提高板材動態(tài)強度又去諧的目的。按(4)式和(5)式可以估算出電路板的固有頻率,如果不滿足倍頻要求,則應(yīng)該采取附加措施,如:增加緊固點;在板上安裝加固零件;改變電路板尺寸;提高緊固點的剛度;改用剛度密度比值大的材料(如鈦、鋁)。板上元器件的設(shè)計對器件的抗振性能有很大影響。質(zhì)量小的器件,如電阻、電容等可按(1)式估算固有頻率。器件橫向尺寸小于長度的1/4,且焊盤間距≤a+25時,元件的固有頻率可達300Hz,滿足倍頻要求,兩焊點及引腳的強度足以抗振。但對于質(zhì)量較大的元件(每個引腳靜載大于7克),或橫向尺寸較大的元件(b/a>1/4)及焊盤間距較大(l>a>25)的元件,都需要采用粘接、螺釘緊固、捆扎等方法來固定元件,以提高固有頻率和抗振強度。在布局設(shè)計時,將質(zhì)量大的元件靠近電路板安裝點,并盡量使元件剛度高的方向與外部激勵的主振方向重合,提高計算機內(nèi)部的抗振強度僅僅是振動設(shè)計的一方面,采用一些減振措施可以減小施加給計算機的振動激勵,如:使用減振器或阻尼器進行減振安裝,或在計算機上附加動力減振裝置,設(shè)備內(nèi)二次減振等。綜合考慮減振安裝和設(shè)備的抗振強度,可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化。2.3.2機箱的車載式計算機機箱，受振動沖擊而引起的故障已成為普遍關(guān)心的問題。減振緩沖是隔離或減弱外界強烈振動沖擊對計算機工作性能造成有害影響的有效措施。目前減振緩沖設(shè)計大都采用橡膠減振器等減振緩沖設(shè)計，當機箱的質(zhì)量重心與幾何中心有較大偏差時，極易產(chǎn)生有害的共振、耦聯(lián)振動和非線性自激振蕩現(xiàn)象，嚴重威脅著裝備的正常工作。本文提出的基于模塊化設(shè)計思想的減振緩沖系統(tǒng)，通過對阻尼元件的模塊化設(shè)計，利用剛度、阻尼特性擬合技術(shù)和模塊組合技術(shù)，有效地解決了上述問題，具有廣泛的適用性。圖2-5機箱安裝方式1模塊化設(shè)計解決機箱質(zhì)量重心偏離問題，軍用電子裝備常用的減振器的安裝方式一般由四個底部減振器組成，如圖2-5所示。當設(shè)備質(zhì)量重心與幾何中心重合時，四個減振器的實際承載量相同，只需將設(shè)備重量（Wo）除以4即可獲知所需減振器的規(guī)格。但是由于多種原因的影響，機箱重心在設(shè)計中不可避免地存在著偏心現(xiàn)象(見圖2-6)，各支撐點的實際承載量相差較大，由于固有頻率決定于減振器的支承量(W)和彈簧剛度(k)，當我們選用剛度k相同的四個減振器時，其固有頻率值的差異將十分巨大。機箱受到外部激勵時，就會由此產(chǎn)生共振、耦聯(lián)振動和自激振蕩現(xiàn)象，不僅影響設(shè)備的正常工作，嚴重時甚至造圖2-6機箱中心偏差示意圖成設(shè)備的損壞。這就要求減振系統(tǒng)能夠在保持減振器外形尺寸、安裝尺寸和加載工作高度(Ho)一致的前提下，改變各減振器的剛度，將剛度中心調(diào)節(jié)至與機柜質(zhì)量重心逼近，以達到解耦的作用。傳統(tǒng)的減振緩沖系統(tǒng)在其公稱載荷、材料性能和結(jié)構(gòu)尺寸確定后，其固有頻率、阻尼特性和剛度等特性就成為定值而不能進行調(diào)整，無法達到這一要求。實踐表明，當減振系統(tǒng)中各減振器的固有頻率相對誤差△Bf≤10％時，系統(tǒng)處于解耦狀態(tài)，否則，系統(tǒng)會產(chǎn)生耦合振動。也就是說減振系統(tǒng)中每個減振器的實際支承量Wj(j=1，2，3，4)和彈簧剛度Kj(j=1，2，3，4)組成的各自由系統(tǒng)的固有頻率必須滿足：式中：為減振系統(tǒng)固有頻率：為各減振器固有頻率：(j=1，2，3，4)2減振器的合理配置車載計算機減振方式采用底部和背部安裝減振器,即框架底部安裝四個相同特性的減振器，框架后部安裝四個相同的背部減振器的安裝方式。減振器的安裝方式和組合形式確定了減振器的動態(tài)特性和穩(wěn)定性,總的配置原則是使機柜六個自由度方向上的耦聯(lián)運動消除,調(diào)整計算機機箱減振系統(tǒng)的剛度重心與質(zhì)量重心重合,即保證底部安裝減振器后,機箱底部平面平行于安裝板,四個支點的實際承載量在減振器公稱載荷的允許偏差范圍內(nèi)時,可以選用公稱載荷相同的減振器,以使減振系統(tǒng)的固有頻率相接近。從以上分析可以看出，采用了模塊化設(shè)計方案后，在保證減振系統(tǒng)與機柜接口和減振系統(tǒng)與運載工具接口完全不變，以及減振器本身各種外部尺寸完全不變的情況下，僅僅改變內(nèi)部局部器件參數(shù)，就可以改變整個減振系統(tǒng)的振動沖擊特性，從而消除由于質(zhì)心偏移而產(chǎn)生的不良影響，并能適應(yīng)各種運載工具的緩沖減振要求，是一種值得推廣的設(shè)計方案。第3章計算機電磁兼容設(shè)計3.1計算機電磁兼容性問題綜述計算機作為一種數(shù)據(jù)處理和存儲系統(tǒng)，外界電磁場干擾可能對其正常運行和信息安全造成危害；而作為一種電子設(shè)備，它的寄生輻射和電磁泄漏也可能污染外界電磁環(huán)境或造成自身信息失密。機算機系統(tǒng)的電磁兼容性已成為一個迫切需要研究的問題。計算機電磁兼容性問題具有一般電子設(shè)備的共性，又有其突出的特點。它既是一個敏感設(shè)備，又是一個干擾源。它是低電平電子系統(tǒng)，從電磁兼容的角度而言，主要是一個敏感設(shè)備。它的主要電路是數(shù)字電路，數(shù)字電路的邏輯元件都有一事實上的閥電平和與之相對應(yīng)的干擾容限，因而它不會響應(yīng)低于容限的干擾。所處理的是脈沖信號，因而易受外界脈沖干擾的影響，也向外界產(chǎn)生干擾脈沖。脈沖信號具有很寬的頻譜，計算機的主頻也有很寬的范圍，包括長波、中波、短波、米波及分米波等很寬的波段與電力電子設(shè)備、廣播、電視、通信。雷達等的基本工作波段相同，使計算機工作在一個相當復雜的電磁環(huán)境之中，同時也在很寬的波段內(nèi)向外界輻射和泄漏電磁干擾，在低頻段和主振頻率及其倍頻附近尤為嚴重。計算機的外界干擾主要來源是射頻干擾、工頻電源干擾、靜電干擾及雷電脈沖干擾等四類，若計算機處于大功率無線電發(fā)射設(shè)備、高頻大電流設(shè)備或射頻理療設(shè)備等附近，當這些設(shè)備工作時，計算機的工作將受到嚴重的干擾。在電磁干擾環(huán)境中，計算機所受到的危害取決于干擾場強、頻率和計算機自身的電磁敏感度。實驗證實，在離微機6米處開關(guān)電流為10安的交流感性負載，其接觸器觸頭電弧產(chǎn)生的干擾足以使計算機產(chǎn)生誤動作。工頻電源電壓的大幅度波動或電流沖擊有可能通過電源線進入計算機系統(tǒng)，使計算機出現(xiàn)運行錯誤或故障，甚至破壞計算機的某些部件。此外，某些電氣設(shè)備產(chǎn)生的尖峰脈沖、火花等也可通過供電線路進入計算機。例如，開關(guān)電傳機可產(chǎn)生1千伏的尖峰脈沖，它足以損壞某些部件。工頻電源干擾和通過電源線的射頻干擾十分嚴重。靜電干擾是造成計算機電路損壞的主要原因，有人研究指出，當穿塑料鞋走動、穿尼龍或絲綢工作服在工作臺前長期工作都可產(chǎn)生很高的靜電電壓，美國有統(tǒng)計表明，由于靜電導致計算機及其元器件的損壞造成的經(jīng)濟損失每年高達數(shù)億美元。雷電脈沖通常通過供電電源進入計算機造成干擾，甚至使計算機或某些部件損壞。在我國，由于雷電而致使計算機損壞的事例屢見不鮮。提高計算機系統(tǒng)的抗干擾能力的措施概括起來主要有幾個方面。首先，從硬件、軟件設(shè)計著手提高系統(tǒng)自身的抗干擾能力，在硬件設(shè)計中要進行EMC設(shè)計，綜合采用各種抗干擾措施，在軟件設(shè)計中，利用冗余技術(shù)、容錯技術(shù)、標志技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)都是有效方法，邏輯電路技術(shù)與軟件技術(shù)的巧妙結(jié)合，可以用來作為抑制噪聲的有力工具。其次屏蔽接地是提高計算機抗干擾能力的又一有力措施，屏蔽包括機房屏蔽、整機屏蔽、元部件之間的屏蔽和隔離，電源的進線及傳輸線的輸入線和輸出線也應(yīng)屏蔽接地。計算機與載體不僅要有良好的接地，而且要有針對性對交直流接地、高頻接地、防雷接地和安全接地進行合理設(shè)計。此外，濾波也是抑制傳導耦合干擾的重要方法。電源線濾波器可以顯著降低來自供電網(wǎng)的干擾，在屏蔽體的出入口或?qū)Ь€的適當位置安裝濾波電路也是非常必要的。采用光技術(shù)能傳輸高密度信息不易受電磁感應(yīng)噪聲影響，是提高計算機抗干擾能力的途徑。計算機的寄生輻射和傳導所造成的電磁泄漏具有很寬的頻譜，一方面是外部敏感設(shè)備的噪聲源；另一方面也造成計算機數(shù)據(jù)信息的失密和失竊的可能。測試結(jié)果表明：CPU、內(nèi)存、I/0接口、時鐘、視頻、字庫、傳輸線、電源線等部位都有較強的電磁輻射，一般輻射擊約為40-80分貝微伏，最高可達75分貝微伏，用靈敏度較高的接收機或電視機在幾百米外就可有效地截收顯示器顯示信號。在低頻段，數(shù)字時鐘諧波次數(shù)低，信號較強，更易截收顯示器視頻顯示信息，有實驗研究說明，計算機顯示信息泄漏的主要途徑是顯示控制器與顯示路之間的接口傳輸電纜所產(chǎn)生的輻射。抑制計算機電磁泄漏的手段主要是屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)、濾波技術(shù)和隔離技術(shù)。此外，采用光纖接口可用效地提高微機系統(tǒng)防電磁泄漏的能力。實驗表明，采取防泄漏措施之后，傳導泄漏在整個頻段內(nèi)都能達到技術(shù)標準要求，對于輻射泄漏，除低頻段、主振頻率及其倍頻之外，也都能達到標準的要求。3.2電磁干擾的來源和傳播3.2.11自然干擾（1)天電干擾,如雷電產(chǎn)生的干擾。（2)宇宙干擾,如太陽黑子爆炸、流星等。2人為干擾（1)電氣設(shè)備,如輸電線路、發(fā)電機、變壓器以及一切運行中的發(fā)、送、供、配等電氣方面產(chǎn)生的干擾。（2)電力機械,如運行中的直流、交流電動機,高頻電爐等產(chǎn)生的干擾。（3)工業(yè)或日用電器,如運行中的晶閘管、電焊機、氣體放電燈、醫(yī)療高頻設(shè)備、微波爐、空調(diào)、電動工具、開關(guān)等產(chǎn)生的干擾。（4)點火系統(tǒng),如內(nèi)燃機、汽車等點火系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾。（5)電子通信設(shè)備,如廣播、電視、通信導航及雷達等造成的干擾。3.2.21空間輻射空間輻射屬于無線傳播。可以說通信、廣播、雷達的無線電波無處不在,對于它們的接收機來說,都是有用信號,而對于其他則全是電磁干擾。對于有用信號希望收到的越強越好,對于干擾信號則希望收到的越小越好,這是一對矛盾。解決的方法是,對于有用信號,可利用天線把信號能量盡可能地集中起來,通過饋線送到機箱內(nèi),而對無用的干擾信號由機箱屏蔽在機箱外,不讓干擾信號影響機箱內(nèi)電路的正常工作。2感應(yīng)感應(yīng)與輻射是同時存在的,無線電波在傳播時電磁場是交替進行的,頻率范圍很寬,為0.1～30000MHz。 3.3電磁兼容設(shè)計方案屏蔽是電磁兼容性設(shè)計最有效的手段，也是排除電磁干擾最有效的措施。所謂屏蔽,就是利用金屬板或金屬網(wǎng)將發(fā)射源限定在某個范圍之內(nèi),使之不向外擴散,或使屏蔽體內(nèi)電子電路不受外部電磁場干擾。3.3.1屏蔽后的磁場、電場衰減程度一般用屏蔽衰減S來評價:電場屏蔽衰減磁場屏蔽衰減式中—通過屏蔽體前入射波電場強度,V/m;—通過屏蔽體后入射波電場強度,V/m;—通過屏蔽體前入射波磁場強度,A/m;—通過屏蔽體后入射波磁場強度,A/m。不同的電子設(shè)備,對屏蔽衰減要求不同。一般來講,電子設(shè)備靈敏度越高、工作頻率越高,對、要求越大;反之,電子設(shè)備靈敏度低、工作頻率低,對、要求亦較低,一般都在20～100dB之間。3.3.2機箱材料的選擇,如果單純從屏蔽性能上考慮,則應(yīng)選擇導磁性或?qū)щ娦宰詈玫牟牧?如金、銀、銅等,但對于一般機箱箱體,都不可能大量使用昂貴的金屬,所以,機箱材料的選擇應(yīng)當從經(jīng)濟、耐腐蝕性、機械撓度及導電、導磁性等方面綜合考慮。黃金的導電性極好,耐腐蝕性極強,但價格昂貴,只在作插件時少量使用;白銀的導電性亦好,但價格仍較貴,不能大量使用,有時用白銀鍍銅作地線使用;銅的導電性也好,且有一定耐腐蝕性,所以,機箱及機柜內(nèi)多用銅排作地線使用;鋁的導電性較好,但機械強度較差,且鋁的表面很容易形成氧化膜,有很大的接觸電阻,一般不宜采用;而有很高的機械強度、價格便宜、能導電又有很好的導磁性的鐵板,才是機箱材料的最佳選擇。為了提高鐵板的耐腐蝕性,外表可采用噴漆、涂塑,機箱內(nèi)可采用鍍鋅、鍍錫等。屏蔽體材料選擇的原則是：（1）當干擾電磁場的頻率較高時，利用低電阻率的金屬材料中產(chǎn)生的渦流，形成對外來電磁波的抵消作用，從而達到屏蔽的效果。（2）當干擾電磁波的頻率較低時，要采用高導磁率的材料，從而使磁力線限制在屏蔽體內(nèi)部，防止擴散到屏蔽的空間去。（3）在某些場合下，如果要求對高頻和低頻電磁場都具有良好的屏蔽效果時，往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。3.3.3為了達到一定的屏蔽效果,對屏蔽體材料的厚度是有一定要求的,可用下式對屏蔽體材料厚度進行估算。式中Δt—材料厚度,cm;—鍍鋅鐵板相對導電率,取0.1S/m;—鍍鋅鐵板相對導磁率,取300H/m;f—干擾頻率,Hz。從式中可以看出,屏蔽體材料的導磁率和導電率乘積越大,干擾頻率越高,屏蔽效果越好,譬如對微波頻段:1.5GHz干擾,屏蔽衰減滿足100dB要求,則屏蔽材料厚度應(yīng)滿足對特高頻段,如f=450MHz,則從計算出的數(shù)據(jù)可以看出,從屏蔽衰減要求來看,很薄的一層鐵皮就能滿足要求,所以一般的機箱殼體都采用1mm3.3.4抑制和排除電磁1、抑制干擾源要想抑制干擾源，首先必須確定何處是干擾源，在越靠近干擾源的地方采取措施，抑制效果越好。一般來說，電流電壓劇變即di/dt或du/dt大的地方就是干擾源；具體來說繼電器開合、電容充電、電機運轉(zhuǎn)、集成電路開關(guān)工作等都可能成為干擾源。另外，車載電源也并非理想的50Hz正弦波，而是充滿各種頻率噪聲，是個不可忽視的干擾源。抑制方法可以采用低噪聲電路、瞬態(tài)抑制電路、旋轉(zhuǎn)裝置抑制電路、穩(wěn)壓電路等；器件的選擇則盡可能采用低噪聲、高頻特性好、穩(wěn)定性高的電子元件。要注意，抑制電路中不適當?shù)钠骷x擇可能會產(chǎn)生新的干擾源。2、切斷電磁干擾耦合途徑電磁干擾耦合途徑主要為傳導和輻射兩種。噪聲經(jīng)導線直接耦合到電路中最常見的。抑制傳導干擾的主要措施是串接濾波器。濾波器分為低通(LPF)、高通(HPE)、帶通(BPF)、帶阻(BEF)四種，根據(jù)信號與噪聲頻率的差別選擇不同類型的濾波器。如果噪聲頻率遠高于信號頻率，常采用LC低通濾波器，這種濾波器結(jié)構(gòu)簡單，濾除噪聲效果也較好。但是對于軍用產(chǎn)品，則必須采用穿心式濾波器。3、屏蔽屏蔽就是對兩個空間區(qū)域之間進行金屬的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區(qū)域?qū)α硪粋€區(qū)域的感應(yīng)和輻射。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴散；用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。因為屏蔽體對來自導線、電纜、元部件、電路或系統(tǒng)等外部的干擾電磁波和內(nèi)部電磁波均起著吸收能量（渦流損耗）、反射能量（電磁波在屏蔽體上的界面反射）和抵消能量（電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場，可抵消部分干擾電磁波）的作用，所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。4、接地接地是計算機的一個很重要問題。接地目的有三個：（1）接地使整個電路系統(tǒng)中的所有單元電路都有一個公共的參考零電位，保證電路系統(tǒng)能穩(wěn)定地干作。（2）防止外界電磁場的干擾。機殼接地可以使得由于靜電感應(yīng)而積累在機殼上的大量電荷通過大地泄放，否則這些電荷形成的高壓可能引起計算機內(nèi)部的火花放電而造成干擾。另外，對于電路的屏蔽體，若選擇合適的接地，也可獲得良好的屏蔽效果。（3）保證安全工作。當發(fā)生直接雷電的電磁感應(yīng)時，可避免計算機的毀壞；當工頻交流電源的輸入電壓因絕緣不良或其它原因直接與機殼相通時，可避免操作人員的觸電事故發(fā)生。此外，很多醫(yī)療設(shè)備都與病人的人體直接相連，當機殼帶有110V或220V電壓時，將發(fā)生致命危險。因此，接地是抑制噪聲防止干擾的主要方法。接地可以理解為一個等電位點或等電位面，是電路或系統(tǒng)的基準電位，但不一定為大地電位。為了防止雷擊可能造成的損壞和工作人員的人身安全，計算機的機殼和載體的金屬構(gòu)件等，必須與大地相連接，而且接地電阻一般要很小，不能超過規(guī)定值。電路的接地方式基本上有三類，即單點接地、多點接地和混合接地。單點接地是指在一個線路中，只有一個物理點被定義為接地參考點。其它各個需要接地的點都直接接到這一點上。多點接地是指某一個系統(tǒng)中各個接地點都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引線的長度最短。接地平面，可以是設(shè)備的底板，也可以是貫通整個系統(tǒng)的地導線，在比較大的系統(tǒng)中，還可以是設(shè)備的結(jié)構(gòu)框架等等。混合接地是將那些只需高頻接地點，利用旁路電容和接地平面連接起來。但應(yīng)盡量防止出現(xiàn)旁路電容和引線電感構(gòu)成的諧振現(xiàn)象。5、其它抑制干擾方法（1）濾波濾波是抑制和防止干擾的一項重要措施。濾波器可以顯著地減小傳導干擾的電平，因為干擾頻譜成份不網(wǎng)于有用信號的頻率，濾波器對于這些與有用信號頻率不同的成份有良好的抑制能力，從而起到其它干擾抑制難以起到的作用。所以，采用濾波網(wǎng)絡(luò)無論是抑制干擾源和消除干擾耦合，或是增強接收設(shè)備的抗干擾能力，都是有力措施。用阻容和感容去耦能把電路與電源隔離，消除電路之間的耦合，并避免干擾信號進入電路。對高頻電路可采用兩個電容器和一個電感器（高頻扼流圈）組成的濾波器。濾波器的種類很多，選擇適當?shù)臑V波器能消除不希望的耦合。（2）正確選用無源元件實用的無源元件并不是“理想”的，其特性與理想的特性是有差異的。實用的元件本身可能就是一個干擾源，因此正確選用無源元件非常重要。有時也可以利用元件具有的特性進行抑制和防止干擾。（3）電路技術(shù)有時候采用屏蔽后仍不能滿足抑制和防止干擾的要求，可以結(jié)合屏蔽，采取平衡措施等電路技術(shù)。平衡電路是指雙線電路中的兩根導線與連接到這兩根導線的所有電路，對地或?qū)ζ渌鼘Ь€都具有相同的阻抗。其目的在于使兩根導線所檢拾到的干擾信號相等。這時的干擾噪聲是一個共態(tài)信號，可在負載上自行消失。另外，還可采用其它一些電路技術(shù)，例如接點網(wǎng)絡(luò)，整形電路，積分電路和選通電路等等?？傊?，采用電路技術(shù)也是抑制和防止干擾的重要措施。(4)信號線應(yīng)選用有良好屏蔽作用的同軸電纜或雙絞線。綜上所述，對于電磁干擾的抑制方法很多，可以選擇一種或多種綜合運用，根據(jù)可靠性、安全性、質(zhì)量要求、環(huán)境控制、效/費權(quán)衡，選擇適當?shù)碾姶鸥蓴_抑制技術(shù)。第4章計算機的機柜設(shè)計4.1概述車載計算機在運輸狀態(tài)下,由于路面不平整,會引起上下、左右、前后等多方向的振動,使用環(huán)境條件惡劣,因此,對車載計算機機柜的剛強度的要求很高。長期以來,車載計算機機柜設(shè)計的指導思想是滿足使用要求,設(shè)計時考慮剛強度要求比較多,整體造型和色彩設(shè)計考慮較少,因此,既滿足剛強度要求,結(jié)構(gòu)造型又美觀的車載電子設(shè)備機柜還比較少。隨著我國軍事戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)的發(fā)展,車載計算機機柜的要求越來越高。要求車載計算機機柜不僅要牢固、使用方便,而且要美觀協(xié)調(diào)、整體工作環(huán)境舒適、符合人機工程學。在此,以車載計算機機柜結(jié)構(gòu)、尺寸、造型與色彩設(shè)計來探討車載計算機機柜的設(shè)計與應(yīng)用。4.2結(jié)構(gòu)與造型設(shè)計車載計算機機柜一般安裝在廂式車或方艙內(nèi),現(xiàn)在通常是安裝在電子設(shè)備方艙中。由于大型車載電子設(shè)備量大,需要多個車載電子設(shè)備機柜,這些車載電子設(shè)備機柜通常組合布局在電子設(shè)備方艙的兩側(cè),電子設(shè)備方艙內(nèi)中部為使用和維修通道。從結(jié)構(gòu)形式來看,車載電子設(shè)備機柜有全壁板的封閉結(jié)構(gòu),有帶前門或無前門但有左右門及后門的框架結(jié)構(gòu),有帶轉(zhuǎn)門的機架結(jié)構(gòu)等。一般車載數(shù)字電路的電子設(shè)備,通常選用帶轉(zhuǎn)門的機架式機柜。文中論述一種通用鋼型材焊接車載電子設(shè)備機柜的設(shè)計。4.2.1(a)(b)圖4-1機柜立柱與橫梁截面機柜立柱有鋼板折彎式、鋼型材和鋁型材以及拼合式等多種。對于鋼板折彎式立柱,當載荷較高使用鋼板較厚時,折彎的圓角R較大,不易形成線條美,且安裝側(cè)板和前后門后縫隙較大。鋁型材剛強度較差,子設(shè)備機柜立柱宜采用封閉式鋼型材,鋼型材的壁厚可達3mm,剛強度高;焊接成型的機柜,外形美觀，本機柜立柱鋼型材截面如圖4-1(a)4.2.2機柜骨架采用前后框架成形,加上、下側(cè)橫梁焊接而成,前、后上下橫梁也采用鋼型材。橫梁截面如圖4-1(a)所示，支承機箱橫梁截面如圖4-1（b）所示。機柜剖視如圖4-2所示。整個機柜由頂蓋板、底墊板、框架、前門、組成。前門正面兩側(cè)與機柜相連,形成豎線條。頂蓋板和底墊板根據(jù)總體布局的需要形成各種造型。圖4-2機柜剖面視圖和安裝減振器的接口尺寸安裝在電子設(shè)備方艙內(nèi)的車載計算機機柜,其尺寸以及結(jié)構(gòu)形式要適應(yīng)方艙裝載的特點。大型車載電子設(shè)備裝載容量大、密度高,機柜安裝在靠方艙兩側(cè)壁。車載電子設(shè)備機柜尺寸可有以下幾種:機柜長×寬×高:432×304×794mm;機柜內(nèi)機箱長×寬×高:432×240×280安裝減振器的統(tǒng)一接口尺寸見圖4-2。其中安裝背架減振器的接口尺寸可參照圖4-3。圖4-3背架減振器這種鋼型材機柜,由于具有美觀的造型,特別是具有很高的剛度,能夠適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境,因而被廣泛應(yīng)用于雷達、通信等大型車載電子設(shè)備中。其中432×304×794mm的鋼型材機柜通用性很好,可以安裝標準的上架儀表、機箱和插箱?？傊?第5章總結(jié)本文闡述了車載式軍用計算機防護設(shè)計的一般原則與措施。本文通過分析計算機機箱、元器件的固有頻率和模態(tài),提出了車載計算機機箱、印制板等的抗振措施。通過合理設(shè)計機柜和安裝減振器，提高了計算機的抗振強度，保證了車載計算機在猛烈沖擊等嚴酷環(huán)境中正常工作。通過分析電磁干擾的來源和傳播途徑,提出了對電磁干擾的防護措施,有效地屏蔽了干擾計算機的各種電磁信號。限于水平和時間倉促，在計算機減振和電磁兼容方面研究不夠透徹，在計算機熱設(shè)計方面尚未研究,有待本人以后繼續(xù)努力學習研究。參考文獻[1]周旭.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)與工藝[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004：45-93[2]周旭.電子設(shè)備防干擾原理與技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005：18-50[3]白同云著.電磁兼容設(shè)計[M].北京.北京郵電大學出版社，2001：3