屏蔽腔體EMC特性的解析算法及仿真方法研究.pdf

1、對(duì)于復(fù)雜電磁干擾環(huán)境，電子設(shè)備的電磁兼容特性（ Electromagnetic Compatibility, EMC）尤為重要。在電子設(shè)備出產(chǎn)之前，其EMC特性必須通過國家規(guī)定的相關(guān)電磁兼容測(cè)試，這對(duì)電子設(shè)備元器件中屏蔽電磁輻射的屏蔽腔體提出了極高的要求。如果在測(cè)試過程中才發(fā)現(xiàn)屏蔽腔體存在電磁兼容問題從而進(jìn)行整改必然費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，在設(shè)計(jì)階段就對(duì)屏蔽腔體進(jìn)行EMC分析和結(jié)構(gòu)整改顯得尤為重要。
　　本文針對(duì)屏蔽腔體的多種EMC特性解

2、析算法進(jìn)行了深入研究，同時(shí)提出了一種新的仿真方法，并采用仿真軟件分析了屏蔽腔體的多種結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其EMC特性的影響。本文的主要研究工作有：
　　（1）基于廣義邊界條件推導(dǎo)出孔陣結(jié)構(gòu)透射、反射系數(shù)的解析表達(dá)式，利用透射、反射系數(shù)的解析表達(dá)式推導(dǎo)了孔陣結(jié)構(gòu)屏蔽效能解析算法，并利用數(shù)值仿真軟件對(duì)透射、反射系數(shù)的解析表達(dá)式以及屏蔽效能解析算法進(jìn)行了驗(yàn)證。利用推導(dǎo)的解析算法以及數(shù)值仿真軟件，分析了孔陣結(jié)構(gòu)的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其EMC特性的影響規(guī)律

3、。
　?。?）Robinson解析算法可以快速、準(zhǔn)確預(yù)測(cè)開孔腔體的屏蔽效能，該算法雖經(jīng)多次擴(kuò)展，但適用范圍仍有較大局限。本文對(duì)Robinson解析算法進(jìn)行了進(jìn)一步擴(kuò)展，使之能夠計(jì)算任意位置開孔時(shí)腔體內(nèi)部任意點(diǎn)的屏蔽效能。此外，還對(duì)Robinson原始及擴(kuò)展解析算法的準(zhǔn)確性進(jìn)行了分析，研究了觀測(cè)點(diǎn)與開孔之間的距離參數(shù)對(duì)其準(zhǔn)確性的影響，并推導(dǎo)出由屏蔽腔體結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)成的原始及擴(kuò)展解析算法的準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)公式。
　?。?）基于微擾原理推

4、導(dǎo)出開孔腔體諧振頻率的解析算法，并用仿真方法和實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了該算法的準(zhǔn)確性。對(duì)于因裝配導(dǎo)致的貫穿形式長(zhǎng)縫隙，因其長(zhǎng)度尺寸較大不能使用諧振頻率解析算法對(duì)其進(jìn)行分析，本文運(yùn)用仿真軟件對(duì)貫穿形式長(zhǎng)縫隙的多種結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了分析，總結(jié)出縫隙的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其電磁諧振特性的影響規(guī)律。
　?。?）對(duì)于以PCB為內(nèi)部干擾源的屏蔽腔體，本文提出了研究其EMC特性的全波仿真方法。將實(shí)際PCB模型文件導(dǎo)入電磁仿真軟件，通過仿真計(jì)算獲得PCB電磁輻射能量，再

5、將PCB電磁輻射能量導(dǎo)入腔體做為內(nèi)部干擾源，通過仿真計(jì)算即可得到包含PCB和屏蔽腔體的全波EMC特性?；谝詫?shí)際PCB作為內(nèi)部干擾源的屏蔽腔體全波仿真方法，本文同時(shí)分析了屏蔽腔體多種結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其電磁屏蔽效能的影響。
　　基于上述幾項(xiàng)研究?jī)?nèi)容，本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于：
　?。?）提出了一種預(yù)測(cè)開孔腔體屏蔽效能的 Robinson擴(kuò)展解析算法。原始Robinson算法僅能計(jì)算中心開孔時(shí)開孔中軸線上觀測(cè)點(diǎn)的屏蔽效能，擴(kuò)展解析算法則可

6、計(jì)算任意開孔條件下腔體內(nèi)部任意位置的屏蔽效能，因此其適用范圍更廣，實(shí)用性更強(qiáng)。
　?。?）提出一種開孔腔體諧振頻率的解析算法。封閉腔體的諧振頻率可由經(jīng)典公式得出，但腔體表面的開孔會(huì)使得諧振頻率發(fā)生偏移，經(jīng)典公式將不再適用。本文基于微擾原理，得出開孔對(duì)諧振頻率產(chǎn)生的偏移量，從而推導(dǎo)出開孔屏蔽腔體的諧振頻率解析算法。
　　（3）提出一種以PCB做為內(nèi)部干擾源的屏蔽腔體EMC全波仿真方法。對(duì)屏蔽腔體進(jìn)行EMC分析所采取的內(nèi)部源大多

7、為單極子天線、偶極子天線或耦合微帶線，這些內(nèi)部源并不能較好地模擬實(shí)際內(nèi)部干擾源。本文提出將實(shí)際PCB電磁輻射能量導(dǎo)入腔體做為內(nèi)部干擾源，再通過數(shù)值仿真獲取其EMC特性。這種全波仿真方法更能模擬實(shí)際內(nèi)部干擾源，因此具有更高的準(zhǔn)確性。
　　本文提出的解析算法和全波仿真方法可在設(shè)計(jì)階段就對(duì)屏蔽腔體進(jìn)行EMC分析和結(jié)構(gòu)整改。根據(jù)本文的分析、仿真以及實(shí)驗(yàn)可總結(jié)出屏蔽腔體的諸多結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其EMC特性之間的影響規(guī)律，該規(guī)律可為屏蔽腔體的電磁理論