CN111447817B - 一种改善系统级的电磁干扰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改善系统级的电磁干扰的方法，包括下列步骤：给定系统的尺寸和内部结构；确定屏蔽外壳内部以TE₁₀单模传输时的频率范围；确定屏蔽外壳内部以TE₁₀单模传输时的谐振频率范围；在屏蔽外壳内部添加金属隔板，确定金属隔板在屏蔽外壳的位置。

Description

一种改善系统级的电磁干扰的方法

技术领域

本发明属于电磁兼容的领域，是一种通过改变屏蔽外壳内部腔体结构改变屏蔽外壳的谐振频率，从而改善系统级电磁干扰的方法。

背景技术

在工程中，对于某一频率或某一频段的电磁干扰要求很严格，如GPS、GLONASS。如果在该频率范围内，屏蔽外壳发生谐振，则会恶化电磁干扰。

在屏蔽外壳内部进行分腔处理，即加入金属隔板，可以很好的避免在该频率范围内进行谐振。

发明内容

本专利的目的是提供一种改善系统级的电磁干扰的方法，通过改变屏蔽外壳的谐振频率，有效的降低某频率范围内的电磁干扰。技术方案如下：

一种改善系统级的电磁干扰的方法，包括下列步骤：

1)给定系统的尺寸和内部结构，设系统屏蔽外壳尺寸为a×b×l，噪声源位于PCB电路板上，噪声源距离屏蔽外壳一侧腔体为l₀，l₀>l-l₀，PCB距离屏蔽外壳底部h，将PCB电路板固定在屏蔽外壳内部；

2)确定屏蔽外壳内部以TE₁₀单模传输时的频率范围，信号在波导内传输时，信号的截止频率计算公式：

式中，f_c为信号在波导内传输时信号的截止频率，m、n代表波指数，c为真空中的波速，a×b为波导的横截面尺寸，a>b；根据式(1)分别计算TE₁₀的截止频率为f_c1，TE₁₁的截止频率为f_c2，TE₂₀的截止频率为f_c3，频率f∈(f_c1,min{f_c2，f_c3})以TE₁₀单模传输；

3)确定屏蔽外壳内部以TE₁₀单模传输时的谐振频率范围，信号在波导内传输时，信号的谐振频率计算公式：

式中，f₀为信号在波导内传输时信号的谐振频率，m、n、p代表波指数，c为真空中的波速，l为波导的腔长度，a×b为横截面尺寸，a>b，计算m＝1、n＝0、p＝1时，TE₁₀₁的最低谐振频率为f₀，频率f∈(f₀,min{f_c2，f_c3})，在该腔体内发生谐振；

4)在屏蔽外壳内部添加金属隔板，确定金属隔板在屏蔽外壳的位置：设系统内需要抑制的频率F∈(f₀,min{f_c2，f_c3})，在屏蔽外壳腔体内部添加金属隔板，金属隔板距离屏蔽外壳一侧为d，当d＝l₁时，包含噪声源的腔体内的最低谐振频率f₀＝F；在l₁<d<l-l₁处添加金属隔板，抑制在频率F处的系统级的电磁干扰。

附图说明

图1系统模型立体示意图

图2加入隔板后的系统模型立体示意图

图3加入隔板后的系统模型俯视图

具体实施方式

矩形屏蔽外壳可以等效为矩形波导。在腔长度为l，横截面尺寸为a×b的矩形波导中。传输波的形式是横电波和横磁波。对于以波指数为m、n表征的正规波TE_mn和TM_mn，其对应的截止波长为：

谐振波长为：

频率f与波长λ的关系：

其中，c为真空中的波速。在确定的屏蔽外壳下，屏蔽外壳的尺寸a、b和l确定。当按照单一模式进行传输时，可以确定该模式下传输的频率范围以及m和n的值。通过式(2)和式(3)确定谐振频率的范围。对于电磁干扰要求严格的频率在谐振频率范围内，可以通过改变屏蔽外壳的腔体长度l，从而改变式(3)所确定的谐振频率。

本发明的改善系统级的电磁干扰的方法，包括下列步骤：

1)给定系统的尺寸和内部结构。系统屏蔽外壳尺寸为a×b×l，噪声源位于PCB电路板上，噪声源距离屏蔽外壳左侧腔体为l₀，l₀>l-l₀，PCB距离屏蔽外壳底部h，通过螺丝钉将PCB固定在屏蔽外壳内部；

2)确定屏蔽外壳内部以TE₁₀单模传输时的频率范围。信号在波导内传输时，信号的截止频率计算公式：

式中，f_c为信号在波导内传输时信号的截止频率，m、n代表波指数，c为真空中的波速，a×b为波导的横截面尺寸，a>b。根据式(4)分别计算TE₁₀的截止频率为f_c1，TE₁₁的截止频率为f_c2，TE₂₀的截止频率为f_c3，频率f∈(f_c1,min{f_c2，f_c3})以TE₁₀单模传输。

3)确定屏蔽外壳内部以TE₁₀单模传输时的谐振频率范围。信号在波导内传输时，信号的谐振频率计算公式：

式中，f₀为信号在波导内传输时，信号的谐振频率，m、n、p代表波指数，c为真空中的波速，l为波导的腔长度，a×b为横截面尺寸，a>b。根据式(5)计算m＝1、n＝0、p＝1时，TE₁₀₁的最低谐振频率为f₀。频率f∈(f₀,min{f_c2，f_c3})，可以在该腔体内发生谐振。

4)在屏蔽外壳内部添加金属隔板，确定金属隔板在屏蔽外壳的位置。系统内需要抑制的频率F∈(f₀,min{f_c2，f_c3})，在屏蔽外壳腔体内部添加金属隔板，金属隔板距离屏蔽外壳左侧为d。根据式(5)计算，当d＝l₁时，包含噪声源的腔体内的最低谐振频率f₀＝F。在l₁<d<l-l₁处添加金属隔板，可以抑制在频率F处的系统级的电磁干扰。

5)采用HFSS仿真软件对添加金属隔板前后的系统进行建模仿真，得出系统级的电磁干扰数值，对这两种情况的电磁干扰进行对比。

下面结合附图和实施例对本发明进行说明。

屏蔽外壳与电路板的模型立体图如图1所示，该图介绍了FR4电路板与屏蔽外壳的位置关系，其中屏蔽外壳的尺寸为a×b×l，电路板距离屏蔽外壳h mm。当a＝140mm，b＝49mm，l＝180mm，h＝6mm时，根据式(1)和式(3)，可得λ∈(140.2mm,280.4mm)，即频率f∈(1.07GHz,2.14GHz)以TE₁₀单模传输，此时最低的谐振模式为TE₁₀₁。根据式(2)和式(3)，可得最低谐振频率为f₀＝1.36GHz。当频率f∈(1.07GHz,1.36GHz)，在该波导中不会发生谐振，当频率f∈(1.36GHz,2.14GHz)，可能会发生谐振。对于工程，比较关注GPS和GLONASS频段，比如1.6GHz，1.6GHz∈(1.36GHz,2.14GHz)，在该频率下可能发生谐振，采用HFSS仿真软件对该模型进行仿真。

2、在屏蔽外壳内部添加金属隔板，立体图如图2所示，平面俯视图如图3所示。电路板上存在噪声源，噪声源的位置距离金属屏蔽外壳的左侧较远，因此将金属隔板放置在噪声源的左侧，金属隔板距离屏蔽外壳左侧为dmm。该模型中，根据式(2)和式(3)计算可得，只有当d>53.4mm时，系统在1.6GHz处不发生谐振。然而当d<53.4mm时，系统在1.6GHz处的谐振情况不确定，采用HFSS仿真软件对该模型进行仿真。

表1加入屏蔽外壳后的系统的电磁干扰强度

3、上述仿真结果如表1所示，对仿真结果进行比较。仿真结果表明，当d＝0mm时，即没有在屏蔽外壳加入隔板，此时系统的电磁干扰为4.1dBμV。当d＝30mm时，电磁干扰为9.2dBμV，电磁干扰反而增强了，表明系统在1.6GHz处发生谐振。当d＝45mm时，电磁干扰强度为-9.9dBμV，电磁干扰降低，此时系统在1.6GHz处的谐振减弱。表明当d<53.4mm时，系统在1.6GHz处不确定是否发生谐振。但是d＝60mm和90mm时，电磁干扰强度降低，表明当d>53.4mm时，系统在1.6GHz处不发生谐振。对于该系统，在频率1.6GHz处，改变金属隔板的位置可以改变电磁干扰的影响。因此在某些位置添加金属隔板可以改变特定频率下的谐振，从而降低该频率下系统级的电磁干扰强度。

Claims (1)

1.一种改善系统级的电磁干扰的方法，包括下列步骤：

1)给定系统的尺寸和内部结构，设系统屏蔽外壳尺寸为a×b×l，噪声源位于PCB电路板上，噪声源距离屏蔽外壳一侧腔体为l₀，l₀>l-l₀，PCB距离屏蔽外壳底部h，将PCB电路板固定在屏蔽外壳内部；

2)确定屏蔽外壳内部以TE₁₀单模传输时的频率范围，信号在波导内传输时，信号的截止频率计算公式：

式中，f_c为信号在波导内传输时信号的截止频率，m、n代表波指数，c为真空中的波速，a×b为波导的横截面尺寸，a>b；根据式(1)分别计算TE₁₀的截止频率为f_c1，TE₁₁的截止频率为f_c2，TE₂₀的截止频率为f_c3，频率f∈(f_c1,min{f_c2，f_c3})以TE₁₀单模传输；

3)确定屏蔽外壳内部以TE₁₀单模传输时的谐振频率范围，信号在波导内传输时，信号的谐振频率计算公式：

式中，f₀为信号在波导内传输时信号的谐振频率，m、n、p代表波指数，c为真空中的波速，l为波导的腔长度，a×b为横截面尺寸，a>b，计算m＝1、n＝0、p＝1时，TE₁₀₁的最低谐振频率为f₀，则屏蔽外壳腔体内发生谐振的频率范围为(f₀,min{f_c2，f_c3})；

4)在屏蔽外壳内部添加金属隔板，确定金属隔板在屏蔽外壳的位置：设系统内需要抑制的频率F∈(f₀,min{f_c2，f_c3})，在屏蔽外壳腔体内部添加金属隔板，金属隔板距离屏蔽外壳一侧为d，设d＝l₁时，包含噪声源的腔体内的最低谐振频率f₀＝F；在l₁<d<l-l₁处添加金属隔板，抑制在频率F处的系统级的电磁干扰。

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