CN113260140A - 可实现频率重构的电磁屏蔽结构及电磁屏蔽方法 - Google Patents

Abstract

一种可实现频率重构的电磁屏蔽结构及电磁屏蔽方法，结构包括：金属接地层、介质板、金属导带层；金属导带层包括三个第一金属条和两个第二金属条，第二金属条位于相邻两个第一金属条之间；第一金属条上有多个贯通的接地过孔，接地过孔同时贯通介质板；第二金属条上有多个EBG单元，EBG单元包括设于第二金属条顶面的嵌套矩形缝外环和嵌套矩形缝内环，嵌套矩形缝内环位于嵌套矩形缝外环内，且与嵌套矩形缝外环距离预设间距，嵌套矩形缝外环内嵌设有至少一个电感，4个相邻的EBG单元构成1个EBG周期结构。将电磁能量耦合在结构中，通过接地过孔将内部能量耦合到地，实现对抑制频段的调整，通过电感值调整实现电磁屏蔽的频率可重构功能。

Description

可实现频率重构的电磁屏蔽结构及电磁屏蔽方法

技术领域

本发明涉及射频通信技术，尤其与一种可实现频率重构的电磁屏蔽结构及电磁屏蔽方法有关。

背景技术

随着现代微波射频系统的迅速发展，射频系统不断朝着小型化、多频段和多功能方向发展。现代射频产品设计需要满足预先规定的尺寸要求，射频系统中数量较多的元器件放置在一个狭小的空间，导致有限空间的介质板表面单位面积上走线拥挤。而狭小空间的具有不同功能的导线布局将会带来不同信号互相串扰。串扰一般通过表面波、空间辐射、杂散、谐振等方式导致设计的产品出现严重的问题，如信号抖动、杂波无法抑制，高次谐波出现等，串扰严重时甚至引起设计产品无法正常工作，导致必须进行重新设计，带来时间、采购、加工和设计等成本严重浪费。

由于现代射频系统功能的复杂化，腔体内串扰信号来源很多，加上放大电路后，即使很微弱的输入信号也将带来较大的干扰。而在微波频段的信号由于波长小，能通过细小的孔缝耦合进电路的其他区域。一般为了实现信号之间的隔离，达到电磁兼容的要求，在腔体内的不同电路功能区之间使用金属隔条，对相对较大功率的信号使用额外的低通滤波器降低高次谐波的影响，或增加吸收接地负载等方式来实现。但是，使用金属隔条会增加产品的重量，不能满足特殊产品如机载产品在该方面的要求，使用额外的低通滤波器会增加电路尺寸和设计、工艺、生产各环节成本，使用吸收接地负载也存在类似的问题。

发明内容

为解决上述相关现有技术不足，本发明提供一种可实现频率重构的电磁屏蔽结构及电磁屏蔽方法，采用电子带隙EBG结构，将电磁能量耦合在结构中，再通过周围布置的接地金属过孔，将内部能量耦合到地，可有效净化内部电磁环境，避免信号间互相调制和信号自调制产生直流烧毁器件，实现对抑制频段的调整，实现电磁屏蔽的频率可重构功能。

为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：

一种可实现频率重构的电磁屏蔽结构，包括：

金属接地层、设于金属接地层顶面的介质板、设于介质板顶面的金属导带层；

金属导带层包括三个第一金属条和两个第二金属条，第二金属条位于相邻两个第一金属条之间；

第一金属条上沿长度方向间隔设置有多个贯通的接地过孔，接地过孔同时贯通介质板；

第二金属条上沿长度方向间隔设置有多个EBG单元，EBG单元包括设于第二金属条顶面的嵌套矩形缝外环和嵌套矩形缝内环，嵌套矩形缝内环位于嵌套矩形缝外环内，且与嵌套矩形缝外环距离预设间距，嵌套矩形缝外环内嵌设有至少一个电感，4个相邻的EBG单元构成1个EBG周期结构，4个相邻的EBG单元包括位于一个第二金属条的两个相邻EBG单元，以及位于另一个第二金属条上对应的两个相邻EBG单元。

进一步，电感嵌设在嵌套矩形缝外环的其中一个边上，具体的，该边上有开口，电感嵌设在开口位置；属于1个EBG周期结构的各个EBG单元的电感分别位于嵌套矩形缝外环不同方向的边上，1个EBG周期结构内的位于一个第二金属条的两个相邻EBG单元，与位于另一个第二金属条上对应的两个相邻的EBG单元，呈中心对称设置。

进一步，沿第一金属条和第二金属条长度方向，EBG单元与接地过孔交错布置，EBG单元位于接地过孔之间。

进一步，每个EBG单元的四个顶角方向均有一个接地过孔。

进一步，设置于电路板上，位于第一线路和第二线路之间，并与第一线路和第二线路均具有预设间隙，第一线路一端具有第一端口、另一端具有第二端口，第二线路一端具有第四端口、另一端具有第三端口。

进一步，接地过孔位于介质板的部段，在孔内壁形成有金属壁，用于导通第一金属条和金属接地层。

一种可实现频率重构的电磁屏蔽方法，包括：

提供一金属接地层；

提供三个第一金属条，在第一金属条上沿长度方向间隔贯通开设多个接地过孔；

提供两个第二金属条，在第二金属条上沿长度方向间隔开设多个EBG单元，EBG单元包括开设于第二金属条顶面的嵌套矩形缝外环和嵌套矩形缝内环，嵌套矩形缝内环位于嵌套矩形缝外环内，且与嵌套矩形缝外环距离预设间距，并在嵌套矩形缝外环内嵌设至少一个电感；

提供一介质板，并在其上开设3列通孔，并在通孔内壁设置金属壁，通孔位置与接地过孔匹配；

将介质板设置在金属接地层顶面，并使通孔的金属壁与金属接地层导通；

将三个第一金属条和两个第二金属条设置在介质板顶面，使三个第一金属条间隔设置，并使接地过孔与通孔匹配，并使金属壁与第一金属条导通，使两个第二金属条分别位于相邻两个第一金属条之间；

装配后，4个相邻的EBG单元构成1个EBG周期结构，4个相邻的EBG单元包括位于一个第二金属条的两个相邻EBG单元，以及位于另一个第二金属条上对应的两个相邻EBG单元。

进一步，电感嵌设在嵌套矩形缝外环的其中一个边上，具体的，该边上有开口，电感嵌设在开口位置；属于1个EBG周期结构的各个EBG单元的电感分别位于嵌套矩形缝外环不同方向的边上，1个EBG周期结构内的位于一个第二金属条的两个相邻EBG单元，与位于另一个第二金属条上对应的两个相邻的EBG单元，呈中心对称设置。

进一步，沿第一金属条和第二金属条长度方向，EBG单元与接地过孔交错布置，EBG单元位于接地过孔之间，每个EBG单元的四个顶角方向均有一个接地过孔。

进一步，还包括步骤：在装配完成后，将装配形成整体，设置于电路板上，位于第一线路和第二线路之间，并与第一线路和第二线路均具有预设间隙，第一线路一端具有第一端口、另一端具有第二端口，第二线路一端具有第四端口、另一端具有第三端口。

本发明的有益效果在于：

1、本申请的电磁屏蔽结构放置于需要屏蔽的两路信号走线之间，串扰信号的能量将会耦合在EBG单元缝隙之中；EBG周期结构边缘布置的接地过孔，将EBG中的电磁能量耦合到地，可有效净化内部电磁环境，避免信号间互相调制和信号自调制产生直流烧毁器件，完成串扰信号的抑制；该结构预先设计在电路板上需要隔离的两路通道之间，为平面结构，不用专门设置金属隔条；

2、使用嵌套矩形缝内环和外环形成EBG单元，内外矩形缝可等效为电感，矩形环之间的金属贴片可等效为电容，有效减小单元尺寸；呈中心对称结构分布的EBG周期结构，可实现对不同入射角度的串扰信号的稳定屏蔽效果；

3、在嵌套矩形缝外环加载电感，通过改变不同的电感值可以实现对抑制频带的调节，实现抑制频段的可重构功能，且可进一步缩减矩形环缝隙的尺寸；

4、实现具备腔体金属隔条作用的微带电磁结构，可在复杂射频系统中便捷实用，成本低，克服了使用金属隔墙和隔条带来的尺寸过大、重量增加的缺点，可实现分别对不同频带内串扰信号大于35dBc的抑制。

附图说明

本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本申请的范围。

图1为本申请实施例的电磁屏蔽结构立体结构示意图。

图2为本申请实施例的第二金属条结构示意图。

图3为本申请实施例的第一金属条结构示意图。

图4为本申请实施例的金属导带层结构示意图。

图5为本申请实施例的应用场景示意图。

图6为本申请实施例的隔离效果比较图。

图7为本申请实施例的隔离频段随加载的电感变化而变化的示意图。

附图标记：金属导带层1、介质板2、金属接地层3、第一金属条11、第二金属条12、接地过孔4、EBG周期结构5、嵌套矩形缝外环51和嵌套矩形缝内环52、电感53、第一线路61、第二线路62、第一端口71、第二端口72、第三端口73、第四端口74。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本申请实施例提供一种可实现频率重构的电磁屏蔽结构及方法，采用在介质板上设计EBG周期结构，并且在EBG周期结构周围布置接地金属过孔的方式实现。通过在EBG周期结构中加载外部电感，改变电感值可实现对抑制频段范围的调整，实现抑制频段重构的功能。

EBG是一种由介质板、金属导线或者其混合单元周期性排列构成的陈列，具备类似带阻滤波器的性能。传统EBG单元的尺寸由布拉格(Bragg)散射条件决定，对应某固定的结构尺寸，其工作频段范围就是固定的，另外尺寸的限制条件使得EBG结构在低频段尺寸较大，不利于系统小型化的趋势。

本申请实施例的一个方面，提供一种可实现频率重构的电磁屏蔽结构，如图1所示，包括：金属接地层3、设于金属接地层3顶面的介质板2、设于介质板2顶面的金属导带层1。

具体的，如图1、图4所示，金属导带层1包括三个第一金属条11和两个第二金属条12，第二金属条12位于相邻两个第一金属条11之间。

其中，如图1、图3、图4所示，第一金属条11上沿长度方向间隔设置有多个贯通的接地过孔4，接地过孔4同时贯通介质板2。

其中，如图1、图2、图4所示，第二金属条12上沿长度方向间隔设置有多个EBG单元，EBG单元包括设于第二金属条12顶面的嵌套矩形缝外环51和嵌套矩形缝内环52，可等效为电感，嵌套矩形缝内环52位于嵌套矩形缝外环51内，且与嵌套矩形缝外环51距离预设间距，嵌套矩形缝内环52与嵌套矩形缝外环51之间的第一金属条11的金属区域可等效果为电容，因为射频器件的工作频率和电感、电容的值成反比关系，通过电感电容的增加可以减小器件尺寸；另外在嵌套矩形缝外环51内嵌设有至少一个电感53，通过改变电感53的值可以实现对抑制阻带的调节，实现对多频段信号的抑制，同时外部电感53的加载可以进一步缩减矩形环缝隙的尺寸。4个相邻的EBG单元构成1个EBG周期结构5，4个相邻的EBG单元包括位于一个第二金属条12的两个相邻EBG单元，以及位于另一个第二金属条12上对应的两个相邻EBG单元。

具体的，如图1、图2、图4所示，电感53嵌设于嵌套矩形缝外环51的其中一个边上，具体的，该边上有开口，电感53嵌设在开口位置；属于1个EBG周期结构5的各个EBG单元的电感53分别位于嵌套矩形缝外环51不同方向的边上，1个EBG周期结构5内的位于一个第二金属条12的两个相邻EBG单元，与位于另一个第二金属条12上对应的两个相邻的EBG单元，呈中心对称设置，可实现对具有不同入射角度的干扰信号的稳定抑制。

具体的，如图1、图4所示，沿第一金属条11和第二金属条12长度方向，EBG单元与接地过孔4交错布置，EBG单元位于接地过孔4之间。每个EBG单元的四个顶角方向均有一个接地过孔4。

本实例的应用场景如图5所示，第一线路61和第二线路62之间有串扰信号需要隔离，将本实例的电磁屏蔽结构，设置于电路板上，位于第一线路61和第二线路62之间，并与第一线路61和第二线路62均具有预设间隙，第一线路61一端具有第一端口71、另一端具有第二端口72，第二线路62一端具有第四端口74、另一端具有第三端口73。第一线路61中第一端口71有+15dBm的输入信号，通过测试第二线路62中第三端口73上的信号大小即为第一线路61和第二线路62的隔离度。

如图6所示，是在第一线路61和第二线路62之间直接使用接地金属过孔与使用本实例的第一端口71和第三端口73之间的隔离效果，其中，第一端口71输入信号为15dBm，可以看到使用本方法后端口之间的隔离度在11-20GHz范围都大于30dBc，在11-16GHz范围都大于35dBc；另外本实例在嵌套矩形缝外环51内嵌设外部电感53，能实现抑制频段的重构功能，如图7所示，改变加载外部电感53的值，可实现在11GHZ~15.25GHz、15.4GHz~17GHz和17.2GHz~20GHz频段的串扰信号实现隔离度大于35dBc。

本申请实施例的另一方面，提供一种可实现频率重构的电磁屏蔽方法，包括如下步骤：

提供一金属接地层3；

提供三个第一金属条11，如图3所示，在第一金属条11上沿长度方向间隔贯通开设多个接地过孔4；

提供两个第二金属条12，如图2所示，在第二金属条12上沿长度方向间隔开设多个EBG单元，EBG单元包括开设于第二金属条12顶面的嵌套矩形缝外环51和嵌套矩形缝内环52，嵌套矩形缝内环52位于嵌套矩形缝外环51内，且与嵌套矩形缝外环51距离预设间距，并在嵌套矩形缝外环51内嵌设至少一个电感53，电感53嵌设在嵌套矩形缝外环51的其中一个边上，具体的，该边上有开口，电感53嵌设在开口位置；

提供一介质板2，并在其上开设3列通孔，并在通孔内壁设置金属壁，通孔位置与接地过孔4匹配；

将介质板2设置在金属接地层3顶面，并使通孔的金属壁与金属接地层3导通；

将三个第一金属条11和两个第二金属条12设置在介质板2顶面，形成金属导带层1，使三个第一金属条11间隔设置，并使接地过孔4与通孔匹配，并使金属壁与第一金属条11导通，使两个第二金属条12分别位于相邻两个第一金属条11之间，如图4所示；

装配后，形成如图1所示的结构，4个相邻的EBG单元构成1个EBG周期结构5，4个相邻的EBG单元包括位于一个第二金属条12的两个相邻EBG单元，以及位于另一个第二金属条12上对应的两个相邻EBG单元，属于1个EBG周期结构5的各个EBG单元的电感53分别位于嵌套矩形缝外环51不同方向的边上，1个EBG周期结构5内的位于一个第二金属条12的两个相邻EBG单元，与位于另一个第二金属条12上对应的两个相邻的EBG单元，呈中心对称设置；沿第一金属条11和第二金属条12长度方向，EBG单元与接地过孔4交错布置，EBG单元位于接地过孔4之间，每个EBG单元的四个顶角方向均有一个接地过孔4。

在装配完成后，将装配形成整体，设置于电路板上，如图5所示，位于第一线路61和第二线路62之间，并与第一线路61和第二线路62均具有预设间隙，第一线路61一端具有第一端口71、另一端具有第二端口72，第二线路62一端具有第四端口74、另一端具有第三端口73，在两路信号走线之间，串扰信号的能量将会耦合在EBG单元缝隙之中，再通过布置在周围的接地过孔4耦合到地，完成对串扰信号的屏蔽。如图6所示，是在第一线路61和第二线路62之间直接使用接地金属过孔与使用本实例的第一端口71和第三端口73之间的隔离效果，其中，第一端口71输入信号为15dBm，可以看到使用本方法后端口之间的隔离度在11-20GHz范围都大于30dBc，在11-16GHz范围都大于35dBc；另外本实例在嵌套矩形缝外环51内嵌设外部电感53，能实现抑制频段的重构功能，如图7所示，改变加载外部电感53的值，可实现在11GHZ~15.25GHz、15.4GHz~17GHz和17.2GHz~20GHz频段的串扰信号实现隔离度大于35dBc。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围情况下，对本发明进行的各种改变或同等替换，均属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种可实现频率重构的电磁屏蔽结构，其特征在于，包括：

金属接地层（3）、设于金属接地层（3）顶面的介质板（2）、设于介质板（2）顶面的金属导带层（1）；

金属导带层（1）包括三个第一金属条（11）和两个第二金属条（12），第二金属条（12）位于相邻两个第一金属条（11）之间；

第一金属条（11）上沿长度方向间隔设置有多个贯通的接地过孔（4），接地过孔（4）同时贯通介质板（2）；

第二金属条（12）上沿长度方向间隔设置有多个EBG单元，EBG单元包括设于第二金属条（12）顶面的嵌套矩形缝外环（51）和嵌套矩形缝内环（52），嵌套矩形缝内环（52）位于嵌套矩形缝外环（51）内，且与嵌套矩形缝外环（51）距离预设间距，嵌套矩形缝外环（51）内嵌设有至少一个电感（53），4个相邻的EBG单元构成1个EBG周期结构（5），4个相邻的EBG单元包括位于一个第二金属条（12）的两个相邻EBG单元，以及位于另一个第二金属条（12）上对应的两个相邻EBG单元。

2.根据权利要求1所述的可实现频率重构的电磁屏蔽结构，其特征在于，电感（53）嵌设于嵌套矩形缝外环（51）的其中一个边上，属于1个EBG周期结构（5）的各个EBG单元的电感（53）分别位于嵌套矩形缝外环（51）不同方向的边上，1个EBG周期结构（5）内的位于一个第二金属条（12）的两个相邻EBG单元，与位于另一个第二金属条（12）上对应的两个相邻的EBG单元，呈中心对称设置。

3.根据权利要求1所述的可实现频率重构的电磁屏蔽结构，其特征在于，沿第一金属条（11）和第二金属条（12）长度方向，EBG单元与接地过孔（4）交错布置，EBG单元位于接地过孔（4）之间。

4.根据权利要求3所述的可实现频率重构的电磁屏蔽结构，其特征在于，每个EBG单元的四个顶角方向均有一个接地过孔（4）。

5.根据权利要求1所述的可实现频率重构的电磁屏蔽结构，其特征在于，设置于电路板上，位于第一线路（61）和第二线路（62）之间，并与第一线路（61）和第二线路（62）均具有预设间隙，第一线路（61）一端具有第一端口（71）、另一端具有第二端口（72），第二线路（62）一端具有第四端口（74）、另一端具有第三端口（73）。

6.根据权利要求1所述的可实现频率重构的电磁屏蔽结构，其特征在于，接地过孔（4）位于介质板（2）的部段，在孔内壁形成有金属壁，用于导通第一金属条（11）和金属接地层（3）。

7.一种可实现频率重构的电磁屏蔽方法，其特征在于，包括：

提供一金属接地层（3）；

提供三个第一金属条（11），在第一金属条（11）上沿长度方向间隔贯通开设多个接地过孔（4）；

提供两个第二金属条（12），在第二金属条（12）上沿长度方向间隔开设多个EBG单元，EBG单元包括开设于第二金属条（12）顶面的嵌套矩形缝外环（51）和嵌套矩形缝内环（52），嵌套矩形缝内环（52）位于嵌套矩形缝外环（51）内，且与嵌套矩形缝外环（51）距离预设间距，并在嵌套矩形缝外环（51）内嵌设至少一个电感（53）；

提供一介质板（2），并在其上开设3列通孔，并在通孔内壁设置金属壁，通孔位置与接地过孔（4）匹配；

将介质板（2）设置在金属接地层（3）顶面，并使通孔的金属壁与金属接地层（3）导通；

将三个第一金属条（11）和两个第二金属条（12）设置在介质板（2）顶面，形成金属导带层（1），使三个第一金属条（11）间隔设置，并使接地过孔（4）与通孔匹配，并使金属壁与第一金属条（11）导通，使两个第二金属条（12）分别位于相邻两个第一金属条（11）之间；

装配后，4个相邻的EBG单元构成1个EBG周期结构（5），4个相邻的EBG单元包括位于一个第二金属条（12）的两个相邻EBG单元，以及位于另一个第二金属条（12）上对应的两个相邻EBG单元。

8.根据权利要求7所述的可实现频率重构的电磁屏蔽方法，其特征在于，电感（53）嵌设在嵌套矩形缝外环（51）的其中一个边上，属于1个EBG周期结构（5）的各个EBG单元的电感（53）分别位于嵌套矩形缝外环（51）不同方向的边上，1个EBG周期结构（5）内的位于一个第二金属条（12）的两个相邻EBG单元，与位于另一个第二金属条（12）上对应的两个相邻的EBG单元，呈中心对称设置。

9.根据权利要求7所述的可实现频率重构的电磁屏蔽方法，其特征在于，沿第一金属条（11）和第二金属条（12）长度方向，EBG单元与接地过孔（4）交错布置，EBG单元位于接地过孔（4）之间，每个EBG单元的四个顶角方向均有一个接地过孔（4）。

10.根据权利要求7所述的可实现频率重构的电磁屏蔽方法，其特征在于，还包括步骤：在装配完成后，将装配形成整体，设置于电路板上，位于第一线路（61）和第二线路（62）之间，并与第一线路（61）和第二线路（62）均具有预设间隙，第一线路（61）一端具有第一端口（71）、另一端具有第二端口（72），第二线路（62）一端具有第四端口（74）、另一端具有第三端口（73）。

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