【正文】 西安電子科技大學(xué) 含孔陣矩形機殼的屏蔽效能研究 作 者： 劉國強 指導(dǎo)老師： 路宏敏 教授 專 業(yè)： 電磁場與微波技術(shù) 西安電子科技大學(xué) 內(nèi)容提要 ? 研究背景和意義 ? 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ? 仿真軟件及電磁學(xué)算法簡介 ? 分析屏蔽效能的傳輸線方法 ? 含圓形孔陣矩形機殼屏蔽效能的傳輸線法分析 ? 含矩形孔陣矩形機殼屏蔽效能的傳輸線法分析 西安電子科技大學(xué) 研究背景和意義 ? 電子、電氣設(shè)備機殼用于抵抗來自機殼內(nèi)部的電磁場以及機殼外部其它電子產(chǎn)品的電磁泄露，必須滿足電磁兼容性（ EMC）要求。然而，設(shè)備機殼的完整性常常受到用于提供可見性、通風(fēng)以及檢修孔的縫隙的損害。這樣的開口能夠使外部電磁脈沖透入到設(shè)備機殼的內(nèi)部空間，耦合到印刷電路板（ PCB）上，從而在內(nèi)部導(dǎo)體上感應(yīng)電壓和電流，降低電子電路、元器件的工作性能，甚至毀壞它們。因此，研究具有孔縫的設(shè)備機殼的電磁屏蔽效能具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。 西安電子科技大學(xué) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ? 在早期，對于電磁脈沖孔耦合的研究重點主要是無限大導(dǎo)體平面上開有孔縫的問題，其有價值的研究始于 Bethe的工作。 1944年 ,Bethe提出了小孔理論 ,把無限大導(dǎo)體平面上電小尺寸的孔縫看成等效的電偶極子和磁偶極子， 給出了圓孔的等效電磁參數(shù)。 ? 1972年， ， 無限大薄金屬平板上的小孔陣相當(dāng)于與 TEM模傳輸線并聯(lián)的一個電感性電納，并提出了在孔陣沒有電阻性損耗的情況下圓孔陣的歸一化導(dǎo)納表達式。 圖 1 無限大金屬平板上孔陣二維結(jié)構(gòu)圖 西安電子科技大學(xué) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ? 1996年， Bethe提出的用于估算含孔縫矩形機殼的電磁輻射的理論，并提出了用于計算含孔縫矩形機殼屏蔽效能的計算公式，并且包括了基本上所有的設(shè)計參數(shù)，如屏蔽腔的大小、孔縫的大小、屏蔽體內(nèi)的位置、壁厚、頻率等，可方便地得到屏蔽效應(yīng)隨各參數(shù)的變化曲線。 在該模型中，將含矩形孔縫的矩形金屬機殼前面板等效表示為兩端短路的共面?zhèn)鬏斁€，矩形金屬機殼除含孔的一個面以外，其余部分以一段終端短路的波導(dǎo)建模 。通過該方法計算的有孔腔體的電屏蔽效能的理論值與測量值良好吻合，并且還可以準確的預(yù)測出腔體內(nèi)電屏蔽效能隨位置的變化。 但該模型沒有分析含 矩形孔陣 以及腔體 內(nèi)置印刷電路板 的矩形機殼的屏蔽效能 圖 2 平面電磁波垂直照射含矩形孔縫矩形機殼及其等效電路 西安電子科技大學(xué) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 pda c bA PEHpla newav elw0Z0VAgZ gkpd pdc ?rt gZ 39。 gk39。P2/l 2/l sZ00K? 1999年，基于 輸線理論 ,D W P Thomas等人 將含單孔機殼內(nèi)部印刷電路板的加載效應(yīng)以有耗介質(zhì)塊建模 ，改進了以前的等效電路模型 。 但作者沒有進行相關(guān)的理論推導(dǎo)，提出計算內(nèi)置PCB含孔縫矩形機殼的屏蔽效能的計算公式。 圖 3 平面電磁波垂直照射加裝 PCB的含矩形孔縫矩形機殼及其等效電路 西安電子科技大學(xué) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ? 2022年， Parisa Dehkhoda等人最近提出的一種基于 Robinson傳輸線等效電路模型的更加精確的模型。在該模型中，雖然 箱體依然等效為一個短路波導(dǎo)，但孔縫陣則被等效為導(dǎo)納。 該模型可以有效計算寬頻帶的屏蔽效能，隨著孔縫數(shù)量的增加，在孔縫陣列方面，該模型比Robinson傳輸線等效電路模型的結(jié)果更精確， 但該模型沒有分析腔體內(nèi)裝有印刷電路板的情況。 圖 4 平面電磁波垂直照射含圓形孔陣矩形機殼及其等效電路 西安電子科技大學(xué) CST及時域有限積分法（ FIT） CST簡單介紹 ? CST MICROWAVE STUDIO，是德國 CST（ Computer Simulation Technology）公司推出的高頻三維電磁場仿真軟件，基于時域內(nèi)的有限積分法 (The Finite Integration Theory)和 CST專有的理想邊界擬合技術(shù) (PBA)進行仿真運算，廣泛應(yīng)用于移動通信、無線通信（藍牙系統(tǒng)）、信號集成和電磁兼容等領(lǐng)域。 該軟件在分析窄脈沖，寬頻帶問題時仿真速度較快。 FIT簡單介紹 ? FIT(時域有限積分法 )是由 1976年至 1977年 Weiland教授提出來的。該數(shù)值方法提供了一種通用的空間離散化方案，可用于解決各種電磁場問題，從時域和頻域的應(yīng)用。 FIT是將積分形式的麥克斯韋方程離散化 ，而不是離散化微分形式的 Maxwell方程。 西安電子科技大學(xué) XFDTD及時域有限差分法（ FDTD） XFDTD簡單介紹 ? XFDTD 是 REMCOM Inc. 所開發(fā)的基于時域有限差分法的全波三維電磁場仿真工具，在任意導(dǎo)體及介電質(zhì)環(huán)境下之時間與空間領(lǐng)域的電磁場問題?？蓱?yīng)用的頻譜范圍，從無線電波（ Radiowave），微波（ Microwave），毫米波（ Millimeterwave）乃至于光學(xué)頻率，即約100kHz至 3000GHz。 FDTD算法的基本思想 ? 在諸多時域電磁場計算方法中， FDTD ( finite difference timedomain)方法作為一種典型的 全波時域分析方法 ，是近年來發(fā)展最迅速、最受關(guān)注和應(yīng)用范圍最廣的一種方法。 FDTD算法的迭代公式是在包括時間在內(nèi)的四維空間中，對 Maxwell旋度方程對應(yīng)得微分方程進行二階中心差分近似得到的。它能對各種復(fù)雜的邊界條件近似自動滿足。 西安電子科技大學(xué) 分析屏蔽效能的傳輸線方法 ? 屏蔽效能的表示 電場屏蔽效能是指不存在屏蔽體時某處的電場強度與存在屏蔽體時同一處的電場強度之比，常用分貝（ dB）表示即 （ 1） 磁場屏蔽效能是指不存在屏蔽體時某處的電場強度與存在屏蔽體時同一處的電場強度之比，常用分貝（ dB）表示即