基于hfss在有孔矩形金属腔体中电磁屏蔽效能的应用

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1、基于HFSS在有孔矩形金属腔体中电磁屏蔽效能的应用郭　超（中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西西安710071）【摘　要】金属腔体内电子设备之间的间距比较小，并且由于散热、通风的孔缝，容易造成电磁泄露，所以必须进行屏蔽效能的分析。通过HFSS软件对有孔金属屏蔽体进行了屏蔽效能分析，仿真出了腔体的屏蔽效能，得出了影响金属腔体屏蔽效能的因素，对屏蔽体的设计以及电路和器件的合理布局有着重要的意义。.jyqkm×120mm×300mm。运用HFSS软件的仿真结果来讨论各种因素对有孔矩形屏蔽腔体屏蔽效能的影响，有孔矩形屏蔽腔体在HFSS中建立的模型如图１

2、所示。2.1　腔体厚度对屏蔽效能的影响金属屏蔽腔体上孔缝的尺寸为l×m×20mm,矩形金属屏蔽腔体的壁厚分别为0.1mm、1mm和2mm。观察点位于金属屏蔽腔体的中心即就是距离孔缝150mm处。HFSS软件仿真得出的结果如图2所示。从图２可以看到，在大多数情况下，金属屏蔽腔体的厚度越厚，透射入金属屏蔽腔体的电磁能量越少，金属腔体的电磁屏蔽效能越大。但是在金属腔体厚度的有限范围内，金属腔体的厚度对屏蔽效能的影响是有限的。2.2　腔体壁上孔缝的大小对屏蔽效能的影响金属屏蔽腔上孔缝位于所开孔面的中心，其尺寸分别为l×m×20mm（孔缝一）、l×m×10

3、mm（孔缝二）和l×m×5mm（孔缝三）。矩形金属屏蔽腔体的壁厚为1mm。观察点位于金属屏蔽腔体的中心即就是距离孔缝150mm处。得到的屏蔽效能结果如图３所示。从图3可以得到，腔体上孔缝越大，外界电磁能量耦合进腔体的能量就越多，在相同频率下屏蔽效能越低。2.3　等面积不同形状的孔缝对屏蔽效能的影响取孔缝的总面积为3000m2，屏蔽腔上孔缝位于所开孔面的中心，其尺寸分别为l×m×54.77mm（孔缝一）﹑l×m×40mm（孔缝二）和l×m×20mm（孔缝三）。观察点位于金属屏蔽腔体的中心即就是距离孔缝150mm处。仿真得到的屏蔽效能曲线如图4所示。

4、从上图中可以得到，在腔体上孔缝面积相同的情况下，如果孔缝的长和宽的比值越小，耦合进屏蔽腔体内的电磁能量越少，其屏蔽效能越好。当孔缝为正方形时，一般情况下屏蔽效能最好。所以在屏蔽腔体上一般开孔时，通常使用正方形孔缝，使屏蔽效能达到最大。2.4　相同面积下孔缝数量对屏蔽效能的影响取孔缝的总面积为900mm2，孔缝的尺寸分别为30mm×30mm的单孔﹑单孔面积为10mm×10mm的3×3孔阵以及单孔面积为6mm×6mm的5×5的孔阵。孔或者孔阵的中心位于所开孔面的中心。观察点位于金属屏蔽腔体的中心。得到的屏蔽效能曲线如图5所示。从图5可以得到，在孔缝面

5、积相同的条件下，通常情况下在屏蔽腔体上开孔阵要比开单孔的屏蔽效能要好，而且孔阵的数量越多，其屏蔽效能越高。因此在屏蔽腔体上面开孔时尽量开数量较多的孔阵，使屏蔽腔体的屏蔽效能尽量达到最优的效果。2.5　腔体大小对屏蔽效能的影响屏蔽腔上孔缝位于所开孔面的中心，其尺寸分别为l×m×5mm,屏蔽腔体的壁厚为2mm。屏蔽腔体的尺寸大小分别为a×b×d=480mm×120mm×480mm（腔体一）﹑a×b×d=300mm×120mm×300mm（腔体二）和a×b×d=100mm×120mm×100mm（腔体三）。观察点位于屏蔽腔体的中心得到的屏蔽效能曲线如图

6、6所示。从图6以得到，在0.2G-1.0G频率范围内，腔体一出现了三次谐振现象；腔体二发生一次谐振现象；根据腔体谐振频率计算公式[5]（3）其中c为光速，a,b,d分别为矩形屏蔽腔体的长宽高，m,n,p为分别为沿腔体的三个方向的驻波半波束。由于该矩形金属屏蔽腔体的主传输模式为TE10，所以由公式（3）计算可得，在0.2G-1.0G频率范围内，腔体一在442MHz（TE101）、699MHz(TE201)和988MHz（TE301）出现三次谐振现象；腔体二在707MHz（TE101）出现了一次谐振现象；通过计算，腔体三在2.12GHz（TE101）

7、出现谐振现象，所以在下图观察不到腔体三出现谐振现象。通过图6可以看到，计算的结果和仿真出来的结果很接近。由此可见，当屏蔽腔体越小时，腔体出现谐振的谐振频率越高。3　结束语通过运用HFSS分析了影响金属屏蔽腔体屏蔽效能的因素，可以得出：对于单孔来说，屏蔽腔体越厚，孔缝的尺寸越小，屏蔽效能越高；屏蔽腔体越小，屏蔽腔体的谐振频率越高；在开孔面积一定的条件下，应尽量多开孔阵，并且所开孔形状越接近正方形，其屏蔽效能越好。通过HFSS仿真得出的结论对于指导屏蔽体的设计以及电路和器件的合理布局有着重要的意义。.jyqkpieroLovat.Anefficien

8、tMoMformulationfortheevaluationoftheshieldingeffectivenessofrectangu