双层加载电路板屏蔽腔屏蔽效能探究

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1、双层加载电路板屏蔽腔屏蔽效能探究　　摘要：为了提高设备中电子元件抵御来自外界和内部其他元件的电磁干扰，根据传输线理论，将双层加载电路板屏蔽腔体模型转换为电路图，利用电路图推导出腔体中心屏蔽效能的等效公式。利用Matlab生成传输线法屏蔽效能曲线，并通过仿真软件CST建模仿真，仿真结果与Matlab输出曲线良好吻合，验证了公式的正确性。运用CST研究了一些因素如电路板大小、数量、放置方式以及距孔缝的距离对屏蔽效能的影响。为了更加贴合实际，采用加载集成运算放大电路的印制电路板来研究腔体屏蔽效能以及腔体对电路板功能的影响，最后提出了一些提高屏蔽

2、效能的方法。关键字：双层屏蔽腔；电磁屏蔽效能；印制电路板；传输线法中图分类号：TN911?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2013）22?0005?050引言9电子设备通常用机壳来屏蔽外界电磁场的干扰，机壳外部通常会开孔来提供通风性、可见性，而这样的开孔会使外部的电磁场通过孔缝耦合到设备机壳内部，从而在机壳内部的设备或印刷电路板上感应出电流和电压，降低设备或元件的性能，严重时会对内部设备造成损坏。因此，研究有空屏蔽腔对电磁干扰的电磁屏蔽效能有重要的实际意义和价值。从以往的研究看，提高屏蔽效能的方法有很多，如相同面积下，孔阵

3、的屏蔽效能优于单孔的屏蔽效能，双层孔的屏蔽效能优于单层的屏蔽效能[1]，也研究了很多因素对屏蔽效能的影响，如孔的大小，形状，孔间距，电磁波极化方向[2?4]等。本文主要推导出双层加载电路板屏蔽腔屏蔽效能公式，并运用CST仿真验证，研究电路板大小、位置、数量等因素对后腔中心点屏蔽效能的影响。1理论平面波垂直照射双层有矩形孔加载电路板的屏蔽腔的模型如图1所示。一般情况下，由孔缝耦合进入屏蔽腔的能量要比穿透腔体壁进入屏蔽腔的能量要多，因此只考虑耦合能量[5]。本文采用材料为铜的双层屏蔽腔模型，分前腔和后腔两部分。[a]，[b]是屏蔽腔的宽和高，

4、前腔长度为[d1]，后腔长度为[d2]；[w]，[l]为腔体上开孔的长和宽；[p]为后腔的中心观测点；[q]为内层孔到PCB板的距离；PCB板厚度为[t′]；腔体厚度为[t]。根据M.P.Robinson提出的传输线理论[2?6]，孔缝等效为两端短路的共面带状传输线，矩形机壳等效为终端短路的波导。该模型等效电路图如图2所示。92仿真结果分析为了验证理论结果的正确性，用电场强度为[1V?m-1]的平面电磁波照射厚度为1mm的矩形屏蔽壳，腔体尺寸为[300mm×120mm×600mm]，其中前腔长[300mm]，后腔长[300mm]，孔缝尺寸

5、为[80mm×][20mm]，介质板尺寸为[300mm×120mm×1mm]，安装在距离第二层孔缝[100mm]处，仿真频率为[200MHz～1GHz]。介质板中心与开孔中心以及观测点在一条直线上，当屏蔽腔内有介质板时，入射波耦合进入腔体，遇到介质板，发生介质损耗，电磁波能量主要分为三部分：一部分透过介质板进一步传播，一部分反射，还有一部分通过介质板与腔体的缝隙发生绕射，介质板还会吸收能量。由于电磁波的透射和绕射，在介质板之后的空间还存在电磁场。图3是采用等效传输线法和CST仿真方法在后腔中心点屏蔽效能的对比，可以看出两种方法的结果在低频

6、有部分差异，但在300MHz以后较好吻合。且腔体在707MHz出现谐振现象。下面讨论因素对屏蔽效能的影响。2.1改变介质板大小对屏蔽效能的影响图4中内层孔到加载PCB板的距离q=100mm，采用三种不同大小的介质板，分别为500mm×10mm，100mm×40mm和200mm×809mm。可以看出，在给定频率范围内，介质板越大，腔体屏蔽效能越高，这是因为介质板越大，其介质损耗越大，谐振点的场强越小，屏蔽体的屏蔽效能越大。2.2介质板与第二层孔缝之间的距离对屏蔽效能的影响介质板尺寸不变为300mm×120mm×1mm。内层孔到加载PCB板的

7、距离q变化。在这里q分别取50mm，100mm和290mm，最后和没有PCB板的情况做对比。由图5可知，在给定频率范围内，介质板离第二层孔缝越远，屏蔽效能越低。当介质板离第二层孔缝50mm的时候，大部分耦合场发生反射，耦合出腔体，因此第二层腔体中心场强是最小的，屏蔽效能是最大的，随着距离的增大，腔体中心场强也逐渐增大，当增加到290mm的时候，腔体中心场强达到最大值，与无介质板时的场强接近，屏蔽效能也与无介质板时接近。2.3介质板数量对屏蔽效能的影响介质板大小均为300mm×120mm×1mm，当只有一块介质板的时候，放置在距第二层孔缝1

8、00mm的地方，即图1中q=100mm的地方；当有两块介质板的时候，放置在距离第二层孔缝50mm和100mm的地方，即图1中q=50mm和q=100mm的地方，当有三块介质板的时候，放置在距离