《工程电磁兼容》课件第5章.ppt

图5－33孔阵居中的部分穿透机壳壁阻抗Zah=1/Yah可作为连接自由空间和波导的模型。图5－33描绘孔阵居中的部分穿透机壳壁的情况，其有效的机壳壁孔阵阻抗Zah′是Zah的一部分。采用阻抗比的概念可知：(5－122)式中,l和w分别是孔阵的长度和宽度，且(5－123)(5－124)这里,m和n分别是孔阵长度方向和宽度方向上孔的个数。实际的PCB包含导电面、有耗介质、金属印制线和各种元器件，当这些相关细节不能够获得时，就不可能在设计阶段详细地建立这种复杂系统的模型。为了求屏蔽效能，可以应用实际PCB的宏观模型。期望出现在机壳内部完全填充的PCB能显著抑制电磁波。PCB引起的电磁波抑制能够用一块厚度近似等于PCB厚度t且完全填充波导横截面的有耗介质近似表示。如果有耗介质块的有效相对介电常数为εr′，有效电导率为σ，那么对于矩形机壳内部有耗介质块加载区域中传播的TE10模，其传播特性为（5－125）（5－126）式中，且f、λ0、Z0、ε0分别是频率、自由空间中的波长、特性阻抗和介电常数。3. 屏蔽效能表达式

假设金属机壳由理想导体构成，那么垂直入射到含孔阵理想导体机壳上的电磁波仅能够从孔阵透入机壳内部。因此组合上述各部分的模型，就可以建立平面电磁波垂直照射加载PCB的含孔阵矩形机壳的等效电路，如图5－32（b）所示。

依据上述等效电路和戴维南定律，孔阵处的等效电压源及其阻抗为（5－127）由传输线理论知，有耗介质板左端处的电压Ur及阻抗Zr可表示为（5－128）同理，有耗介质板右端处的电压Ur+t及阻抗Zr+t可表示为（5－129）PCB右侧，观测点P处的等效电压源阻抗和电压为（5－130）由观测点P处向右看去的短路波导段的等效阻抗为Z3=jZgtan［Kg(c-p)］（5－131）从而可得观测点P处的电压为（5－132）如果没有矩形屏蔽机壳，那么平面电磁波在自由空间传播，从而观测点P处的负载阻抗为Z0，电压UP′=U0/2，因此电场屏蔽效能为（5－133）机壳没有加载PCB时（空机壳），文中提出的等效电路及其解析表达式与文献［2］的结果相同。5.8.2结果与讨论

选取含圆孔阵矩形金属机壳的尺寸为a×b×c=300mm×120mm×300mm，壁厚为2mm。PCB与孔阵所在平面平行，尺寸为296mm×116mm×1mm，置于距孔阵面100mm处的机壳内部。计算分析中将实际PCB以一块有耗介质等效，电导率σ=0.22S/m，介电常数εr=2.65。观测点P设定在机壳的中心，即距孔阵面150mm且与孔阵面平行的平面中心。圆孔阵面积l×w=90mm×50mm，位于孔阵面中心。孔阵中的每个小圆孔直径d=10mm，孔阵长度l方向的孔间距dh等于孔阵宽度w方向的孔间距dv，即dh=dv=20mm。孔阵中孔的个数为5×3。平面电磁波垂直孔阵面入射到含圆孔阵矩形金属机壳上，频率范围是200~1000MHz。依据本节提出的波导等效电路模型，及电场屏蔽效能解析表达式（5－133），编程计算屏蔽效能。CST仿真意味着基于相同模型和参数，采用专业软件CST（CSTSTUDIOSUITE2006B）的仿真。

图5－34表示观测点处，本书方法、CST仿真以及文献［2］（没有加载PCB）的电场屏蔽效能。从图中可以看出，本书方法与CST仿真结果良好吻合。机壳没有加装PCB时，本书提出的等效电路模型及电场屏蔽效能解析表达式可以简化为文献［2］的结果。由此可见，本书提出的等效电路模型及电场屏蔽效能解析表达式是有效的。图5－34不同方法屏蔽效能的比较没有加载PCB的机壳，在第一个谐振频率处的电场屏蔽效能为负值。而加载PCB的相同机壳在谐振频率处的屏蔽效能大于零。在所考虑的频率范围内，加载PCB（有耗介质块）可以显著提高机壳的屏蔽效能。

图5－35表示PCB厚度对腔体屏蔽效能的影响。从图5－35中可以看出，PCB厚度对谐振频率有影响，谐振频率随PCB厚度的增加而降低，也就是说PCB越厚，谐振频率越低。图5－35不同厚度PCB的屏蔽效能比较图5－36不同孔径大小的屏蔽效能比较图5－37描绘孔正交排列与交错排列（见图5－31）时含圆孔阵矩形金属机壳的屏蔽效能比较。从图5－37中可以看出，孔交错夹角越小，屏蔽效果越差。在其他条件相同的情况下，正交排列孔阵的屏蔽效果优于交错排列孔阵的屏蔽效果。图5－37孔交错排列与正交排列的比较金属波导管的最低截止频率(CutoffFrequency)fc只与波导管横截面的内