微帶線電磁輻射的等效建模與輻射干擾分析

葉志紅,王 溢,裴忠銘,袁藝峰

(重慶郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院,重慶 400065)

1 微帶線電磁輻射的等效源建模

首先,使用電磁仿真軟件FEKO 建立PCB 上L 形的微帶線結(jié)構(gòu)模型,如圖1 所示。PCB 板尺寸為100 mm×100 mm,厚度為1 mm,基板材料的相對(duì)介電常數(shù)為4.8。L 型微帶線的左端口接有幅度為1 V、頻率為1 GHz 的集總電壓源作為激勵(lì),另一端口接有50 Ω 的電阻。

圖1 PCB 板和L 形微帶線物理模型

其次,在PCB 板上方3 cm 處設(shè)置觀察面,提取觀察面各點(diǎn)的磁場(chǎng)信息,觀察面大小為100 mm×100 mm,觀察點(diǎn)數(shù)為100。根據(jù)Shi[1]、項(xiàng)方品[2]的疊加思想,將微帶線的電磁輻射通過(guò)偶極子陣列進(jìn)行等效,則觀察面各點(diǎn)的磁場(chǎng)由偶極子陣列各單元在該點(diǎn)產(chǎn)生磁場(chǎng)的累加。等效磁偶極子陣列作為輻射源,在靠近接地板的邊界會(huì)產(chǎn)生邊緣衍射效應(yīng)。為了避免此情況的發(fā)生,等效磁偶極子陣列需分布在比PCB 尺寸小6h～10h的區(qū)域,其中h為PCB 的厚度。然后,根據(jù)鏡像原理和格林函數(shù),構(gòu)建偶極子陣列磁矩與觀察面磁場(chǎng)之間的關(guān)系矩陣,并對(duì)矩陣方程進(jìn)行求解,得到偶極子陣列各單元的磁矩大小。

最后,采用FEKO 軟件對(duì)等效偶極子陣列進(jìn)行建模與仿真,提取同一位置觀察面上的磁場(chǎng)分布,與真實(shí)L 形微帶線產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布進(jìn)行對(duì)比,來(lái)驗(yàn)證該等效模型的正確性。由圖2 可知,偶極子陣列與L 形微帶線產(chǎn)生的電磁輻射場(chǎng)基本保持一致,驗(yàn)證了偶極子陣列等效方法的正確性。

圖2 觀察面上磁場(chǎng)分布的對(duì)比結(jié)果

2 微帶線等效模型電磁干擾分析

L 形微帶線產(chǎn)生的電磁輻射,將作用到鄰近的微帶線上,耦合產(chǎn)生干擾信號(hào),從而對(duì)微帶線端接電路的正常工作造成影響。因此,利用FEKO 軟件,將L 形微帶線通過(guò)偶極子陣列進(jìn)行等效建模,并以此輻照其鄰近的微帶線,仿真分析微帶線長(zhǎng)度變化對(duì)端接負(fù)載干擾響應(yīng)的影響。

圖3 給出了微帶線長(zhǎng)度變化時(shí),微帶線端接負(fù)載上的干擾響應(yīng)變化曲線?？梢钥闯?微帶線越長(zhǎng),耦合進(jìn)入微帶線端接負(fù)載的電壓越大。由此可知,在進(jìn)行PCB 微帶線布局設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)避免使用過(guò)長(zhǎng)的微帶線,以減少空間電磁場(chǎng)的干擾。

圖3 微帶線長(zhǎng)度與端接元件上干擾響應(yīng)的關(guān)系曲線

3 結(jié)語(yǔ)

本文采用FEKO 電磁仿真軟件,結(jié)合鏡像原理和格林函數(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)PCB 板上L 形微帶線電磁輻射,通過(guò)偶極子陣列實(shí)現(xiàn)了對(duì)PCB 板上L 形微帶線電磁輻射的等效建模,避免了對(duì)精細(xì)微帶線結(jié)構(gòu)的直接建模。在此基礎(chǔ)上,仿真分析了L 形微帶線對(duì)其鄰近微帶線的電磁干擾特性。