首页 理论教育 如何形成空腔谐振现象?

如何形成空腔谐振现象?

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:从而给EMC和信号完整性造成许多新的问题。由于谐振的存在,在增加了发射的同时,还会使得设备的抗扰性能恶化。这个现象经常被称之为串扰。并在该章图2-1-8和图2-1-10中显示了它们的结构(空腔)谐振对串扰和发射分别造成的影响。由于在PCB和它的底板之间形成的空腔所造成的结构谐振会引起完全相同的问题。根据上式,它的最低谐振频率大约在0.75GHz处。因为上列公式的计算结果是一个四边形金属空腔内部的谐振频率。

如何形成空腔谐振现象?

随着“所关心的最高频率”继续不断地增高,在电子设备中的许多物理(或称几何)结构会形成谐振。从而给EMC和信号完整性造成许多新的问题。谐振问题是由于随着频率的增高,波长的长度短到可以和结构的几何尺寸相比拟的条件下引起的。这也就是为什么EMC设计工程师在考虑频率为兆赫数量级上的信号时,他们所关注的往往是几何尺度在毫米(mm)数量级上的结构。

图2-2-10中,带箭头的曲线代表的是一个PCB-底板结构的几何尺寸测量的例子。在谐振条件下,一个结构的确会与它的外部电磁环境形成很好的耦合,并形成一个非常有效的“意外天线”。由于谐振的存在,在增加了发射的同时,还会使得设备的抗扰性能恶化。这正是我们所不希望看到的。同样在谐振条件下,来自谐振结构的发射可以比邻近的非谐振频率的发射高出20dB,甚至更高(由于相应的理由,它们的抗扰度可以下降20dB或更多)。

同时,谐振的产生也会造成PCB上的电路和设备的其他部位之间的耦合也会增加。这个现象经常被称之为串扰。串扰不仅会引起信噪比的恶化,而且还会影响到信号完整性。

我们已在上一章中讨论过在PCB上安装的屏蔽罩壳的结构谐振问题。并在该章图2-1-8和图2-1-10中显示了它们的结构(空腔)谐振对串扰和发射分别造成的影响。由于在PCB和它的底板之间形成的空腔所造成的结构谐振会引起完全相同的问题。在这一章里,我们将针对这个问题展开讨论。

假如,PCB-底板间仅有四个搭接点,并且它们分别被设置在一个矩形PCB的四个角上。那么我们将只有一个空腔需要加以分析。但在实际应用中,往往会存在有更多的搭接所形成的多个空腔(尺寸较小)。在大多数情况下,我们最关心的是PCB-底板搭接结构的第一个(最低的一个)谐振频率。并且我们亦已知道这个谐振频率是与该空腔的最长对角线相对应的。

对于一个仅在它的四个角上设置有搭接的PCB-底板结构所可能产生谐振频率的一个粗略分析和估算是相当容易的。但这里有一个前提,那就是在它的四个角上,PCB-底板之间的间距很小(通常也的确就是这样),那么我们可以使用下列公式来计算出它的最低谐振频率:

f最低=150×(L2+W2-1)(www.xing528.com)

这里,最低谐振频率f最低的单位为GHz,长度L和宽度W的单位为mm。

上面所指的长度L和宽度W分别代表PCB 0V参考面的长度和宽度。假如有一个结构,它的构成如下:它有一个160mm×120mm的PCB 0V参考面,该参考面处在一个底板上部5mm处。两者之间的搭接是通过PCB 0V参考面的四个角完成的。根据上式,它的最低谐振频率大约在0.75GHz处。

因为上列公式的计算结果是一个四边形金属空腔内部的谐振频率。而我们的结构仅是两个简单的金属平板。它不仅具有开放的边缘,而且仅在少数几个位置上以非零阻抗连接在一起的。所以,上式的计算结果对我们的结构来说,仅是一个粗略的近似值。倘若需要对这样一个结构做更为精确的分析和计算,则要求使用一个三维的场求解器来模拟(仿真)在任何一个指定频率上发生的真实情况。

在一个空腔仅由PCB-底板的一边(即仅在两个角上),或者在邻近的两个边上(即仅在三个角上)完成搭接的话,它的最低谐振频率的粗略近似值由下式给出:

f最低=75×(L2+W2-1)

这里,最低谐振频率f最低的单位为GHz,长度L和宽度W的单位为毫米(mm)。长度L和宽度W仍然分别代表PCB 0V参考面的长度和宽度。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈