机箱孔缝对电磁屏蔽效能的影响研究开题报告

 2021-08-08 10:04:50

1. 研究目的与意义

国际电工委员会标准iec对电磁兼容(emc)的定义是:系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作,同时不对其他系统和设备造成干扰。

随着电力电子技术与电气自动化技术的迅速发展,各种电气、电子设备在民用与军用系统中的广泛使用造成的电磁污染已被认为继大气污染、水质污染、噪声污染后的第四大公害。电子设备内部的元器件和功率密度不断增加,再加上各种内外干扰源,使得电子设备的应用电磁环境变得极为恶劣。特别是随着微电子技术的高速发展,以大规模集成电路元器件为核心的信息系统已广泛应用十各行各业及现代生活的各个领域。再加上全社会电气设备的大量普及,例如电视发射台、广播发射台、无线电台站、移动通信系统、高电压送变电系统、大电流工频设备和轻轨、干线电气化铁路系统等。总之,一切以电磁能应用进行工作的工业、科学、医疗、军用的电磁辐射设备,以及电火花点燃内燃机为动力的机器、车辆、船舶、家用电器、办公设备、电动工具等,都会产生不同频率、不同强度的电磁辐射。如何避免电磁辐射的干扰成为电磁兼容领域研究的中心课题。

对于电子设备的信息辐射泄漏或外部辐射的电磁干扰,如果没有任何屏蔽措施,所有芯片和电路直接暴露在外界电磁场中,所受影响非常严重,因此屏蔽技术是最有效的一种手段。屏蔽就是对两个空间区域之间使用金属屏蔽材料进行隔离,以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射引起的电磁干扰。即用金属屏蔽材料将电磁干扰源(或电磁敏感电路)封闭起来,使其外部电磁场强度低于允许值(或内部电磁场强度低于允许值)的一种措施。

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2. 国内外研究现状分析

在人类尚未发明发电机和使用电能之前,地球上就已经存在自然界的电磁现象。自从1866年世界上第一台发电机发电以来,利用电磁效应工作的电气设备越来越广泛,同时也产生了越来越多的有害的电磁干扰,造成了所谓电磁环境污染。

传输线理论的发展起源于上世界二十年代,现已发展成为了较为成熟和完备的理论体系。1927年,j.r.carsion等[1]研究了周期电流在平行导线系统中的传播。1930年l.v bewley和pipes[2] 对电磁波在传输线上的传输进行了一般性的研究。之后,传输线方程被用在分析电力传输系统和电话分析中。然后人们集中研究无耗传输线[3],由于频率的不断提高,引起了导体中较大的损耗,人们开始研究有耗传输线[4]。由于瞬态问题在电磁干扰研究中的重要性,人们开始用时域的方法来对多导体传输线进行研究。c.r.paul [5]给出了一种用来求解带有非线性负载的损耗传输线时域解的频域方法。后来由于各种传输线系统结构的复杂性,同时实际工作中也存在许多非均匀结构的传输线,因此,人们开始进行广义传输线的研究。但目前还没有找到一种可以统一地对复杂的传输线系统进行求解的有效方法。

传输线理论应用于求解屏蔽理论始于1943年schelkunnoff提出的计算屏蔽效能的简单模型[6]。该模型采用端接终端阻抗的传输线来模拟平面波垂直入射屏蔽体。他开创性地指出屏蔽损耗由反射损耗、吸收损耗和多反射损耗组成。1985年r.l.monroe提出了被认为在schelkunnoff传输线模型上有所改进的阻抗边界条件,即leotovich边界条件。1987年,schduz运用传输线理论分析了平板屏蔽体,并且用反射系数和传输线方程求解了单层、双层和多层屏蔽体的屏蔽效能。

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3. 研究的基本内容与计划

电气电子设备由于装备或散热等原因,不可避免的会在外部机箱上留有大量的缝隙。本文研究了开孔(缝)金属机壳的屏蔽效能。基于上述背景,在查阅国内外有关最新研究进展的基础上,本文首先建立了其等效电路的模型,并运用传输线理论计算了有非中心孔单层金属壳体的屏蔽效能。分析了不同位置、面积一定不同长宽比、不同数量以及入射波极化对于屏蔽效能的影响。然后进一步研究双层非中心孔金属机壳的屏蔽效能,在此基础上提出快速计算双层非中心孔(缝)金属机壳屏蔽效能的解析表达式,并通过hfss(cst)仿真软件证明方法的有效性和正确性。

本论文安排如下:

第一章 综述了有孔金属机壳的研究背景和现状。

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4. 研究创新点

本论文基于以上的研究成果,进一步分析非中心孔单层和双层金属壳体的屏蔽效能,研究了非中心孔下金属壳体的屏蔽效能。在非中心孔双层金属壳体的分析中近似处理计算了内腔体壁孔缝的等效阻抗,并进而计算了其屏蔽效能。这样我们就可以计算位于两层平行屏蔽壳体壁上任意位置处的矩形孔缝屏蔽壳体的屏蔽效能。并且进一步研究了内孔缝的参数如位置、面积一定长宽比、入射波极化等对于屏蔽效能的影响,并得出了一些结论。同时运用Ansoft HFSS 软件,基于有限元方法原理,对孔缝电磁耦合进行数值仿真,计算屏蔽体内场分布和屏蔽体的屏蔽效能,验证结论的正确性和有效性。

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