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 通信與信息工程學院,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 形的微帶線結構模型,如圖1 所示。PCB 板尺寸為100 mm×100 mm,厚度為1 mm,基板材料的相對介電常數為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,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 處設置觀察面,提取觀察面各點的磁場信息,觀察面大小為100 mm×100 mm,觀察點數為100。根據Shi[1]、項方品[2]的疊加思想,將微帶線的電磁輻射通過偶極子陣列進行等效,則觀察面各點的磁場由偶極子陣列各單元在該點產生磁場的累加。等效磁偶極子陣列作為輻射源,在靠近接地板的邊界會產生邊緣衍射效應。為了避免此情況的發生,等效磁偶極子陣列需分布在比PCB 尺寸小6h～10h的區域,其中h為PCB 的厚度。然后,根據鏡像原理和格林函數,構建偶極子陣列磁矩與觀察面磁場之間的關系矩陣,并對矩陣方程進行求解,得到偶極子陣列各單元的磁矩大小。

最后,采用FEKO 軟件對等效偶極子陣列進行建模與仿真,提取同一位置觀察面上的磁場分布,與真實L 形微帶線產生的磁場分布進行對比,來驗證該等效模型的正確性。由圖2 可知,偶極子陣列與L 形微帶線產生的電磁輻射場基本保持一致,驗證了偶極子陣列等效方法的正確性。

圖2 觀察面上磁場分布的對比結果

2 微帶線等效模型電磁干擾分析

L 形微帶線產生的電磁輻射,將作用到鄰近的微帶線上,耦合產生干擾信號,從而對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 形微帶線通過偶極子陣列進行等效建模,并以此輻照其鄰近的微帶線,仿真分析微帶線長度變化對端接負載干擾響應的影響。

圖3 給出了微帶線長度變化時,微帶線端接負載上的干擾響應變化曲線。可以看出,微帶線越長,耦合進入微帶線端接負載的電壓越大。由此可知,在進行PCB 微帶線布局設計時,應避免使用過長的微帶線,以減少空間電磁場的干擾。

圖3 微帶線長度與端接元件上干擾響應的關系曲線

3 結語

本文采用FEKO 電磁仿真軟件,結合鏡像原理和格林函數,實現了對PCB 板上L 形微帶線電磁輻射,通過偶極子陣列實現了對PCB 板上L 形微帶線電磁輻射的等效建模,避免了對精細微帶線結構的直接建模。在此基礎上,仿真分析了L 形微帶線對其鄰近微帶線的電磁干擾特性。