HFSS电磁屏蔽电磁兼容设计实验.doc

目 录第一章 屏蔽体的设计理念 1.1屏蔽的概念及基本原理3 1.2屏蔽体的基本问题和分析方法4 1.3设计屏蔽体的基本参数设定4第二章 屏蔽体的建模过程2.1创建屏蔽体的单位模型及缝隙模型52.2创建屏蔽体的外空气体及其设置72.3创建同轴屏蔽罩及同轴芯112.4设置屏蔽体的激励及指定激励端口142.5创建电阻及空气腔152.6创建辐射边界21第三章 屏蔽体性能的仿真分析及其结果3.1设置添加对屏蔽体的分析功能并分析模型233.2计算屏蔽体的数据及创建分析报告263.3保存屏蔽体工程并保存其分析报告30第一章 屏蔽体的设计理念1.1屏蔽体的概念及基本原理 屏蔽是电磁兼容工程中广泛采用的抑制电磁干扰的有效方法之一。所谓电磁屏蔽，就是用导电或导磁材料制成的金属屏蔽体将电磁干扰源限制在一定的范围内，使干扰源从屏蔽体的一面耦合或当其辐射到另一面时受到的抑制或衰减。 屏蔽的目的是采用屏蔽体包围电磁干扰源，以抑制电磁干扰源对其周围空间存在的接收器的干扰；或采用屏蔽体包围接收器，以避免干扰源对其干扰。电磁屏蔽一般是指高频交变电磁屏蔽，因为在交变场中，电场和磁场总是同时存在的，只是在频率较低的范围内，电磁干扰一般出现在近场区。近场随着干扰源的性质不同，电场和磁场的大小有很大差别。高电压小电流干扰源以电场为主，磁场干扰可以忽略不计。这时就只可以考虑电场屏蔽；低电压高电流干扰源以磁场干扰为主，电场干扰可以忽略不计，这时就只可以考虑磁场屏蔽。随着频率增高，电磁辐射能力增强，产生辐射电磁场，并趋向于远场干扰。远场中的电场干扰和磁场干扰都不可以忽略，因此需要将电场和磁场同时屏蔽，即为电磁屏蔽。高频时即使在设备内部也可能出现远场干扰，需要进行电磁屏蔽。如前所述，采用导电材料制作的且接地良好的屏蔽体，就能同时起到电场屏蔽和磁场屏蔽的作用。1.2屏蔽体的基本问题和分析方法此例讲解如何在HFSS设计环境下创建、仿真、分析一个屏蔽体模型。在高速数字设计中使用的屏蔽盒可能会因为屏蔽盒上开的孔缝，使其屏蔽效能下降。因此，理解能量耦合机制是十分必要的。1.3设计屏蔽体的基本参数设定1.Ansoft HFSS设计环境： 三维几何模型：长方体、长方形、圆柱体。 边界/端口激励：边界：集总RLC边界，集总端口激励。2.Ansoft HFSS准备工作：安装HFSS14并成功破解。第二章 屏蔽体的建模过程2.1创建屏蔽体的单位模型及缝隙模型Step1 选择菜单项 ,弹出对话框，设置单位为cm,，并应用设置。Step2 在三维模型材料工具栏上，选择vacuum项。Step3 选择菜单项,创建内部空气体，具体尺寸参数为：并切换到Atteibute选项卡，在Name栏输入Air_Inside并修改透明度为0.6，应用设置。Step4 选择菜单项,创建缝隙模型，具体尺寸参数为：并切换的Attribute选项卡，在Name栏输入Slot并修改透明度为0.4，应用设置。2.2创建屏蔽体的外空气体及其设置Step1 选择菜单项,创建长方体，具体尺寸参数为：并切换的Attribute选项卡，在Name栏输入Air并勾选Display Wireframe,且修改透明度为0.8。Step2 选择菜单项,以偏移设置相对坐标系，并在坐标区设置X：17.0，设置Y：14.0，设置Z：15.0，应用设置。Step3 在绘图平面工具栏上，改变激活平面为XZ平面。Step4 选择菜单项,创建圆柱体，具体尺寸参数为：并切换的Attribute选项卡，在Name栏输入Coax_Diel并修改透明度为0.2，应用设置。Step5 选择菜单项 选择对象Air_Inside、Coax_Diel、Solt并应用设置。Step6 选择菜单项 组合对象。Step7 在三维模型材料工具栏中选择select项，打开Select Definition，在列表中选择Pec项，应用设置。2.3 创建同轴屏蔽罩及同轴芯Step1 在绘图平面工具栏中改变激活平面为XZ。选择菜单项，创建圆柱体即为同轴屏蔽罩，具体尺寸参数为：并切换的Attribute选项卡，在Name栏输入Coax_Shield并修改透明度为0.3，应用设置。Step2 选择菜单项 ，创建圆柱体，即为同轴芯，具体尺寸参数为： 并切换的Attribute选项卡，在Name栏输入Coax_Pin并修改透明度为0.5，应用设置。2.4 设置屏蔽体的激励及指定激励端口Step1 选择菜单项 ，创建圆，具体尺寸参数为： 并切换的Attribute选项卡，在Name栏输入p1并修改透明度为0.9，应用设置。Step2 选择菜单项 ，选择p1,应用设置。Setp3 选择菜单项 ,在General界面上，设置Name为p1。2.5创建电阻及空气腔Step1 选择菜单项,以偏移的方式设置相对坐标系，并在坐标输入区，设置X：0.0，设置Y：-13.84，设置Z：0.0,创建坐标系CS。Step2 在绘图平面工具栏，改变激活平面为XY，。Step3 选择菜单项，创建矩形，具体尺寸参数为： 并切换的Attribute选项卡，在Name栏输入Resistor并修改透明度为0.1，应用设置。Step4 选择菜单项,选择Resistor,应用设置，指定集总RLC边界Resistor。Step5 选择菜单项,设置Lumped RLC Boundary对话框，并设置New Line，在坐标输入区，输入点1，X:0.0，Y:0.0，Z:0.0，输入点2，X：0.0，Y：-0.16，Z：0.0，应用设置。Step6 选择菜单,设置Select Coodrdinate System,从列表选择CS为Global，并确定坐标系的选择。Step7 选择,创建箱体，具体尺寸参数为：并切换的Attribute选项卡，在Name栏输入Case并修改透明度为0.2，应用设置。Step8 选择菜单项 ,应用设置。Step9 选择菜单项 ,组合对象。Step10 选择菜单项 ，应用设置。Step11选择菜单项 选,设置Substract对话框，应用设置。2.6创建辐射边界Step1 选择菜单项 ，应用设置。Step2 选择菜单项，应用设置。Step3 选择菜单项，打开对话框并检查边界情况，结果为。关闭对话框，至此，屏蔽体设置完成。 第三章 屏蔽体性能的仿真分析及其结果3.1设置添加对屏蔽体的分析功能并分析模型Step1 选择菜单项,设置Solution Setup对话框，Step2 选择菜单项,设置Edit Frequency Sweep对话框，Step3 选择菜单项,完成检查。Step4 选择菜单项，进行分析数据。3.2计算屏蔽体的数据及创建分析报告Step1 选择菜单项，查看概括，如内存使用时间、计算时间、剖分的四面体数目等。切换到Covergence选项卡，查看收敛性，从图像上可以观察到迭代5次就收敛了。Step2 选择菜单项自动生成S11曲线表。图表为在一个闭合的腔体，材料为PEC上开了一个缝隙Slot后，有一部分S11很小，在图中约为1.08GHz附近处，说明外部频率为1.08GHz的信号能量能够通过小孔进入屏蔽体内部，或者屏蔽体内部频率为1.08GHz的信号能量能够通过小孔辐射到外部，屏蔽效果过不好。Step3 选择菜单项如图所示为通过缝隙传输到外部或者外部通过缝隙输入到腔体内部的能量，具体分析与S11的曲线图分析结果相同，也是在1.08GHz处受到的干扰程度最大。3.3保存屏蔽体工程并保存其分析报告选择一个对象来绘制场，在HFSS软件中，绘制电场/磁场分布图，必须要先选择一个物体，比如：想观察一个平面上得电场/磁场分布，首先必须选择这个平面，然后