毕业设计正文

1、基于HFSS的电磁屏蔽设计摘要电磁仿真的商业化软件在全球的第一个就是说明书设计的HFSS，业界公认的三维电磁场设计和分析的工业标准！这次设计的主要内容是基于HFSS的电磁屏蔽的设计，我通过市场上两种常见的两种手机壳进行了模拟，为了体现分析的对比性我采用了市场上的同一家公司的同一个系列产品，分别为市场上常见的PC材质手机壳（华为荣耀3c）和市场上常见的金属材质（华为荣耀7）的手机壳，通过对市场上常见的手机壳的对比调查对这两种手机壳进行分析调查、以及这两种材质的手机壳进行全方位多方面的分析、介绍和对比得到了我们基于HFSS的电磁屏蔽的分析结果。具体方法是通过不同材质手机壳中的腔体以及空隙分析，认识

2、了解孔缝和腔结构对屏蔽效能的影响,找出提高屏蔽效能的方法,在构建一个腔单腔的物理模型的基础上做了改进,建立孔阵列和带有分仓的矩形腔题模型,使用有限元仿真软件HFSS模拟和分析了屏蔽效能。屏蔽效能的结果表明：不同手机的材质分仓可使体内腔仓库的屏蔽效能改善,但对外仓的屏蔽效能的影响不大,而且使主谐波频率偏移。在保持孔缝不变条件下的区域,孔阵列的屏蔽效能比单腔要好，而且裂纹长宽比越小,屏蔽效能越好。关键字： 电磁屏蔽；手机外壳；屏蔽效能Electromagnetic shielding design of base on HFSSAbstractThis design by two common o

3、n the market two following are simulated, respectively for the PC material and the market of common metal materials, mainly through the following from cavity and gap analysis, understand seam hole and cavity structure on the effect of shielding effectiveness ,find out the ways to improve the shieldi

4、ng effectiveness, in building a single cavity on the basis of the physical model of single cavity made improvement, establish hole array and rectangular cavity with points warehouse model, using the finite element simulation software HFSS simulation and analysis was carried out on the shielding effe

5、ctiveness.The results show that the shielding effectiveness of warehouse can make the cavity in the body warehouse to improve, but little effects on the shielding effectiveness of the foreign storehouse, and makes the main harmonic frequency offset points storehouse;In keeping hole seam under the co

6、ndition of invariable area, hole array of shielding effectiveness is better than single cavity, and the crack aspect ratio is smaller, the better the shielding effectivenessKeywords:electromagnetic shielding；mobile telephone shell；shielding effectiveness目录1 绪论1 1.1 研究背景1 1.2 研究的内方法和意义12 电磁

7、屏蔽原理2 2.1 电磁屏蔽技术2 2.1.1 麦克斯韦方程组2 2.1.2 屏蔽的三种方式3 2.2 屏蔽基本原理5 2.2.1 电磁波的简介5 2.2.2 电磁屏蔽以及电磁屏蔽效能的定义63 手机外壳的设计分析8 3.1 市场常见手机外壳的设计及作用8 3.2 PC材质手机外壳设计12 3.2.1 PC材质优缺点12 3.2.2 外形和特点12 3.3 金属材质手机外壳设计13 3.3.1 金属材质优缺点13 3.3.2 外形和特点134 基于软件对上述手机壳仿真模拟设14 4.1 电磁仿真软件的介绍14 4.2 PC手机壳和金属手机壳的电磁屏蔽分析模拟14 4.2.1 求解类型的选择和模

8、型建立14 4.2.1.1 求解类型和单位长度15 4.2.1.2 屏蔽体创建15 4.2.1.3 波端口激励16 4.2.2 分析求解计算设置16 4.2.2.1 求解设置16 4.2.2.2 扫频设置16 4.3 数据结果分析18 4.3.1 PC材质分析计算结果18 4.3.2 金属材质分析计算结果19 4.4 两种材质手机壳对比结果分析205 两种手机壳基于hfss的电磁屏蔽分析226 结束语23致谢24参考文献25261 绪论1.1 研究背景随着社会电子产品越来越多,越来越繁杂,手机中不同的材质，不同的腔体设计对生活的影响越来越大，例如传统材质强调着强弱衰减，但是新型的材质，不论是P

9、C材质，还是金属材质都以不在是传统意义的单纯的金属或者PC，全部是各种复合材料，有着低成本，无污染，质量轻，频带宽和性能好的优点，因此对不同材质下的电磁屏蔽干扰分析越来越有必要，随着电磁干扰越来越严重,使用屏蔽电磁干扰设计是有效的减少对腔内电子设备的干扰的方法之一，完整的屏蔽腔屏蔽效能是好的,但在实际应用中,不可避免地在屏蔽腔穿有孔缝,用作电源线连接通风等等。然而,这些孔缝的存在会破坏的屏蔽完整性降低屏蔽腔屏蔽、电磁波耦合进入腔内,影响电子设备的正常运行,因此,研究电磁场的耦合规律，弄清楚多孔缝金属腔耦合场的分布,分析了孔隙对屏蔽效能的影响,指出如何提高屏蔽效能，具有实际工程应用前景。目前对单

10、孔单腔的屏蔽体研究工作很多，基本规律是:孔缝的形状大小和方向等对屏蔽效能影响较大，且在谐振频率上屏蔽效能很差。本文运用基于有限元法的电磁场仿真软件，对单层腔体模型做了改进，在腔体内部建立分仓和增加开孔数量，建立物理模型分析了屏蔽效能的变化规律，为在工程中减少电磁干扰，提高电磁能量利用效率提供了理论依据。1.2 研究的内方法和意义主要通过不同材质手机壳的不同性能指标进行模拟分析，主要运用的环境工具是设计环境，通过将手机壳抽象模拟建立出三维几何模型：长方体、长方形两种进行分析，分析设置边界/端口激励：边界：集总RLC边界，集总端口激励。研究的意义在于如何在HFSS设计环境下创建、仿真、分析一个屏蔽

11、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。指出如何提高屏蔽效能，如何减少工程中减少电磁干扰，提高电磁能量利用效率提供了理论依据。2 电磁屏蔽原理2.1 电磁屏蔽技术2.1.1 麦克斯韦方程组麦克斯韦电磁场理论的要点可以归结为：几分立的带电体或电流，它们之间的一切电的及磁的作用都是通过它们之间的中间区域传递的，不论中间区域是真空还是实体物质。电能或磁能不仅存在于带电体、磁化体或带电流物体中，其大部分分布在周围的电磁场中。导体构成的电路若有中断处，电路中的传导电流将由电介质中的位移电流补偿贯通，即全电流连续。且位移电流与其所产生的磁场的关系与传导电流的相同。

12、磁通量既无始点又无终点，即不存在磁荷。光波也是电磁波。麦克斯韦方程组有两种表达方式。1. 积分形式的麦克斯韦方程组是描述电磁场在某一体积或某一面积内的数学模型。表达式为： （1） （2） （3） （4）式（1）是由安培环路定律推广而得的全电流定律，其含义是：磁场强度H沿任意闭合曲线的线积分，等于穿过此曲线限定面积的全电流。等号右边第一项是传导电流 第二项是位移电流。式（2）是法拉第电磁感应定律的表达式，它说明电场强度E沿任意闭合曲线的线积分等于穿过由该曲线所限定面积的磁通对时间的变化率的负值。 这里提到的闭合曲线，并不一定要由导体构成，它可以是介质回路，甚至只是任意一个闭合轮廓。式（3）表示磁

13、通连续性原理，说明对于任意一个闭合曲面，有多少磁 通进入盛然就有同样数量的磁通离开。即B线是既无始端又无终端的；同时也说明并不存在与电荷相对应的磷荷。式（4）是高斯定律的表达式，说明在时变的条件下， 从任意一个闭合曲面出来的D的净通量，应等于该闭曲面所包围的体积内全部自由电荷之总和2. 微分形式的麦克斯韦方程组。微分形式的麦克斯韦方程是对场中每一点而言的。表达式为： （5） （6） （7） （8）式（5）是全电流定律的微分形式，它说明磁场强度H的旋度等于该点的全电流密度（传导电流密度J与位移电流密度之和），即磁场的涡旋源是全电流密度，位移电流与传导电流一样都能产生磁场。式（6）是法拉第电磁感应

14、定律的微分形式，说明电场强度E的旋度等于 该点磁通密度B的时间变化率的负值，即电场的涡旋源是磁通密度的时间变化率。式（7）是磁通连续性原理的微分形式，说明磁通密度B的散度恒等于零，即B线是无 始无终的。也就是说不存在与电荷对应的磁荷。式（8）是静电场高斯定律的推广，即在时变条件下，电位移D的散度仍等于该点的自由电荷体密度。除了上述四个方程外，还需要有媒质的本构关系式式中是媒质的介电常数，是媒质的磁导率，是媒质的电导率。2.1.2 屏蔽的三种方式屏蔽就是用导电或导磁材料制成的盒、壳、板、栅等结构形式,将电磁干扰场限制在一定的空间范围内,使干扰场经过屏蔽体时受到很大衰减,从而抑制电磁干扰源对相关设

15、备或空间的干扰。屏蔽是抑制电磁干扰源的有力措施之一。从屏蔽的侧重范围可大体分为电屏蔽、磁屏蔽和电磁场屏蔽三种： （一） 电屏蔽：即对静电或电场的屏蔽,防止或抑制寄生电容祸合,隔离静电或电场干扰。从场的观点看,电屏蔽实质是干扰源发出的电力线被终止于屏蔽体,切断易感受器与干扰源的联系从电路的观点看,屏蔽体起着避免或减少干扰源与感受器之间分布电容的藕合作用。主要的方式有静电屏蔽、近场电屏蔽。（二）磁屏蔽,即磁场屏蔽。用于防止磁感应,抑制寄生电感藕合,隔离磁场干扰。磁场屏蔽可分低频磁场屏蔽和高频磁场屏蔽两类。任何载流导体或线圈周围都会产生磁场,磁场随导体电流的变化而变化,这种变化的磁场常对周围的电子线

16、路或敏感器件造成干扰。电子线路中常存在有环形布线线圈、信号环路等,强信号环路易形成磁场发射,弱信号环路则更易受周围交变磁场的干扰。（三）电磁场屏蔽,用于防止和抑制高频电磁场（电磁波）的屏蔽。电磁场屏蔽是对电场和磁场同时加以屏蔽,这也是我们一般意义上屏蔽的俗称。在物理上,对于电磁场辐射源的周围,常分近场与远场两个范围。辐射源周围称近场,距离辐射源大于的范围称远场（为波长）。对于近场,若辐射源为高电压小电流,主要考虑的是电场干扰若辐射源为低电压大电流,则主要考虑磁场干扰。在远场中,由麦克斯韦方程,电场与磁场方向相互垂直,但相位相同,以电磁波的形式在空间向四方辐射能量。其对电路的干扰也是以电磁波能量

17、的辐射形式进行的。不能理解为近场中电场与磁场干扰的叠加。这里的电磁场屏蔽是用屏蔽体阻止电磁波在某空间传输的一种措施。电磁波在通过金属等屏蔽材料时,会受到一定程度的衰减,说明该材料对电磁波有屏蔽作用。屏蔽的效能与材料的性质和电磁波的特性等有关。下面以金属板为例,分析其对垂直入射的横电磁波的衰减特性与屏蔽功能。设有一块无限大的无孔、无洞、无缝隙的金属板放在某电磁场中,将空间分为两部分。设定辐射源在左部,其右侧为此金属板的屏蔽区域。同时设地面为无限大的均匀平面,如图2.1所示。图2.1 金属板对电磁波传播图入射电磁波由左至右传播,先到达金属板的左表面。因为金属板与空气属于不同传输介质,则将在金属板的

18、左表面产生反射波,使一部分电磁波向左折回,如图的H0r 、E0r。另一部分电磁波入射到金属内部,继续向右传播,在途中经过金属对电磁波的不 断吸收衰减后到达金属板的右界面。在金属板的右界面,一部分电磁波向左反射折回,仍在金属板内部传输,另一部分则穿过右界面继续向右传播。因为金属板的存在,区的电磁波必须经过反射、吸收、再反射等才能到达区,是一个场强逐渐减弱的过程。这个衰减过程可分为三部分,即左界面的反射、金属 内部的吸收、右界面的反射。故金属板的总屏蔽效果由三个参数组成,包括表面反射损 耗衰减（左右两个界面损耗之和）、吸收损耗衰减及金属板内部多次反射损耗衰减共三个部分。所以有： （9）式（9）中金

19、属板吸收损耗衰减的计算公式为： （10）式（10）中t屏蔽厚度（cm）；金属材料相对于空气导率；金属材料相对于铜的导电率；f电磁波频率。A项也可理解为涡流损耗,涡流产生的反磁场抵消了部分入射电磁波的电磁场,即认为是金属板吸收了一部分电磁能量而产生屏蔽效果的。式（9）中金属板表面反射损耗R（dB）对于垂直入射的横向电磁波而言： （12）式（12）中的R与金属板的厚度无关。金属板的导电性越好，R越大；金属的导磁性越好，R越小。式（9）中金属板内部多重反射损耗B（dB）B是金属板吸收损耗A的函数，A越小则B就越小。当A大于15dB时，B可忽略不计。现在常使用的表面金属化薄膜由于导电层很薄,吸收损耗变

20、得很小,主要靠反射 损耗起屏蔽作用。即使很薄的金属箔也有100dB以上的屏蔽效能,如常用的铜箔、钢箔等。从频率的角度看，吸收损耗随频率的增加而增加,反射损耗随频率的增加而降低。低频电磁波的大量衰减有赖于反射损耗R,而高频时的衰减则主要是吸收损耗的作用。金属网与金属板相比,屏蔽效能差很多,在高频时更为明显。当需要采用金属网屏蔽时,常采用双层或多层金属网屏蔽方式。屏蔽材料的选择对电磁屏蔽效能的影响非常重要,有些金属对电磁波的吸收损耗很大。如镍钢合金为恤,坡莫合金卿,但均价格格昂贵。常用的屏蔽材料是在铜、铁、铝等金属中加以选择。2.2 屏蔽基本原理2.2.1 电磁波的简介电磁波，是由同相且互相垂直的

21、电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波，是以波动的形式传播的电磁场，具有波粒二象性。电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场种电磁波在真空中速率固定，速度为光速。见麦克斯韦方程组。电磁波频率低时，主要借由有形的导电体才能传递。原因是在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，其能量几乎全部返回原电路而没有能量辐射出去；电磁波频率高时即可以在自由空间内传递，也可以束缚在有形的导电体内传递。在自由空间内传递的原因是在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能全部返回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去，不需要介

22、质也能向外传递能量，这就是一种辐射。举例来说，太阳与地球之间的距离非常遥远，但在户外时，我们仍然能感受到和煦阳光的光与热，这就好比是“电磁辐射借由辐射现象传递能量”的原理一样。电磁波为横波。电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变，其强度与距离的平方成反比，波本身带动能量，任何位置之能量功率与振幅的平方成正比。其速度等于光速c（3×108m/s）。在空间传播的电磁波，距离最近的电场（磁场）强度方向相同，其量值最大两点之间的距离，就是电磁波的波长，电磁每秒钟变动的次数便是频率f。三者之间的关系可通过公式。电磁波的传播不需要介质，同频率的电磁波，在

23、不同介质中的速度不同。不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大折射率越大，速度越小。且电磁波只有在同种均匀介质中才能沿直线传播，若同一种介质是不均匀的，电磁波在其中的折射率是不一样的，在这样的介质中是沿曲线传播的。通过不同介质时，会发生折射、反射、衍射、散射及吸收等等。电磁波的传播有沿地面传播的地面波，还有从空中传播的空中波以及天波。波长越长其衰减也越少，电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。机械波与电磁波都能发生折射、反射、衍射、干涉，因为所有的波都具有波动性。衍射、折射、反射、干涉都属于波动性。2.2.2 电磁屏蔽以及电磁屏蔽效能的定义所谓电磁屏蔽,是由导电或磁性金属屏蔽电磁

24、干扰来源限制在一定范围内,使干扰源从一侧的消耗或当其辐射到的另一边出现抑制或衰减。电磁屏蔽主要是用来防止高频电磁场的影响，从而有效地控制电磁波从某一区域向另一区域进行辐射传播。基本原理是采用低电阻值的导体材料，利用电磁波在屏蔽体表面的反射、在导体内部的吸收及传输过程中的损耗而产生屏蔽作用。电磁屏蔽的目的就是抑制电磁噪声的传播，使处在电磁环境中的仪器在避免电磁干扰的同时也不产生电磁干扰，通常采用导电性、导磁性较好的材料把所需屏蔽的区域与外部隔离开米。屏蔽体的有效性是用屏蔽效能来度量的，屏蔽效能定义为：在电磁场中同一地点没有屏蔽存在时的电磁场强度与有屏蔽时的电磁场强度的比值，它表征了屏蔽体对电磁波

25、的衰减程度。用于电磁兼容目的的屏蔽休通常能将电磁波的强度衰减到原来的百分之-至百万分之一，因此通常用分贝来表述屏蔽效能。屏蔽效能： （13）式（13）中的是无屏蔽材料时该点的场强，是有屏蔽是该店的场强。当SE小于30dB为差，30dB60dB为中等可以用于一般的工业或者商业用电子设备；60dB90dB为良好，可用于航空航天以及军用仪器设备的屏蔽；90dB以上为优，用于要求苛刻的高精度高敏感度的产品。一般情况下根据实际情况，对于大多数的屏蔽材料，在30MHZ1000MHZ斌率范围之间，其SE至少达到35dB以上，方认为是有效屏蔽。本次论文中的两种屏蔽材料根据资料显示其SE都是30dB60dB之间

26、。符合一般工业及一般商用电子设备的使用要求。而且PC和金属材质的都是有效屏蔽。2.2.3影响电磁屏蔽效能的因素影响电磁屏蔽效能的因素是多方面的，其中主要的来说概括为以下三点：1. 材料的导电性，磁导率以及材料的厚度；材料本身的特征对电磁屏蔽的影响是很大的，如本设计中的PC材质和金属材质就本身的材质特性而言对电磁屏蔽效能就有着不同的值，这是材料本身的特点决定的，无从改变。2. 材料的结构形状以及气密性；再有就是材质的形状，内腔，空隙等制造需求上的要求，也有着一定程度的影响。3. 安装工艺。安装工艺主要说安装上的好坏对电磁屏蔽效能有着不同的影响。3 手机外壳的设计分析3.1 市场常见手机外壳的设计

27、及作用人们常说，“人配衣冠、马配鞍”，一部手机要“打动”消费者，不仅靠的是出色的性能配置，同时还有出色的外观设计。而在外观设计中，手机外壳材质的选择也 是非常重要的。它不仅仅是手机强有力的“保护伞”，同时也是提升产品体验最最直接的部分。下面我们简单明了的来介绍一下市场上常见的手“形色各异”的手机外壳。1 PC塑料(聚碳酸酯)首先我们先来聊聊我们在平日里最最常见的一种手机外壳材质塑料。塑料材质之所以能受到世界范围内手机生产厂商的青睐，还是于这种材质“得天独厚”的可塑性以及低廉的成本价格分不开。虽然大家或多或少会觉得塑料外壳更低端、没有太出色的质感，但塑料还是有着很多像金属材质外壳所不能比拟的优势

28、。在这其中，应该属手机信号方面最具优势了，而这，也恰恰是作为手机最最基础的功能。图3.1 酷派大神 F1样照再回到质感上来说事儿，手机塑料材质外壳的制作工艺发展到现在，也已经不再算是非常low的了。从目前热销的机型来看，千元机中的红牛V5(塑料机身加入烤漆工艺)，到采用聚碳酸酯(塑料材质的一种)的iPhone 5c，再到把塑料材质做成类皮质感的三星Note3/S5。同样采用塑料，能把手机做成各种手感、风格不同的手机，真的也是相当难得。图3.2 iPhone5c样照其实，塑料手机外壳机身也还具有着耐冲击、耐磨损等良好的防护特性，即便你是在使用时不小心把手机跌落到地上，拥有塑料机身的手机也不会像一

29、些玻璃或金 属手机那样“娇气”。只要不是屏幕摔碎，拿起手机拍拍尘土，接着用。2 金属材质图3.3 HTC One M8作为质感超群的金属材质，相信很多人都是对它赞美有加，手上拿一款像Mate 8、iPhone5/5s那样“金属制造”的手机，不论是从观感还是到实际的使用感受，都透着一丝“高大上”。图3.4 iPhone5掉漆现象不过凡事向来都具备着两面性，金属手机外壳同样也是如此，既然给了你在观感、手感上的“美好”，那么在另外一些方面就会让你感觉不太省心了。限于金属材质的特性，可塑性差，这也使得拥有金属外壳的手机在良品率方面也不是很高。就拿之前的iPhone5来说，它所拥有的阳极氧化铝工艺的金属

30、外壳，因为制作工艺上的缺陷产生产品掉漆，也是被用户广为诟病。好在，之后推出的iPhone5s在这个问题上得以解决。图3.5 nubia X6信号问题，向来也是具有金属材质外壳手机的一大症结。相信细心的朋友也能有所发现，很多号称是金属机身的手机，在某一处或某几处还是会多多少少出现一些 “断开”。这样做的目的是出于对手机接受信号的考量，因为手机所发出的信号是电磁波，当你的手机接收到电磁波以后，产生感生电流，通过检波、滤波、放大等 电子功能转变为声音、图像等信号(类似于电视、广播的原理)。图3.6 iPhone5s但是，如果手机外面全包裹为金属材料的话，电磁波就会在金属材料内部产生感生电流，这些微弱

31、的感生电流就会消耗于金属材料，而不会传到手机接收部分，所 以接收不到信号，话句话说，就是说产生了屏蔽作用。所以，金属机身在某个位置做“断开”(并不是真正的断开，仅是在金属与金属间加入可以便于接收信号的塑 料等材质)。别看金属外壳质感好，但工艺复杂，当然这手机售价自然也是会高出一些了。3 玻璃玻璃材质就更为“娇气”了，虽然也是有着很不错的质感和手感，但喜欢沾惹油污和指纹的“癖好”以及略显“脆弱”的小身板，不知道大家还能不能忍受的了。图3.7 iPhone4s经典的机型即便我不说，大家也能罗列出很多，iPhone4/4s、谷歌“四太子”Nexus 4以及索尼最新推出的旗舰产品Z2，也都是引以为傲的

32、标杆性产品。虽然说使用玻璃机身的手机没有了金属那般高贵的“身姿”，但用起来也并不会像塑料一样显 得太过平常。我自己对Nexus 4背面玻璃的设计印象深刻，在光线的反射下产生的“眩光”看起来非常棒。拿在手上也会感觉很是温和、细腻。采用玻璃工艺的手机，在信号方面也不用担心太多，手机中加入的内置天线就可以将这些问题轻松搞定。此外还有一些手机厂家为了追求特色，独创了一些有特色的手机外壳比如凯芙拉、碳纤维、木质等材料，由于这些属于市场上的小众产品故不做过多的介绍。本设计就单单的对PC材质的手机和金属材质的手机壳进行介绍。3.2 PC材质手机外壳设计3.2.1 PC材质优缺点优点：工艺成熟缺点：外观不够“

33、高大上”、机身质感不强塑料材质之所以能受到世界范围内手机生产厂商的青睐，还是于这种材质“得天独厚”的可塑性以及低廉的成本价格分不开虽然大家或多或少会觉得塑料外壳更低端、没有太出色的质感，但塑料还是有着很多像金属材质外壳所不能比拟的优势。在这其中，应该属手机信号方面最具优势了，而这，也恰恰是作为手机最最基础的功能。因此就电磁屏蔽效能来说PC材质的手机外壳还是弱的。再回到质感上来说事儿，手机塑料材质外壳的制作工艺发展到现在，也已经不再算是非常low的了。现在工艺上采用塑料，能把手机做成各种手感、风格不同的手机，真的也是相当了得。3.2.2 外形和特点对于PC材质来说，其具有强大的可塑性，并且随着制

34、造工艺的进步还会有着更多的更加好用的特色。由于PC具有很强的可塑性，所以对于PC来是市场上很受欢迎的一种材料，并且越来越多手机外壳投入到了PC的怀抱。再回到质感上来说事儿，手机塑料材质外壳的制作工艺发展到现在，也已经不再算是非常low的了。现在工艺上采用塑料，能把手机做成各种手感、风格不同的手机，真的也是相当了得。图3.8 PC材质塑料壳3.3 金属材质手机外壳设计3.3.1 金属材质优缺点优点：质感及触感更好缺点：信号接受能力差、表面容易留下使用痕迹、良品率低导致成本较高作为质感超群的金属材质，相信很多人都是对它赞美有加，手上拿一款像华为Mate8、iPhone5/5s那样“金属制造”的手机

35、，不论是从观感还是到实际的使用感受，都透着一丝“高大上”。不过凡事向来都具备着两面性，金属手机外壳同样也是如此，既然给了你在观感、手感上的“美好”，那么在另外一些方面就会让你感觉不太省心了。限于金属材 质的特性，可塑性差，这也使得拥有金属外壳的手机在良品率方面也不是很高。就拿之前的iPhone5来说，它所拥有的阳极氧化铝工艺的金属外壳，因为制作 工艺上的缺陷产生产品掉漆，也是被用户广为诟病。好在，之后推出的iPhone5s在这个问题上得以解决。3.3.2 外形和特点金属是目前最火热的材质，也是目前最难驾驭的材质。大家偏爱金属作为手机材质，是因为金属无论在质感及触感上，都有着塑料比不上的“高大上

36、”气质。金属与塑料，最大的成本在于制作工艺复杂且成品的良品率较低。最后说到信号问题，对于金属材质的手机，天线几乎一定要采用外置设计，在机身上开口，加强信号溢出与接收。这样的情况在不带手机保护壳的时候没有区别， 但当手机带上了保护壳，保护壳遮挡住外置天线时，会使手机无线信号接收能力大大减弱。一旦外界信号强度不够或者不稳定时，手机很容易失去信号。而不带保护 壳时，由于阳极氧化处理，金属材质表面更容易造成并显现划痕处理。图3.9 金属材质手机外壳4 基于软件对上述手机壳仿真模拟设4.1 电磁仿真软件的介绍是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真软件，业界公认的三维电磁场设计和分析的工业标准。提供了一

37、简洁直观的用户设计界面、精确自适应的场解器、拥有空前电性能分析能力的功能强大后处理器，能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场。软件拥有强大的天线设计功能，它可以计算天线参量，如增益、方向性、远 场方向图剖面、远场3D图和3dB带宽；绘制极化特性，包括球形场分量、圆极化场分量、Ludwig第三定义场分量和轴比。使用HFSS，可以计算： 基本电磁场数值解和开边界问题，近远场辐射问题； 端口特征阻抗和传输常数； S参数和相应端口阻抗的归一化S参数； 结构的本征模或谐振解。而且，由Ansoft HFSS和Ansoft Designer构成的Ansoft高频解决方案，是目前唯一以物理原型为基础的

38、高频设计解决方案，提供了从系统到电路直至部件级的快速而精确的设计手 段，覆盖了高频设计的所有环节。是当今天线设计最流行的设计软件。4.2 PC手机壳和金属手机壳的电磁屏蔽分析模拟4.2.1 求解类型的选择和模型建立本设计使用HFSS分别对两种PC材质和金属材质的手机壳分别建模并且进行分析。这次建模以实际的情况为基础进行简化，我主要选择的手机外壳是市场上常见手机的外壳主要牌子为华为honor3c（如图4.1所示）和华为honor7（如图4.2所示）主要体现的是背面摄像头孔和闪光灯孔，对于侧面的耳机孔，音量键孔，开关键孔，充电器孔，统一进行了忽略，我们主要是对背面进行分析，而背面上影响最大的是摄像

39、头孔和闪光灯孔。图4.1 华为honor3c手机外壳图4.2 华为honor7手机外壳4.2.1.1 求解类型和单位长度设置求解类型和单位长度，两种求解类型均为Driven Modal 类型。单位长度默认设置为mm。4.2.1.2 屏蔽体创建屏蔽体的创建，如图4.1a）和4.1b）所示：其中白色手机壳为塑料（PC）材质手机壳，长宽高分别为50mm*120mm*5mm，摄像头孔半径为5mm，闪光灯孔半径为2mm；土豪金手机壳为金属材质手机壳，长宽高分别为50mm*120mm*8mm，摄像头孔半径为5mm，闪光灯孔半径为2mm。图4.3a） PC材质手机外壳模型图4.3b）金属手机壳模型4.2.1

40、.3 波端口激励 设置波端口激励，按F键到面选状态，单击金属手机壳x=120处平行于yz面的平面和PC手机壳y=120处平行于xz面的平面，选中中的面会进入高亮模式 。如图4.4a）和图4.4b）所示，然后设置端口的积分校准线。PC材质手机壳壳的积分校准线起始点坐标为（25,120，0），终止点坐标为（25,120,5）。金属材质手机壳的起始点坐标为（120，25，0），终止点坐标为（120，25，0）。图4.4a） 金属手机壳 4.4b）PC手机壳4.2.2 分析求解计算设置4.2.2.1 求解设置添加求解设置：PC材质的手机壳和金属材质的手机壳设置的solution Frequency项都

41、设置为10GHZ；4.2.2.2 扫频设置 添加扫频设置；两种手机壳设置的参数相同，设置的参数如表4.1所示；TypeLinear SetupStart8GHZStop10GHZStep Size0.01GHZ表4.1 两种手机壳扫频设置的参数验证设计有没有错误；如图4.5a）和图4.5b）所示4.5a） 金属材质的正确性判断图4.5b ）PC材质的正确性的判断运行仿真分析；如图4.6a），图4.6b）所示；图4.6a） PC材质的运行仿真分析图4.6b） 金属材质的运行仿真分析运行仿真分析结束后，我们处理查看各种仿真结果。4.3 数据结果分析4.3.1 PC材质分析计算结果1. PC材质手机

42、壳图形化显示S参数计算结果如图4.7所示：图4.7 PC材质手机壳S参数模拟分析结果2. 动态演示场分布结果PC材质手机壳背面的场分布如图4.8所示。图4.8 PC材质手机壳背面的场分布图PC材质手机壳的场分布动态演示截图如图4.9所示。图4.9 动态演示的场分布截图通过以上的分析我们可以知道在PC手机外壳的表面添加摄像头和闪光头的孔后，在图中有一部分的msg（s（port1，port1）的值很小很小。说明在8.50GHZ处受到的干扰比较大，在上图的约模8.50GHZ处。说明外部有8.50GHZ的信号能量能通过小孔进入手机壳的内部，或者手机壳的内部有大约8.50GHZ的信号通过这两个空隙（闪光

43、灯孔和摄像头孔）向外辐射！4.3.2 金属材质分析计算结果1. 金属材质手机壳图形化显示S参数计算结果如图4.10所示：图4.10 金属材质手机壳S参数模拟分析结果2. 动态演示场分布结果金属材质手机壳背面场的分布如图4.11所示。图4.11 金属材质手机壳背面的场分布图通过以上的分析我们可以知道在金属材质手机外壳的表面添加摄像头和闪光头的孔后，在图中有一部分的msg（s（port1，port1）的值很小很小。说明在8.25GHZ处受到的干扰比较大，在上图的约模8.25GHZ处。说明外部有8.25GHZ的信号能量能通过小孔进入手机壳的内部，或者手机壳的内部有大约8.25GHZ的信号通过这两个空隙（闪光灯孔和摄像头孔）向外辐射！4.4 两种材质手机壳对比结果分析通过图4.12和图4.13对比分析我们可知道：图4.12 PC材质手机壳S参数模拟分析结果图4.13 金属材质手机壳S参数模拟分析结果在在同一系列型号手机的两种不同材质手机外壳（PC材质和金属材质）的表面添加摄像头和闪光头的孔后，其中一部分的msg（s（port1，port1）的值都会很小很小。这就说明两种不同的手机壳，在不同的手机的在空隙处受到的干扰都是比较大，（如图12和图13的8.25GHZ和8.50GHZ处）。说明外部有8.25GHZ或者8.50GHZ的信号能量能通过小孔进入手机的内部，或者手机壳的内部有大约