HFSS电磁屏蔽电磁兼容设计试验

1、第一章屏蔽体的设计理念1.1屏蔽的概念及根本原理.31.2屏蔽体的根本问题和分析方法.41.3设计屏蔽体的根本参数设定.4第二章屏蔽体的建模过程2.1创立屏蔽体的单位模型及缝隙模型.52.2创立屏蔽体的外空气体及其设置.72.3创立同轴屏蔽罩及同轴芯.112.4设置屏蔽体的鼓励及指定鼓励端口.142.5创立电阻及空气腔.152.6创立辐射边界.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立分析报告.263.3保存屏蔽体工程并保存其分析报告.302第一章屏蔽体的设计理念1.1屏蔽体的概念及根本原理屏蔽是电磁兼容工程中广泛采用的抑

2、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台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，以防止干扰源对其干扰。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 大小有很大差异。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

3、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屏蔽体的根本问题和分析方法此例讲解如何在HFS滋计环境下创立、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，理解能量耦台机制是十分必 要的。1.3设计屏蔽体的根本参数设定I

4、. Ansoft HFSS设计环境：1三维几何模型：长方体、长方形、圆柱体。2边界/端口鼓励：边界：集总RLC边界，集总端口鼓励。2.Ansoft HFSS准备工作：安装HFSS1桥成功破解。4第二章屏蔽体的建模过程2.1创立房蔽体的单位模型及缝隙模型Stepl选择菜单项 四业坦如 g,弹出对话框，设置单Step2在三维模型材料工具栏上，选择vacuum项。vacuumiodel 匕Step3选择菜单项3 球 -,创立内部空气体，具体尺寸位为cm,并应用设置。r opcrfes: EMI - HFS&Des gnl - Modeler参数为:6并切换到Atteibute选项卡，在Nam

5、f输入Air_Inside并修改透明度为0.6 ,应用设置。Step4选择菜单项lPraw-,创立缝隙模型，具体尺寸参数为:Properties: EMI - HFESDES-ignl - ModelerCawand | Attribute |Nie 1Va.lLuelinlt | Evaluat. DescriptionCosnad CreateBosCordln. Global0 0. Z?wQlSi.i.e-0- OS2K-0. MenYSize0.1CM0aloZSize12CRL2cn Ehg HiddenProperties: EMI - HFSSDesignl - Modeler

6、COMand Attribute |Shotf Hiddfn8并切换的Attribute选项卡，在Nam乖输入Slot并修改透明度为0.4 ,应用设置。2.2创立房蔽体的外空气体及其设置Stepl选择菜单项 回M- ,创立长方体，具体尺寸参数为:Properties: EMI - HFSSDesignl - ModelerCohan4 | Attribute|WaiteUnitDescriptIonCainandCrrateEQKCoordin.GlobalPosition-4. 05 . -4. 05 j.-4. 05CM-4uOSCRL.BuXSlze26. 1cnaa IsVSire20

7、,1孙leaZSlie38.1CH38- lew-Stww Bidden漏定I职淌Propertg： EMI - HFSSDesignl - ModelerCc*Rjnd ittribute|ValueUM i mi u玳；Dejcrlptln,HoneAirMaterial*vacuumSolve InsidflFteleiitationGloballadjelFDisplay Tirefra-i.?ElColorEditTransparent：. S-41*Show MiiidEn隔定I聪消并切换的Attribute选项卡，在Nam罪输入Air并勾选DisplayWireframe,且修改

8、透明度为0.8。Step2选择菜单项-eateBelativeCS, 板。保t:,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。10Step3在绘图平面工具栏上，改变激活平面为XZ平面。0击区fsDStep4选择菜单项，冬日虱如，创立圆柱体，具体尺寸参数为:Properties： EM - HFSSDiginl ModelerCOMand | Attribute |ValueUnitEvaluatBu DescriCorLinandCreateCylinderCoordlnale SystMRelaliveCSlCenter Pos

9、ition。顼网cm(JCR J. Or,.AilfYRadiij0.Lfcn0.IGHHEighl2 05ci2. 05cnRmber of Segments0Q41_ m _ |厂 Sh岬 Hidden11并切换的Attribute选项卡，在Nam罪输入Coax_Diel并修改透明度为0.2 ,应用设置。Step5选择菜单项Edit- 选择对象Air Inside、CoaxDiel、Solt并应用设置。1 Unite组合对象。开Select Definition，在列表中选择Pec项,Select DefinitionH-attrials laterlal FiltersSearchhyN

10、皿eSearch CriteriaLibraries同Sho* Rrcsjiect cteflniticl-Shor all llbrarilp位by Naiie-即PropertPerilttlvltyd1Kan?LgwtlPiiOriginGelatiw FernittivityRelative FerEabilityB-Condupalladium.SysLibraryffaterials1pacSysLitirary111色+。 龄国perfect condbuK-t orSyLibrarylaterials111E0龄HEplatimjLSsLibraryXateriftls11SS

11、OOOOOsltplexiglassSysLlhraryKaterllE3. 410pajyaaideSyrLibraryEaterla Is虻31DpolyesttrSysLibraryKatarlftlg3u210polyethyleneSyLibrarylaterials2,2510FHyflg Cdpper-Cli-1 ULTFI (tt.JSsLibraryXateri&lj3. OS10Pelyflon. CuFln (t)SysLibriryXatsrliLlB2.110FolyfIon Falyguide (tn)SysLihrarylaterialsg,3210Pts

12、lyflonJIorCm) (ta)SysLlbrarylaterlals2.5510polyisiideSyLibrarylaterials乩5104Ul,Effitove Haterials),应用设置。2.3创立同轴房蔽罩及同轴芯Stepl在绘图平面工具栏中改变激活平面为X乙选择菜单项IO翌Select Object By Name.诵一1取洎帮助ef/Edit Haterials dfl-ne Water! al (5)Add Material .BJiprt to Library.-Step6选择菜单项ModelerBooleanStep7在三维模型材料工具栏中选择select项，打

13、13Properties： EMI - HFSSD&Siignl - ModelerCMiand Attribute队欢OnitEvaluatr .-fcseriptimEead-r., |NiueCQaz.ShieldrRaterialrpec*rSolve IBurrOrient a.GlobalrNode同rDisp layBrrEditr|Transpa.10. 3r-Shv Hidden取消并切换的Attribute选项卡，在Nam罪输入Coax_Shield并修改透明度为0.3 ,应用设置。Step2选择菜单项DW1巳或泊妇创立圆柱体，即为同轴芯，具体尺寸参数为：gw 0

14、Cylinder,创立圆柱体即为同轴屏蔽罩，具体尺寸参数为:Properties： EM1 - HFSSDesignl - ModelerCons and Attribute色 |_YalueCoflnandCrca t eCyl 1 nderCwrdin, - RelativiffCSLCenter二.0 j 0AilsTRadius0.21HeightZ,05Iflunber。UnitEvaluat.DescriptionmOcx 0. i5CBZ EQ福定 取消14Properties： EMI - HFSSDesignl - ModelerCcwand | At tribute |IV

15、jIAEValueUnitEvaluiatr,DescriptionC-onnandCxeat eCylinderCoordiru .Rcl-atLvcCSlCenter 0 ,2. 05土0cnOen 2.t aAllsYEadlus0.08tiOfiesHeight-1&. 89E-1&.89CMHuiber .00Properties： EMI - HFSSCtiignZ Modeler并切换的Attribute选项卡，在Nam乖输入Coax_Pin并修改透152.4设置房蔽体的鼓励及指定鼓励端口Stepl选择菜单项些 吴，创立圆，具体尺寸参数为：Properties:

16、EMT - HFSSDiignl - ModelerPropertiES： EMI - HF5SDesignl - Modeler16Mane pllodelFDisplay.厂COIOTEditITranspa.，- 9I Shov Hidden褊走 联泪并切换的Attribute选项卡，在Nam乖输入pl并修改透明度为0.9 ,应用设置。Step2选择菜单项旦北_ 京1,选择p1,应用设置。Setp3选择菜单项HFS$|也世疑中-1业住PE|,在General界面上，设置Nam刮p12.5创立电阻及空气腔Step1选择菜单项相对坐标系，并在坐标输入区，设置X: 0.0，设置Y: -13.8

17、4 ,Cbbkafid AttTibute |alu&ITnitEvaluate Description Read-一.rrrrrrS Ry Na meModelerCoordinate SystemCreateRelative CS电Qffset以偏移的方式设置17设置Z: 0.0,创立坐标系CSProperties: EMT - HFSSDesign! - Modeler18体尺寸参数为:Properties： EMI - HFSSDesignil - ModelerConand |Attribute |KaleValueUni tfEvaluAt.DescriptionCoRft

18、aTidCrest eRectangleCo&rdin.GlobalPosition0. 08 . 0 , QCFLCLoscri. .AxislXStz?成戏0. 16TSize-CL 16cm-CL16mStep2在绘图平面工具栏，改变激活平面为XY,创立矩形，具0IDanc-on)19| Shor HiddenProperties: EMT - HFSSDesign! - Modeler20N-axeValueOnitEvaluateBLsescrlptlonRead-. RueResistorOrients.-.Glob&Lnmi*Disulay. .rColorEdi

19、tTranjpaB.0. 1P Shor Hidden璃定 翻治并切换的Attribute选项卡，在Nam乖输入Resistor并修改透明度为0.1 ,应用设置。Step4选择菜单项Edit 注如冬 _取Nag,选择Resistor,应用设置，指定集总RLC边界ResistorStep5选择菜单项Assign,设置Lumped RLC Boundary对话框,HFSSLumped RLC.-21并设置NewLine，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Lumped

20、 RLC BoundaryProperties: EMT - HFSSDesign! - Modeler22Coodrdinate System,从列表选择CS为Global ,并确定坐标系的选择。ModelerCoordinate SystemSet Working CS,设置SelectStep7选择,创立箱体，具体尺寸参数为:PropertFe-s: EMI - HFSSDesignl Modeler23CpsBJiid |Attribute)DianeValueUnitEvaluat,PDescriptionCoRHidCrtateEosCoordin.GlobalPosition-(

21、L 0505 -0- 05m-0.05UJL-uXSize2Z 1CB22.YSixe14.1ei14,leaZSlae30.1CH35ICH并切换的Attribute选项卡，在Nam乖输入Case并修改透明度为0.2 ,应用设置。Step8选择菜单项IEW_ 24By Name.置。Step9选择菜单项也Uniteg Select ObjectModelerOKClose应用设， 组合对象。Step10选择菜单项lEdit：lBooleanSelectrS By Name.置。Step11选择菜单项W Subtract.秒SelectObjectBoolean应用设选,设置Substract

22、对话框,252.6创立辐射边界Step2选择菜单项Radiation,. Subtract,应用设置。Stepl选择菜单项EditSelectQ Select Object,应用设置。IHFSSBoundariesAssign26框并检查边界情况，结果为,应用设中2Q网加FStep3选择菜单项HFSS,翻开对话27rSolver View of BoundariesNameTyP0Solver VisibilityVisibilityColorResistorUser Definedisible to solver.rRadiU$ar Oefiried Visible to solver.厂p

23、1User DefinedVisible to solverruterDefaultCh/erridden by other bound ar.r$msialDafauliVisible to solver.ZOClose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设置添加对房蔽体的分析功能并分析模型Stepl选择菜单项HFSSAnalysisietup。Add Solution Setup.,28Solution Setup对话框,Solution Stup29General Options | Advanced ExpresElon Cache | deriv

24、atives | DefaultsSolution Frequent |1-11UseDefaultsStep2选择菜单项。Add Solution Setup.c Add frequency Sweep.|,设置Edit Frequency Sweep对话框,Setup Naie:SetuplEnabledSolve Forts OnlAdaptive Solutions30Edit Frequency SweepGeneral DC Hstrapolation DefaultsSveeri Nane；|SCBP1Sweep Type:|Fast3D Fields Save Options(

25、* Save FieldsSave radiated fields only_ ijeiieiaicaiI-solve tine (AllITia-*- yaiidatior Checks|HFSSDesignlV&lidation Check completed.，Design Setting?寸 3D Model谆Boundaries andExcitEttioris4Mesh OperationsW Analysis e1iipVOpti metrics寸 RadiationClose完成检查。Step4选择菜单项HFS$. Anal淬Al-卜,/ EnabledDisplay

26、#_FrequjeiKyValidationCheck： EMI - HFSSDesignlAbort31回任HFSSEeslgnl DrivenTentlnalJjh Part Attributes: Rn.eTpP is alrisady used, use nane11:02:31下午 六月12 2021Objects Air.Inside* and *Coax_ Shield* inters eci. 11 12 43下午 六月1W* Z0120 Objects Coax.Shield andxCoax_Pln,Intersect. 11:12:43下午 六月12. 20210 Sol

27、ution Setup: tfo solution setups have been created. 11:12:43下午 六月1已2021O KoTal coiplelion of simulation on server; Local lachinEu 11 ;56;27下午 六月12. 2021O Vortal coipletlon of siiiulat Ion on server : Local Machine, DeiiredRAMlimitno1 sei.SolubonBasi-&Order. 1Solulion PracaesElapsed lime 00 00.00

28、. Hfcs ComEngina Memory. 46.8 MToted00.00:0000:00:00Time. 0613/201E 00.1620. SlalusNctmalCompletiun4 |kClose34,| = |回3132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，Terminals ParamererHF55D#W1 433jSolutions EMI - HFSSDesignlSimulalion. | Setup!lol 回3J从图像上可以观察到迭代5次就收敛了Step2选择菜单项Create Quick Re

29、port,.,Quick ReportActive Z ParameterDesignPassivityTerminal Port ZaTerminal S ParameterTerminal VSWRTerminal Y ParameterOKCancel自动生成S11曲线表。Design Varietion：Profile Convergence n：atrii Data | llesh Statistics |Close34图表为在一个闭台的腔体，材料为PEC上开了一个缝隙Slot后, 有一局部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

30、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HFSS、 Zsolts Report; EMI - HFSSDesignl - New Report - NewTrace(s)Fanllies | Families Display |boTraceSolution:Domain!Setup!: Sw&epl |Primary Sweep; Fr&qZF-DefaultFBTDR Options .|pe-delivered_niWRangeRmcticiin*Category:IvainiHbl

31、ESQuantity:Function:Fedelivered nwOiitout VariablesUpdate ReportI* Real tiiniiETerminal S Parametei ETerminal Y ParmeteilTerminal Z ParameteiT&nninalVSWRTerminalPort Zo Cmiin Dplavabsa cosacoshangdegnr *CloseibaFrcq|GHz|I 4D;.M.I&.M.I&a a-lHS-lHSl=-l=-F.F.l l& &圣窖Output Variables

32、u.Terminals ParamererHF55D#W1 435。Output Variables如下图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361.08GHz处受到的干扰程度最大。3.3保存!敝体工程并保存其分析报告选择一个对象来绘制场，在HFS澈件中，绘制电场/磁场分布图,必须要先选择一个物体，比方：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， 然后才能绘制电场/磁场分布图。这里想官场电场/磁场在屏蔽体内部的分布情况，首先须选择物 体Air。Stepl选择菜单项E竺Select。Select Object应用设置

33、。37Create Field Plot-Specify NameI-Specif/FolderDesign:Mag_E1bHeidFields Calculator.CoiegQiy: | StendaidQu旦ntityIn VolumeHFSSDesignlMag_E4ComplexMagLEVactOr_E Mag_HCamplexMag_HVector_H Mag_JsurlCamplexMag_Js url三Vacttjr_JsurfMagJvoiiComplexMagLJvolVectar_Jwci)Vactn r_Rs alPoyritin gLocal_SAPAerage.SARS urface_Ljoss_D ensityValuniB_LOSS_D ansityjt vm rtAirCo