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CN113194704B - 一种用于保护腔体内部工作电路的方法 - Google Patents

一种用于保护腔体内部工作电路的方法 Download PDF

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CN113194704B CN202110509211.8A CN202110509211A CN113194704B CN 113194704 B CN113194704 B CN 113194704B CN 202110509211 A CN202110509211 A CN 202110509211A CN 113194704 B CN113194704 B CN 113194704B
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杨晓宁
杨勇
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Abstract

本发明属于电磁防护技术领域，涉及到一种抑制腔体谐振模式的方法，其特征是：至少包括如下步骤：1)获得矩形屏蔽盒的内腔体尺寸l×a×b；其中，l,a,b为内腔体的长宽高；2)找到与工作电路频率相近的谐振点和对电路影响最大的矩形屏蔽盒谐振点；3)根据步骤1)获取的谐振点设计相应的金属框架，并将金属框架通过焊接固定在屏蔽盒盖板的底部，用于抑制谐振腔的谐振点；4)检查盒体组装是否合适，合适结束，不合适，削去盒体部分材料，返回步骤4)。它针对矩形金属屏蔽盒在谐振频点的屏蔽效能的不足，提供一种成本低廉、加工方便的抑制腔体谐振模式的方法，以便用以保护工作在腔体谐振频率点的电路。

Description

一种用于保护腔体内部工作电路的方法
技术领域
本发明属于电磁防护技术领域，涉及到一种用于保护腔体内部工作电路的方法，可用于保护屏蔽腔体内部工作在特殊频点的电路。
背景技术
电子设备中存在大量的敏感电子元件可能会因为受到外部复杂的电磁环境的干扰而无法正常工作，甚至损坏，其中典型的器件如低噪声放大器。
为了保护电路，必须引入保护措施。导电率高的金属(如铝)，因为对外来电磁波具有良好的反射，同时成本足够低，所以可以将金属制作成屏蔽电磁波的腔体，用来保护电路。矩形金属屏蔽盒被广泛地使用，以保护电路。
但同时矩形金属屏蔽盒因为加工的问题而必然存在缝隙，屏蔽盒受到电磁脉冲辐照时，电磁波可以通过缝隙耦合进入金属腔体内部，在特定的频点形成不同谐振模式，对于工作在这些频点的电子元器件，腔体内的电磁谐振会产生严重的干扰甚至，纯粹的矩形屏蔽腔体无法起到有效的保护作用，反而可能因为腔体内的谐振电磁环境对电路造成破坏。
发明内容
本发明是针对矩形金属屏蔽盒在谐振频点的屏蔽效能的不足，提供一种成本低廉、加工方便的用于保护腔体内部工作电路的方法，以便用以保护工作在腔体谐振频率点的电路。
本发明的目的是这样实现的，一种用于保护腔体内部工作电路的方法，其特征是：至少包括如下步骤：
1)获得矩形屏蔽盒的内腔体尺寸l×a×b；其中，l,a,b为内腔体的长宽高；
2)找到与工作电路频率相近的谐振点和对电路影响最大的矩形屏蔽盒谐振点；
3)根据步骤1)获取的谐振点设计相应的金属框架，并将金属框架通过焊接固定在屏蔽盒盖板的底部，用于抑制谐振腔的谐振点；
4)检查盒体组装是否合适，合适结束，不合适，削去盒体部分材料，返回步骤4)。
所述步骤1)的l,a,b为内腔体的长宽高符合如下条件(l＞a＞b)。
所述步骤2)包括如下步骤：
(1)矩形屏蔽盒内腔体的顶面由盒盖的底面构成，设内腔体的顶面为a×l；以内腔体底面的一个顶点为原点建立直角坐标系，其底面宽边所在的轴为+x轴，内腔体的高所在的轴为+y轴，底面长边所在的轴为+z轴，腔体内的电场服从波动方程：
Figure BDA0003059073720000021
其中
Figure BDA0003059073720000022
为腔体内的电场矢量，
Figure BDA0003059073720000023
为拉普拉斯算子，
Figure BDA0003059073720000024
k为相应电场的角频率，μ0是真空中的磁导率，ε0是真空中介电常数。
(2)由谐振腔理论可知，谐振腔内的电场纵向场分量服从
Figure BDA0003059073720000025
m,n,p为非负整数，分别为电场在长宽高方向上的半周期数，且m,n,p，至少有两个正整数，不同的m,n,p对应着不同的谐振模式；
(3)记不同的谐振频点记为fmnp，
Figure BDA0003059073720000031
其中c光速：3×108m/s，找到与工作电路频率相近的谐振点，找到对电路影响最大的谐振点，即min(|fmnp-f0|)，记此时的fmnp为FMNP。
所述步骤3)包括根据谐振点设计相应的金属框架，并将金属框架通过焊接固定在屏蔽盒盖板的底部，用于抑制谐振腔的谐振点。
所述金属框架由两种不同类型的矩形金属条构成，包含M根长度约为l，宽约为
Figure BDA0003059073720000032
的一型金属条和P根长度约为a，宽约为
Figure BDA0003059073720000033
的二型金属条。
所述一型金属条平行于所述盒盖的长边，且两端同盒盖的两宽边对齐。
所述一型金属条的几何中心的x坐标为
Figure BDA0003059073720000034
k为正奇数；P根长度约为a。
所述二型金属条平行于所述盒盖的宽边，且两端同盒盖的两长边对齐。
所述二型金属条的几何中心的z坐标为
Figure BDA0003059073720000035
k为正奇数。
一型金属条和二型金属条的金属条厚度均为h，h可按照屏蔽盒内空间余量合理选择尺寸，两种类型的金属条相互垂直嵌入，共同构成总厚度为h的金属框架。
本发明相比单纯使用屏蔽盒，具有以下优点：
1)成本低廉，
提高屏蔽效能所需要的材料是金属，可以是铝、铁、钢等金属材料，并且改造所需的材料数量较少。
2)加工方便
仅仅对屏蔽盒盒盖进行加工，利用屏蔽盒的空间余量对特定的谐振模式进行抑制以保护电路。
仿真结果表明，本发明方法提高了需要保护频率点的屏蔽效能。
附图说明
图1是本发明的实现流程图；
图2是矩形屏蔽盒的开盖结构；
图3是屏蔽盒盒盖焊接金属框架后的一般结构；
图4是矩形屏蔽盒内腔体尺寸为90×30×160，单位为mm时，使用本发明抑制f101模和不使用本发明的在腔体中心处的屏蔽效能对比图；
图5是矩形屏蔽盒内腔体尺寸为90×30×160，单位为mm时，使用本发明抑制f102模和不使用本发明的在腔体中心处的屏蔽效能对比图。
具体实施方式
参照图1和图2，本发明的具体实现步骤如下：
步骤1：获得矩形屏蔽体内腔体的尺寸；
假设矩形屏蔽盒的内腔体尺寸l×a×b，a,b,l为内腔体的长宽高(l＞a＞b)，所述矩形内腔体的顶面由盒盖的底面构成，设内腔体的顶面为a×l，以内腔体底面的一个顶点为原点建立直角坐标系，其底面宽边所在的轴为+x轴，内腔体的高所在的轴为+y轴，底面长边所在的轴为+z轴。
步骤2：计算需保护的电路工作电路频率f0相近的腔体谐振点；
设所需保护的电路工作电路频率f0，计算与f0相近的腔体谐振点，不同的谐振点记为fmnp，m,n,p分别为长宽高方向上的谐振驻波的数量，m,n,p为非负整数，且m,n,p至少有两个正整数
Figure BDA0003059073720000051
其中光速c＝3×108m/s，找到与工作电路频率相近的谐振点，即m,n,p使|fmnp-f0|最小，记此时的fmnp为FMNP。
步骤3：根据谐振模式设计相应的金属框架，并将金属框架焊接到屏蔽盒盖板底部。
所述金属框架由两种不同类型的矩形金属条构成。
如图3所示，包含M根长度约为l，宽约为
Figure BDA0003059073720000052
的一型金属条，所述一型金属条平行于所述盒盖的长边，且两端同盒盖的两宽边对齐，所述一型金属条的几何中心的x坐标为
Figure BDA0003059073720000053
P根长度约为a，宽约为
Figure BDA0003059073720000054
的二型金属条，所述二型金属条平行于所述盒盖的宽边，且两端同盒盖的两长边对齐，所述二型金属条的几何中心的z坐标为
Figure BDA0003059073720000055
两种类型的金属条厚度均为h，h可按照屏蔽盒内空间余量合理选择尺寸，两种类型的金属条相互垂直嵌入，共同构成总厚度为h的金属框架。
步骤4：焊接金属框架后的屏蔽盒，可进行适当的削去部分材料，以便于盒体组装。
本发明的效果可通过以下仿真实验进一步验证。
实验1，在矩形屏蔽盒内部尺寸为90×30×160，单位为mm时，采用本发明抑制工作模式f101，即需要提高约1.9Ghz处的屏蔽效能，其仿真得到的屏蔽效能对比如图4所示。采用本发明抑制f101谐振后，1.9Ghz处屏蔽效能由-19.8dB提升至24.3dB。
实验2，在矩形屏蔽盒内部尺寸为90×30×160，单位为mm时，采用本发明抑制工作模式f102，即需要提高约2.5Ghz处的屏蔽效能，其仿真得到的屏蔽效能对比如图5所示。采用本发明抑制f102谐振后，2.5Ghz处屏蔽效能由-21.7dB提升至27.8dB。
由以上实验可知，采用本发明后可显著抑制屏蔽盒内腔体的电磁谐振，提高屏蔽效能。

Claims (5)

1.一种用于保护腔体内部工作电路的方法，其特征是：至少包括如下步骤：
1)获得矩形屏蔽盒的内腔体尺寸a×b×l；其中，a,b,l为内腔体的长宽高；
2)找到与工作电路频率相近的谐振点和对电路影响最大的矩形屏蔽盒谐振点；
3)根据步骤2)获取的谐振点设计相应的金属框架，并将金属框架通过焊接固定在屏蔽盒盖板的底部，用于抑制谐振腔的谐振点；
4)检查盒体组装是否合适，合适结束，不合适，削去盒体部分材料，返回步骤4)；
所述步骤2)包括如下步骤：
(1)矩形屏蔽盒内腔体的顶面由盒盖的底面构成，设内腔体的顶面为a×l；以内腔体底面的一个顶点为原点建立直角坐标系，其底面宽边所在的轴为+x轴，内腔体的高所在的轴为+y轴，底面长边所在的轴为+z轴，腔体内的电场服从波动方程：
Figure FDA0003715968600000011
其中
Figure FDA0003715968600000012
为腔体内的电场矢量，▽为拉普拉斯算子，
Figure FDA0003715968600000013
k为相应电场的角频率，μ0是真空中的磁导率，ε0是真空中介电常数；
(2)由谐振腔理论可知，谐振腔内的电场纵向场分量服从
Figure FDA0003715968600000014
m,n,p为非负整数，分别为电场在长宽高方向上的半周期数，且m,n,p，至少有两个正整数，不同的m,n,p对应着不同的谐振模式；
不同的谐振频点记为fmnp，
Figure FDA0003715968600000015
其中c光速：3×108m/s，找到与工作电路频率相近的谐振点，找到对电路影响最大的谐振点，即min(|fmnp-f0|)，记此时的为FMNP；f0为所需保护的电路工作电路频率；所述金属框架由两种不同类型的矩形金属条构成，包含M根长度为l，宽为
Figure FDA0003715968600000021
的一型金属条和P根长度为a，宽为
Figure FDA0003715968600000022
的二型金属条；所述一型金属条的几何中心的x坐标为
Figure FDA0003715968600000023
k为正奇数；所述二型金属条的几何中心的z坐标为
Figure FDA0003715968600000024
k为正奇数。
2.根据权利要求1所述的一种用于保护腔体内部工作电路的方法，其特征是：所述步骤1)的a,b,l为内腔体的长宽高符合如下条件l＞a＞b。
3.根据权利要求1所述的一种用于保护腔体内部工作电路的方法，其特征是：所述一型金属条平行于所述盒盖的长边，且两端同盒盖的两宽边对齐。
4.根据权利要求1所述的一种用于保护腔体内部工作电路的方法，其特征是：所述二型金属条平行于所述盒盖的宽边，且两端同盒盖的两长边对齐。
5.根据权利要求1所述的一种用于保护腔体内部工作电路的方法，其特征是：一型金属条和二型金属条的金属条厚度均为h，h可按照屏蔽盒内空间余量合理选择尺寸，两种类型的金属条相互垂直嵌入，共同构成总厚度为h的金属框架。
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