微带线电磁辐射的等效建模与辐射干扰分析

叶志红,王 溢,裴忠铭,袁艺峰

(重庆邮电大学 通信与信息工程学院,重庆 400065)

1 微带线电磁辐射的等效源建模

首先,使用电磁仿真软件FEKO 建立PCB 上L 形的微带线结构模型,如图1 所示。PCB 板尺寸为100 mm×100 mm,厚度为1 mm,基板材料的相对介电常数为4.8。L 型微带线的左端口接有幅度为1 V、频率为1 GHz 的集总电压源作为激励,另一端口接有50 Ω 的电阻。

图1 PCB 板和L 形微带线物理模型

其次,在PCB 板上方3 cm 处设置观察面,提取观察面各点的磁场信息,观察面大小为100 mm×100 mm,观察点数为100。根据Shi[1]、项方品[2]的叠加思想,将微带线的电磁辐射通过偶极子阵列进行等效,则观察面各点的磁场由偶极子阵列各单元在该点产生磁场的累加。等效磁偶极子阵列作为辐射源,在靠近接地板的边界会产生边缘衍射效应。为了避免此情况的发生,等效磁偶极子阵列需分布在比PCB 尺寸小6h～10h的区域,其中h为PCB 的厚度。然后,根据镜像原理和格林函数,构建偶极子阵列磁矩与观察面磁场之间的关系矩阵,并对矩阵方程进行求解,得到偶极子阵列各单元的磁矩大小。

最后,采用FEKO 软件对等效偶极子阵列进行建模与仿真,提取同一位置观察面上的磁场分布,与真实L 形微带线产生的磁场分布进行对比,来验证该等效模型的正确性。由图2 可知,偶极子阵列与L 形微带线产生的电磁辐射场基本保持一致,验证了偶极子阵列等效方法的正确性。

图2 观察面上磁场分布的对比结果

2 微带线等效模型电磁干扰分析

L 形微带线产生的电磁辐射,将作用到邻近的微带线上,耦合产生干扰信号,从而对微带线端接电路的正常工作造成影响。因此,利用FEKO 软件,将L 形微带线通过偶极子阵列进行等效建模,并以此辐照其邻近的微带线,仿真分析微带线长度变化对端接负载干扰响应的影响。

图3 给出了微带线长度变化时,微带线端接负载上的干扰响应变化曲线。可以看出,微带线越长,耦合进入微带线端接负载的电压越大。由此可知,在进行PCB 微带线布局设计时,应避免使用过长的微带线,以减少空间电磁场的干扰。

图3 微带线长度与端接元件上干扰响应的关系曲线

3 结语

本文采用FEKO 电磁仿真软件,结合镜像原理和格林函数,实现了对PCB 板上L 形微带线电磁辐射,通过偶极子阵列实现了对PCB 板上L 形微带线电磁辐射的等效建模,避免了对精细微带线结构的直接建模。在此基础上,仿真分析了L 形微带线对其邻近微带线的电磁干扰特性。