机箱EMC屏蔽特性仿真分析
各种电磁场与电磁波现象都具有复杂的空间分布,但是电磁场与电磁波又具有不可见和不可触摸的特性,这使得大家对电磁问题以及电磁现象的理解有困难。而电磁场仿真可以通过科学可视化的效果,在帮助我们认识电磁场本质和变化规律方面起到重要作用。
机箱外壳的电磁场屏蔽性能是我们在做系统级设计时常见的挑战,一方面要保证机箱内辐射能量尽量少的向外泄露;另一方面希望保证内部设备尽量小的受到外界复杂电磁环境干扰。
本文利用Ansys HFSS软件,展示机箱的本征模分析过程,研究机箱最容易泄露或被 干扰的频率与空间分布,直观的展示出电磁场分布规律及其传播特性。
打开Ansys Electronics Desktop —> Insert HFSS Design。在HFSS Solution Type中选择Eigenmode仿真模式。
导入三维结构模型在Modeler ——> Import,Ansys HFSS支持导入各种主流的模型。此处建立了一个简单的机箱Box模型,示意整个仿真分析过程。
在模型管理窗口中,选中腔体模型,右击并选中Assign Material即可设置材料属性。此处将机箱Box1材料属性设置为vacuum。
(1)右击Box1,将边界条件设置为Perfect E。
(2)在Box1的一个面上有三个格栅型开窗面,右击这三个面,设置成Perfect H边界条件。
在Project Manager中,右击Analysis,点击Add Solution Setup,在弹出的窗口中进行如下设置。
在Solution菜单下选择Validate进行仿真前检查。检查无误后即可开始仿真。
在Results菜单下点击Solution Data即可查看仿真结果。结果显示多个模式频点,该机箱结构会产生谐振,机箱内电子设备如果工作在这些频点,极可能工作不正常,对外辐射风险很大;同样在这些频点,机箱内设备被 干扰风险也大。
在Project Manager中,右击Excitation,选择Edit Sources,可以设置所有模式的激励状态,每次设置一个激励,以查看对应模式频点的三维电场分布。
然后选中Box1,在Project Manager中右击Field Overlays,选择Plot Fields ——> E ——> Mag_E,生成该激励模式下的三维电场分布图。亦可选中某个面,生成该激励模式下的二维电场分布图。
通过仿真,我们可以预知该机箱结构体的EMC屏蔽特性,预测机箱内电子设备是否能不受腔体影响正常工作。如果机箱谐振频点和电子设备工作频点重合,我们可以通过改变机箱结构对谐振频点进行优化,避开工作频点。仿真结果输出电磁场分布彩虹图,让我们直观看到电磁场强弱分布,泄露区位置是否和腔体开口重合,通过改变腔体结构和开口位置形状大小,指导我们进行EMC屏蔽特性优化。