CST详解EMC屏蔽线缆设计中的“猪尾巴效应“
”最近小编也是遇到屏蔽的问题,之前没有研究过这一块,所以最近就小小研究了一下屏蔽,抱着边学边写边分享态度,准备写一系列关于屏蔽的文章,就像之前写的PCB平面变压器系列一样“在电磁兼容(EMC)设计中,屏蔽电缆的正确处理往往决定了整个产品的辐射发射表现。然而,很多工程师在实际操作中,为了方便或节省成本,习惯性地将屏蔽层拧成一股“猪尾巴”再接地。殊不知,这一拧,拧掉的不仅是时间,还有整个设备的EMC性能。
今天,我们就结合CST仿真,来深入剖析“猪尾巴效应”的本质,看看它到底是如何破坏屏蔽效果的。
什么是“猪尾巴效应”
电缆屏蔽层与设备金属外壳等接地点之间连接时,将屏蔽层与被屏蔽的中心导体分开,使得中心导体有一段露出屏蔽层,并且屏蔽层被扭绞成一个辫子形状的粗导线后再进行连接,形成猪尾巴状的粗导线,这种连接方法 会降低屏蔽电缆的屏蔽效能,这个影响就叫猪尾巴 (pigtail)效应。
从等效电路的角度看,这种不对称性表现为差模漏感的增加。漏感越大,屏蔽层两端的压降就越大,这个压降又会驱动共模电流,形成恶性循环。
CST仿真“猪尾巴效应”
为了直观展示“猪尾巴效应”的影响,我们使用达索系统的CST STUDIO SUITE对两种屏蔽接地方式进行了仿真对比:
模型A:理想360°搭接
模型B:猪尾巴式搭接(长度约5cm)
仿真建模
CST微波工作室里面建立一个1m长的带屏蔽的线束Group模型,并且生成3D模型。
一端分别建立理想360°搭接和猪尾巴式搭接(长度约5cm)本文使用的是AC任务仿真,仿真带宽从1MHz~1000MHz从结果看,猪尾巴效应很明显,辐射的电场强度远大于360度理想搭接。在理想的屏蔽电缆中,屏蔽层紧密且均匀地包裹中心导体。当中心导体上流过共模电流时,屏蔽层内表面会感应出大小相等、方向相反的回流电流于两者电流方向相反、空间上几乎重合,它们产生的磁场相互抵消。当屏蔽层被拧成一根细长的“猪尾巴”再接壳时,猪尾巴等效于在屏蔽层的理想接地路径中串联了一个小电感 。电感的大小与猪尾巴的长度成正比,与直径成反比。由于电感的存在,屏蔽层上的回流电流不再能与中心导体的在空间上完全重合。两者之间出现相位差和幅度差,导致磁场抵消不彻底。未被抵消的磁通会穿过电缆外部空间,形成净共模辐射。