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CAE/模拟仿真 |
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应用于电磁兼容的新颖谐振检测近场探头 |
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作者：肖疆 肖刘 |
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本文基于电磁兼容应用提出了一种新型的谐振检测探头，它集成电场和磁场两个通道，并且具有高度集成性，便于与自动扫描系统，非常适合对PCBs，电缆以及结构谐振检测。利用Ansoft HFSS对它建模仿真，测试结果和仿真结果吻合很好。最好通过一个典型谐振结构的自动扫描检测，进一步验证此探头的性能。
1 引言
产品中谐振往往来自电路拓扑，几何结构单元，线缆等。这些形成L-C谐振单元 或者自然谐振分布。 谐振也可以来自IC互联，信号Trace，线缆的布局等。 这些已经发现关联于系统的电磁辐射免疫力，降低系统的抗干扰能力。这些谐振往往是窄带的，具有高的Q值，形成天线结构，耦合能量，从而增加系统的EMI噪声在谐振频带。
经过文献检索，目前大概有三种典型的谐振探测方法。 第一，基于反射系数S11的测量，如果结构或电路有谐振，在S11曲线对应的频率点有一个较深的下陷。这个方法是至少有90年历史了。它很难用于实际的应用，这个下陷非常敏感于探头和DUT的距离。更加难以用于自动扫描测试。第二方法是用两个正交探头，彼此去耦，通过利用VNA(Vector Network Analyzer)测量S21去检测谐振。第三种方法是利用一个天线作为远场发射，另外一个探头去近距离扫描DUT。这个探头可以是电场探头也可以是磁场探头，同样可以利用VNA 去测量S21，从而检测到谐振。这个方法仅仅检测到那些被远场天线激励的谐振。基于上面的三种方法，一种新型的谐振探测近场探头结构提出，这个探头集成电场和磁场探头一体，它可以推广应用于电磁兼容。 本文通过利用Ansoft HFSS仿真，建立这种结构模型在软件环境中，仿真结果和实际测量结果进行了比较，得到很好的吻合。文中还给出一个典型的谐振结果的自动扫描检测结果。
2 探头模型结构与验证
2.1 模型结构
图1给出了这个谐振检测探头的结构。它包括两个通道，一个是电场耦合通道（锥形结构），另外一个是磁场通道（环形结构）。并且在两个通道都加有铁氧体，抑制共模噪声。在电场耦合通道上端加有匹配电阻。
图1 谐振探头的结果示意图
根据图1的思路，我们制作了一个具体的探头，图2显示了这个具体的结构和所用的具体材料。为了利用这个探头于自动谐振扫描系统，一个固定（图中黑色物）塑料部件放于中心。
图2 实际谐振探头具体结构
2.2 仿真结果
基于具体的几何尺寸，利用Ansoft HFSS，建立了仿真模型，见图3所示。它包括整个探头的材料（锥形结构，环形结构，铁氧体，匹配电阻等）和几何尺寸。
图3 HFSS仿真模型
仿真后，实验测试结果和仿真结果进行了比较，见图4。两者吻合很好。从而验证我们的思路。
3 谐振检测例子
基于探头的模型验证结果，对一个典型的谐振结构进行了检测。这个结构是一个微带线形成的环形结构，如图5所示。微带一端接SMA接头，另外一端可以接不同的负载形式（开路，短路，和匹配）。这里当这个结构开路时候进行了测试。图6是具体的扫描结果。这个结构的基本谐振频率240MHz被检测出，当频率上下偏移20MHz谐振减弱。从而验证了我们的谐振探测探头的实用性。
图6 谐振扫描结果
4 分析与结论
本文提出了一种新型的谐振检测探头，它集成电场和磁场两个通道。并且具有高度集成性，便于与自动扫描系统。利用Ansoft HFSS对它建模仿真，测试结果和仿真结果吻合很好。最好通过一个典型谐振结构的自动扫描检测，得到很好的结果。这个探头是基于电场兼容应用的基础提出的，希望能够帮助解决电磁兼容（电磁辐射和电磁敏感度）问题。
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(8/7/2013) |
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