（电磁场与微波技术专业论文）多层微带线电磁辐射机理和计算方法的研究.pdf

北京邮电大学博上学位论文多层微带线电磁辐射机理和计算方法的研究 多层微带线电磁辐射机理和计算方法的研究 摘要 随着电子、电器设备和家用电器越来越广泛的应用，工作频谱愈 来愈宽，工作频率越来越高，导致电磁干扰愈加严重，电磁环境更为 恶劣。电磁干扰已经成为现代电子科学与技术发展道路上必须逾越的 巨大障碍。印刷电路板( p c b ) 作为电子设备不可缺少的部分，它的 电磁兼容性能将直接影响电子设备的性能和稳定。开展印刷电路板微 带线结构的电磁兼容研究，抑制电子设备内部的电磁干扰，具有十分 重要的意义。 本文针对p c b 电磁兼容设计中面临的基础问题，对基于p c b 类 型的多种多层微带线结构模型的电磁辐射效应、干扰线保护带的电磁 辐射抑制效能等进行了深入的研究，并提出了抑制方案的优化设计方 法。 本文的主要工作和创新如下： 1 提出了一种基本微带模型的闭式空域格林函数，并进一步发 展出一种高效的矩量方法。该方法能够有效地用于大型微带结构的电 磁辐射场和散射场的计算。数值结果表明，与镜像法和f d t d 法相比， 该法计算速度快，计算效率高。 2 提出了一种基于闭式空域格林函数的多层微带p c b 结构的矩 量方法。基于多层p c b 模型，研究了强信号线对仅存在桩栅栏的邻 层的电磁辐射干扰场，分析了多种结构参数对电磁辐射干扰场的影响 北京邮电大学博l ：学位论文 多层微带线电磁辐射机理和计算方法的研究 规律。数值模拟表明，线长度越接近谐振长度、负载阻抗失配越严重、 介质的损耗越小以及介质的厚度越大，产生的辐射干扰场就越大。 3 针对置有单屏蔽带多层p c b 强信号线对邻层电磁干扰的模 型，提出了一种修正的单屏蔽带多层微带p c b 结构的电磁辐射计算 方法。以此为基础研究了该模型环境下的电磁辐射效应，分析了信号 线长度、终端负载、介质损耗、介质厚度、屏蔽线与强信号线间距离、 屏蔽线宽度和长度对辐射抑制的影响规律。模拟表明单屏蔽带结构对 辐射干扰场有较好的抑制效果；信号线长度越接近谐振长度、负载阻 抗失配越严重、介质的厚度越小、屏蔽线离信号线越近以及屏蔽线宽 度越大越有利于降低辐射干扰场；同时发现，介质损耗的大小和屏蔽 线的长度对辐射场抑制的影响不明显。 4 针对置有双屏蔽带多层p c b 强信号线对邻层电磁干扰的模 型，提出了一种修正的双屏蔽带多层微带p c b 结构的电磁辐射计算 方法，进而深入研究了该模型环境下的电磁辐射效应，计算了强信号 线两侧周围的电磁干扰场，讨论了相关参数对电磁干扰场的影响。数 值分析表明，双屏蔽带结构对干扰场的抑制作用远高于单屏蔽带结 构。 关键词：微带线，辐射，矩量方法( m o m ) ，印刷电路板( p c b ) 北京邮皇丕堂蔓占堂垡迨塞 釜星丝堂垡! 垒丝塑盟型! 里塑过篁塑鲨盟堕窒 - _ _ - i - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ 。- ，_ _ _ _ _ _ _ 。_ 。_ _ _ _ - _ _ _ - 。_ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ 。1 。一一一 州e s t i g a t i o n0 nr a d i a t i o nf r o m m i c r o s t r i po np r i n t e dc i r c u i tb o a r d a b s t r a c t a st h ei n c r e a s i n ga p p l i c a t i o n so fm ee l e c t r o n i cd e v i c e sa n dt h e h o u s e h o l da p p l i a n c e s ，t h es p e c t m mb a n db e c o m e sw i d e ra n dw i d e r ，t h e o p e r a t i n g 丘e q u e n c yb e c o m e sh i g h e ra n dh i g h e r ， w h i c hl e a dt ot h a t e l e c t r o m a g n e t i ci n t e 彘r e n c ei sg r e a t l ys e r i o u s ，a n dt h a te l e c t r o m a g n e t i c e n v i r o n m e n ti sq u i t ef o m i d a b l e t h ee l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c eh a s b e e nr e g a r d e da sab i go b s t a c l ef o rm o d e me l e c t r o n t e c h n o l o g i c d e v e l o p m e n t t h ee l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t yo fp r i n t e dc i r c u i tb o a r d ( p c b ) ，w h i c hi st h en e c e s s a r yf - o rt h ee l e c t r o n i cd e v i c e s ，c a ni n n u e n c eo n t h ep e r f o m a n c eo ft h ed e v i c e sd i r e c t l y t h e r e f o r e ，i ti si n e v i t a b l et o i n v e s t i g a t et h ee l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t yo np c ba n dt o c o n t r 0 1t h e e l e c t r o m a g n e t i ci n t e d e r e n c eb e t w e e n t h ee l e c t r o n i ce q u i p m e n t s i nt h i sp a p e r ，w es t u d i e ds e v e r a le m cp r o b l e m s ，s u c ha st h ea n t e n n a e 仃、e c t i v e n e s so fp c bt r a c e sa n dt h ee l e c t r o m a g n e t i c i n t e r f e r e n c e s u p p r e s s i o ne f r e c t i v e n e s so fg u a r dl i n e sf o rs i g n a l1 i n e s m o r e o v e r ，w e p r o p o s e da no p t i m i z a t i o nm e t h o do fs u p p r e s s i o n o nm u l t i l a y e rp c b t h em a i nc o n t r i b u t i o n so ft h i sp 印e ra r el i s t e da sf o l l o w s ： 1 ac l o s e d f o r ms p a t i a ld o m a i ng r e e n s 如n c t i o n so fb a s i c m i c r o s t r i pg e o m e t 巧i sp r o p o s e d ，a n dah i g h e m c i e n tm o m e n to f m e t h o d ( m o m ) a l g o r i t h mi sd e v e l o p e d t h ep r o p o s e da p p r o a c hc a nb eu s e dt o i i i 北京邮l 乜人学博 ：学位论文多层微带线i 乜磁辐射机理和计算方法的研究 c a l c u l a t e t h er a d i a t i n ga n ds c a t t e r i n gf i e l d so fl a r g es i z em i c r o s t n p g e o m e t i y c o n l p a r et o t h ec o m p l e xi m a g em e t h o da n df d t d ，t h e p r o p o s e dm e t h o dq u i c k e n sc o m p u t i n gs p e e da n d e n h a n c e sc o m p u t a t i o n a l e f ! f i c i e n c y 2 a nm o ma l g o r i t h mw h i c hi n c l u d e sc l o s e d f o m ls p a t i a ld o m a i n g r e e n s 如n c t i o n so fm u l t i l a y e rp c bg e o m e t 巧i sp r o p o s e d b a s e do nt h e 瑚瞰l t i l a y e rp c b ，t h er a m a t e di n l r f e r e n i c e f i e l d 矗o mas i g n a l1 i n et o a d j a c e n tl a y e rt o g e t h e rw i t h f a r a d a yf e n c e i s c a l c u l a t e d ，a n dt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ee l e c t r o m a g n e t i ci m e r f e r e n c e1 e i e l da n dm u l t i p l e p a r a m e t e r si s r e s e a r c h e d t h em l m e r i c a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ec 1 0 s e r l e n 或ht or e s o n a n tl e n 百h s ，t h eb i g g e rm i s m a t c h e dl o a d s ，t h es m a l l e rl o s s a n dt h et h i c k e rt h i c k n e s so fs u b s t r a t e ，m el a r g e rt h er a d i a t e di n t e r f i e r e n c e f i e l d 3 f o rt h em o d e lo ft h ee l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c ef 如mas i g n a l l i n ea n das h i e l d i n gl i n ep l a c e dn e a r b ym es i g n a ll i n et oa d ja c e n tl a y e r ，a m o d i f i e d a l g o r i t h mo fc o m p u t i n gr a d i a t i o n f o ra s h i e l d i n g l i n eo n n m l t i l a y e rp c bg e o m e t 秽i sp r o p o s e d t h er a d i a t i o ne f f e c t i v e n e s so f t h e m o d e li ss n j d i e d f u r t h e m o r e ，t h er a d i a t e ds u p p r e s s i o ne f f e c t i v e n e s so f l i n e l e n g t h ， t e m l i n a t i o n1 0 a d s ，1 0 s sa n dt h i c k n e s so ft h es u b s t r a t e ， s e p a r a t i o nb e t w e e ns h i e l d i n gl i n ea n ds i g n a ll i n e ，w i d t ha n dl e n g t h o f s h i e l d i n gl i n ei sa n a l y z e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eg e o m e t 哆o fa s h i e l d i n gl i n ei ss u i t a b l ef o ri n t e r f b r e n c er e d u c t i o n t h ec l o s e rl e n g t ht o r e s o n a n tl e n g t h s ，t h eb i g g e rm i s m a t c h e dl o a d s ，t h et h i n n e rt h i c k n e s so f s u b s t r a t e ，t h es h o r t e rs e p a r a t i o nb e t w e e ns h i e l d i n g1 i n ea n ds i g n a l1 i n e ， a n dt h ew i d e rw i d t ho fs h i e l d i n gl i n e ，t h el o w e rt h ee l e c t r o m a g n e t i c i n t e 彘r e n c ef i e l d i na d d i t i o n ，t h e1 0 s so fs u b s t r a t ea n dt h el e n g mo f s h i e l d i n g1 i n eh a v e1 i t t l ei n f l u e n c eo n t h ei n t e r | 、e r e n c es u p p r e s s i o n 4 f o rt h em o d e lo ft h ee l e c t r o m a g n e t i ci n t e 彘r e n c ef r o mas i g n a l 1 i n ea n dt w os h i e l d i n gl i n e s1 a i dn e a r b yb o t hs i d e so ft h es i g n a l1 i n et o a d j a c e n tl a y e r ，am o d i f i e da l g o r i t h mo fc o m p u t i n gr a d i a t i o n f o rt w o i v s h i e l d i n gl i n e si sp r o p o s e d t h er a d i a t i o ne f f e c t i v e n e s so ft h em o d e li s i n v e s t i g a t e d m o r e o v e r t h ee l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c ef i e l df 如ma s i g n a ll i n ea n dt 、v os h i e l d i n gl i n e st oa d j a c e n tl a y e ri sc a l c u l a t e d ，a n dt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ee l e c t r o m a g n e t i cf i e l da n dc o r r e l a t i v ep a r a m e t e r s i sd i s c u s s e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ei n t e r f e r e n c er e d u c t i o nb vt w o s h i e l d i n gl i n e si sm u c hs t r o n g e rt h a nt h a tb yt h es i n g l es h i e l d i n gl i n e k e y 、m o r d s ：m i c r o s t r i p ，r a d i a t i o n ，m o m e n to fm e t h o d ( m o m ) ，p n t e d c i r c u i tb o 砌( p c b ) v 声明 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：啦土主日期：本人签名：毖i 士日期： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：蕴盘同期： 导师签名：日期： 北京邮电人学博l 学位论文多层微带线电磁辐射机理和计算方法的研究 第一章绪论 伴随着数字化时代的到来，电子系统和设备中使用的工作频率越来越高，元 器件的集成度也越来越大，这就使得电子设备的电磁兼容问题随之变得十分突 出，如何保证各种电子设备在复杂、恶劣的电磁环境中正常地工作成为当前研究 的热点。印刷电路板作为电子设备不可缺少的部分，它的电磁兼容性将严重影响 电子设备的性能和稳定。因此，对印刷电路板进行电磁兼容研究是非常迫切且重 要的。 1 1p c b 电磁兼容研究背景 电磁兼容( e m c ，e 1 e c 仃dm a 盟e t i cc o m p a t i b i l i t y ) ，其基本的含义，是保证 设备( 包括系统和分系统) 在各自的环境中执行各自功能而互不干扰，设备也不 会使在同一电磁环境中的其它设备因受其电磁干扰而导致不允许的性能降低或 失效。电磁兼容的概念包括了两层密不可分的含义，即一方面是设备对其它设备 的电磁干扰的程度，另一方面是设备对来自外界的电磁干扰的敏感度或者称为承 受度。 现今，随着高速数字化电子设备朝着低功耗、高灵敏度方向发展以及电磁环 境的恶化，电子设备的电磁兼容性变得越来越重要。传统的电子设备在遭受电磁 干扰影响时，通常仅造成其性能的降低，而当今的电子设备遭受电磁干扰时可能 会造成逻辑错误、信息丢失、误操作、失控等，引起整个通信系统的混乱，甚至 导致系统瘫痪。因此，p c b 作为电子设备不可或缺的部件，其电磁兼容性能就 显得十分重要，具体涉及到复杂电路设计实现、芯片系统制造和先进系统开发等 多方面的电磁兼容问题。近年来，p c b 问题成为信息高技术竞争的焦点，成为 电磁兼容理论和技术研究的核心。p c b 电磁兼容理论和技术是研究和发展先进 信息系统，包括计算机系统、通信系统和其他电子系统的关键，也是进一步提高 系统质量的瓶颈。因此，在高速数字系统中对p c b 电磁兼容理论和电磁兼容设 计进行研究是非常关键和必要的。 先进的p c b 技术是未来高质量产品竞争的主要内容，这些技术不仅需要简 单的电源与接地面、滤波元件等，还需要精确的设计、综合和优化设计等。本文 在前人和作者所处实验室以往工作的基础上，继续深入地研究，致力于解决p c b 中的某些关键技术问题。 北京邮电大学博十学位论文 1 2p c b 电磁兼容研究进展 p c b 电磁兼容的主要问题为电磁干扰。电磁干扰指干扰源发出的电磁能量， 经过耦合途径将干扰能量传输到敏感设备，使敏感设备的工作受到影响的现象。 形成电磁干扰必须具备三个条件( 如图1 1 所示) ：( 1 ) 存在一定的噪声源，可 能是自然干扰源，也可能是人为干扰源；( 2 ) 存在干扰传播路径，即为将电磁干 扰能量传输到受干扰设备的通路或媒介；( 3 ) 存在易受干扰的敏感设备( 器件) ， 指受到电磁干扰影响，或者说是对电磁干扰发生响应的设备。 按照电磁干扰的原理，电磁干扰途径主要包括两类，即传导耦合和辐射耦合。 传导性耦合是指干扰源距离比较近，干扰源经过电容耦合、电感耦合和公共阻抗 的途径进入被干扰设备。辐射耦合是指干扰源比较远，干扰源发出的干扰以电磁 波的形式被接收。 糯台途径 l1 谶源卜一 ( 传导耦台、 一敏感设器 辐射锅台) 图卜1 电磁干扰三要素 对于p c b 的电磁兼容研究涉及到多方面，一般可分为电磁干扰的耦合和传 播途径的研究以及电磁干扰的抑制研究。针对具体问题的分析，主要集中于对 p c b 上的印制线条、电路结构和元器件等的耦合和辐射以及电磁干扰抑制措施 的研究。 针对p c b 上的印制线条来说，主要是对其串扰【1 】- 【9 1 和辐射【1 0 】_ 【3 1 1 等问题的研 究。分析线条问题时，必须先明确走线的电路参数及高频时表征的分布参数，使 用准静态分析法【3 2 】。删来确定单位长度的电容、电感、电阻和电导参数【3 4 】【4 0 1 。对 于串扰问题，最直接的方法是利用多导体传输线理论【l j - 【3 j 来求解，弱耦合的两线 间串扰可用简化的公式4 1 来计算。此外，还可以采用谱域方法【5 h 6 】求解出走线上 的电流分布，进而得出线间串扰。另外，修j 下的传输线方程【7 j - 【9 】能够分析出任意 角度的迹线间的串扰。对于辐射问题，最常规的方法是首先使用传输线理论求出 线条上的电流分布，再运用散射理谢1 0 】- f 1 3 1 或者格林函数【1 4 】。进行积分来计算辐 射。此外，还可以利用电磁耦合和辐射之间的互易关系，通过计算耦合阻抗矩阵 来求解远区辐射场【1 9 】【2 1 1 。另外，运用近场格林函数法计算出线条上的电流分布， 然后使用近场和远场格林函数积分求出辐射【2 2 1 【2 4 1 。对于抑制干扰问题，可采用 2 北京邮电大学博上学位论文 多层微带线电磁辐射机理和计算方法的研究 基底介质补偿【2 5 h 2 6 1 、地平面打孔【2 7 】- 【2 引、加屏蔽地线【2 9 h 3 0 1 、桩栅栏( 法拉第屏 蔽) 【3 l 】等措施来降低p c b 产生的电磁干扰。针对多层p c b 板上强信号线对存在 桩栅栏的邻层的电磁辐射干扰，本文选取在信号线邻近处放置一条屏蔽线以及在 其两侧分别放置一条屏蔽线进行屏蔽来抑制干扰，研究这种微带p c b 结构的电 磁辐射效应，同时分析电路板和屏蔽线等结构参数对抑制辐射干扰的影响规律， 以便达到产生较少电磁干扰的目的。 p c b 的电路结构主要包括多层、不完整的参考平面和各种形式的互连结构 如过孔、弯曲线等。这些结构可能引发p c b 寄生模式的出现，如由不完整的地 或电源平面产生的槽线模式【4 i 】【4 3 1 、由过孔等互连结构产生的平行平板模式 4 4 】1 和由不连续的线条产生的表面波模式【4 刀【4 9 】等。这些寄生模式将导致p c b 发生地 弹、串扰、辐射和谐振等电磁现象。由于研究这些电路结构通常会涉及到对多种 模式的转换和计算，因此，一般采用数值方法分析其电磁干扰特性。 电子元器件可分为无源器件和有源器件【5 0 】帮2 1 ，无源器件主要包括电阻、电 容、电感和导线，有源器件主要包括各种芯片和集成模块。元器件的电磁干扰主 要来源于不同元件之间的电磁耦合，通常由元器件的分布电气参数决定元器件之 间的电磁耦合。针对无源器件来说，由于其特性在工作频带内和频带外有很大差 异，器件本身可表征为由分布参数组成的等效电路，同时器件的引线和连接导线 存在如寄生电容和寄生电感等寄生参数。所以，对无源器件的研究主要为对其频 率特性和分布参数的分析。针对有源器件来说，器件工作时会产生传导干扰和辐 射干扰。由于隔离不完善以及耦合电感、耦合电容的存在使有源器件影响其他器 件或电路的功能实现，在含有非线性元件的电路中还可能产生频谱分量变化而引 起电磁干扰。因此，对有源器件的研究主要是对其内部噪声以及向外辐射所造成 的电磁干扰问题的分析。 1 3p c b 电磁兼容研究方法 随着电子科学与技术的飞速发展，p c b 的工作频率不断提高，因此，在分 析p c b 的电磁兼容问题时，低频条件下的准静态假设不再适用，且由于待求解 问题中包含复杂的边界条件，难以对其进行解析处理，而数值法或半解析数值法 由于其独特的优点较适于处理这些问题。主要有几种典型的数值法或半解析数值 法，如：1 ) 有限差分法( f d m ) 【5 3 】【5 5 】；2 ) 时域有限差分法( f d t d ) 【5 6 】【5 8 】；3 ) 有 限元法( f e m ) 【5 9 j - 【6 1j ；4 ) 矩量法( m o m ) 【6 2 】。 本文采用矩量法( m e t h o do f m o m e n t ) 进行研究。m o m 是一种将连续方程 离散化为代数方程组的方法，对于求解微分方程和积分方程均适用。它将待求解 北京邮电大学博 ：学位论文多层微带线电磁辐射机理和计算方法的研究 的微分方程或积分方程写成带有微分和积分算符的算子方程，再将待求函数表示 为某一组选用的基函数的线性组合并代入算子方程，最后用一组选定的权函数对 所得的方程取矩量，得到一个矩阵方程或代数方程组。近些年来，随着计算机应 用的飞速发展，使求解复杂结构的矩阵方程成为可能，又由于与之相关的格林函 数1 6 3 h 吣】的快速普及，m o m 的使用被不断改进和完善，成功应用于物体的辐射、 散射以及传输线、天线束等问题的研列6 9 】州】。 对于微带电路辐射等相关问题，一般采用含有谱域格林函数、空域格林函数 的矩量法求解。但由于谱域格林函数的复杂性，导致计算时间的消耗过长；而空 域格林函数涉及到s o n u n e 疵l d 积分的计算，也就是空域格林函数是由谱域格林 函数通过s o m m e 彘l d 积分来获得的，这也非常费时。由此，我们需找到不必直 接进行s o m m e 删d 积分计算而得到空域格林函数的方法，以提高计算效率。为 此，人们提出了许多简洁方法【7 2 】- 【7 4 1 。复镜像法嘲将被积函数近似表示为有限个 复指数的叠加，该方法可显著地提高计算速度，扩展解决问题的能力。 本文引入二级离散复镜像法【7 6 】，使用二级离散复镜像法与p r o n y 法将谱域格 林函数近似表示为复指数函数，再利用s o m m e 疵l d 恒等式，得到相应的闭式空 域格林函数。并且结合常规的矩量法，进一步发展出一种高效的矩量方法即基于 闭式空域格林函数的矩量方法以更有效地研究多种多层微带p c b 结构模型的电 磁辐射性能。 1 4 本文主要工作 随着无线技术的迅速发展，电子设备系统的应用越来越广，工作频率也越来 越高，导致电磁干扰越来越严重。电磁干扰已经成为现代电子科学与技术发展道 路上必须逾越的巨大障碍。p c b 作为电子设备不可缺少的部分，它的电磁兼容 性能将直接影响电子设备的性能和稳定。开展p c b 微带线结构的电磁兼容研究， 能为抑制电子设备的电磁干扰提供重要依据。 本文针对p c b 电磁兼容设计中面临的基础问题，对基于p c b 类型的多种多 层微带线结构模型的电磁辐射效应、干扰线保护带的电磁辐射抑制效能等进行了 深入的研究，并提出了抑制方案的优化设计方法。 本文的主要工作和创新如下： 1 提出了一种基本微带模型的闭式空域格林函数，并进一步发展出一种高 效的矩量方法。该方法能够有效地用于大型微带结构的电磁辐射场和散射场的计 算。数值结果表明，与镜像法和f d t d 法相比，该法计算速度快，计算效率高。 2 提出了一种基于闭式空域格林函数的多层微带p c b 结构的矩量方法。基 4 北京邮电人学博十学位论文多层微带线电磁辐射机理和计算方法的研究 于多层p c b 模型，研究了强信号线对仅存在桩栅栏的邻层的电磁辐射干扰场， 分析了多种结构参数对电磁辐射干扰场的影响规律。数值模拟表明，线长度越接 近谐振长度、负载阻抗失配越严重、介质的损耗越小以及介质的厚度越大，产生 的辐射干扰场就越大。 3 针对置有单屏蔽带多层p c b 强信号线对邻层电磁干扰的模型，提出了一 种修正的单屏蔽带多层微带p c b 结构的电磁辐射计算方法。以此为基础研究了 该模型环境下的电磁辐射效应，分析了信号线长度、终端负载、介质损耗、介质 厚度、屏蔽线与强信号线间距离、屏蔽线宽度和长度对辐射抑制的影响规律。模 拟表明单屏蔽带结构对辐射干扰场有较好的抑制效果；信号线长度越接近谐振长 度、负载阻抗失配越严重、介质的厚度越小、屏蔽线离信号线越近以及屏蔽线宽 度越大越有利于降低辐射干扰场；同时发现，介质损耗的大小和屏蔽线的长度对 辐射场抑制的影响不明显。 4 针对置有双屏蔽带多层p c b 强信号线对邻层电磁干扰的模型，提出了一 种修正的双屏蔽带多层微带p c b 结构的电磁辐射计算方法，进而深入研究了该 模型环境下的电磁辐射效应，计算了强信号线两侧周围的电磁干扰场，讨论了相 关参数对电磁干扰场的影响。数值分析表明，双屏蔽带结构对干扰场的抑制作用 远高于单屏蔽带结构。 1 5 本文章节安排 本文主要针对基于p c b 类型的多种多层微带结构的电磁兼容设计理论和实 际问题，建立了可靠的理论模型，并发展了基于闭式空域格林函数的矩量方法进 行深入的研究。本文的具体章节安排如下： 第二章通过对基本微带结构的m o m 法分析，发现相应的矩阵方程组中存在 s o m m e 疵l d 积分，为此引入二级离散复镜像法来近似谱域格林函数，得到对应 的闭式空域格林函数，进而发展了基于闭式空域格林函数的基本微带结构的矩量 方法。模拟验证了该算法的有效性和正确性；且与已有计算方法相比，该算法可 有效地提高计算效率。 第三章推导了基于闭式空域格林函数的多层微带p c b 结构计算辐射干扰场 的矩量方法公式。基于多层p c b 板，研究了强信号线对仅存在桩栅栏的邻层产 生的辐射干扰场。着重分析了微带线的线长度、终端负载、介质损耗和介质厚度 对电磁辐射效应的影响。 第四章针对多层p c b 板上强信号线对邻层的电磁辐射干扰，采用在强信号 线邻近处放置一条屏蔽线来抑制辐射干扰。推导了修正的单屏蔽线多层微带p c b 北京邮电人学博j ：学位论文多层微带线电磁辐射机理和汁算方法的研究 结构的电磁辐射计算公式，研究了该模型环境下所形成的微带结构的辐射功率。 着重分析了信号线长度、终端负载、介质损耗、介质厚度、两线间隔、单屏蔽线 宽度和长度对单屏蔽线抑制电磁干扰的影响。 第五章对于多层p c b 板上强信号线对邻层的电磁辐射干扰，采用在强信号 线两侧邻近处分别放置一条屏蔽线来抑制辐射干扰。推导了修正的双屏蔽线多层 微带p c b 结构的电磁辐射计算公式，研究了该模型环境下所形成的微带结构的 辐射功率。着重分析了信号线长度、终端负载、介质损耗、介质厚度、两线间隔、 双屏蔽线宽度和长度对双屏蔽线抑制电磁干扰的影响 第六章对本文的工作进行了总结，并对下一步的研究工作进行了展望。 1 6 参考文献 1 】b k b r d i ，ge b r i d g e s ，j vl o ，a ta 1 f u l l - w a v e - b a l s e dt r a i l s m i s s i o n l i i l em o d e l f o r 1 0 s s y - s u b s 仃a t em u l t i c 叩d u c t o ri n t 黝皿e c t s h l t 锄a t i o n a lj o u l l l a lo f n 啪甜c a lm o d e l l i n g ：e l e c 仃o i l i cn e 铆o r k s ，d 嘶c c sa 1 1 df i e l d s ，21 ( 1 2 ) ，2 0 0 8 ： 1 0 3 1 1 5 2 】n n e e t l l 咖，r t i l o t t 印p i l l i l ，yl i u ，a ta 1 h 1 1 p o r t a i l tp a r a m e t e r st l l a ti i l n u e n c e c r o s s t a l ki nm u l t i c 0 n i i l l c t o r 咖l s m i s s i o nl i n c s e l e c t r i cp o w e rs y s t e m sr e s e a r c h 7 7 ( 8 ) ，2 0 0 7 ：8 9 6 - 9 0 9 3 】j f u ，c h o u ，l d o u 0 l n em o d i f i e dm e t h o do fc h a r a c t e r i s t i c su s e dt oa n a l y z e m em u l t i c o n d u c t o r 仃a n s m i s s i o n1 i n e s j o u m a lo fs y s t e m se n 百n e e r i n ga n d e 1 e c t r o n i c s ，1 7 ( 1 ) ，2 0 0 6 ：6 5 7 0 4 】c r p a u l - s o l u t i o no ft h et r a l l s m i s s i o n - l i n ee q u a t i o n su n d e rt h ew e a l 【一c o u p l i n g a s s 啪p t i o n i e e e1 r a n s a c t i o n so ne l e c 仃o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y ，4 4 ( 3 ) ，2 0 0 2 ： 4 13 4 2 3 5 】j p 印a p o l y m e r o u ，ge p o n c h a k ，e d a l t o n ，e ta 1 c r o s s t a l kb e 觚e e nf i n i t e g r o 咖dc o p l a n a rw a v e g u i d e so v e rp 0 1 y i m i d el a y e r s f o r3 一dm m i c so ns i s u b s 仃a t e s i e e et r a n s a c t i o n so nm i c r o w a v et h e o 巧a n dt e c l u l i q u e s ，5 2 ( 4 ) ， 2 0 0 4 ：1 2 9 2 1 3 0 1 6 】yh o n g ，m s o m a a n a l y s i sa n ds i m u l a t i o no fh m l t i c o n d u c t o rt r a n s m i s s i o n l i n e sf o r h i 曲一s p e e di n t e r c o n n e c ta n dp a c k a g ed e s i 朗i e e et r a n s a c t i o n so n c o m p o n e n t sh y 晰dm a i l u f h c t u m gt e c h i q u e s ，l3 ( 4 ) ，l9 9 0 ：8 3 9 8 4 6 【7 】z gq i a n ，j x i o n g ，l s 眦，a ta 1 c r o s s t a l ka j l a l y s i sb y 风tc o m p u t a t i o n a l a l g o m m s i np r o c e e d i n g so f2 0 0 5 i e e et o p i c a lm e e t i n go ne 1 e c t r i c a l 6 北京邮电人学博- i j 学位论文 多层微带线电磁辐射机理和计算方法的研究 p e r f o r m a n c eo fe l e c t r o i l i cp a i 出a 西n 舀2 0 0 5 ：3 6 7 - 3 7 0 8 】p m u m a i l a h 1 i ：r o g 既b e h a v i o ro fs h o r tp u l s e so nt i 曲t l yc o u p l e dm i c r o s t r i p l i i l e sa i l dr e d u c t i o no fc r o s s t a l kb yu s i n go v 甜) ，i n gd i e l e c t r i c i e e et r a n s a c t i o n s o na d v 锄c e dp a c k a 百n 岛3 0 ( 3 ) ，2 0 0 7 ：5l1 5 2 0 【9 】a s i v e s ，a k h 勾0 0 e i z a d 也r a b h 撕u s i n gv i a 胁c e sf o r 啪s s t a l k r e d u c t i o ni np c bc i r c u i t s i 1 1 p r o c e c d i n g s o f2 0 0 6i e e e1 1 1 t e n l a t i o n a l s ) ，r i l p o s i u m0 ne l e c c r 0 m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y ，l ，2 0 0 6 ：3 4 - 37 【10 l m a r c o r a d i a t e d 客u s c 印t i b i l i t ) ro nt h ep r i n t e d c i r c u i t - b o a r d1 e v e l ：s i m u l a t i o n a n dm e a s l j r e i e e et r a n s a “o i l so ne l e c 缸d m a 印c t i cc o m p a t i b i l i 吼4 7 ( 3 ) ， 2 0 0 5 ：4 7 l - 4 7 8 【1 1 】何国瑜电磁散射的计算和测量北京航空航天大学出版社，2 0 0 6 1 2 】l l w e i ，ym s e l l 舀l m s e i l g m e l o do f m o m e n t sa n a l y s i so f e mf i e l d si i l am u l t i l a y 蹦。ds p h e r o i dr a d i a t e db yan l i nc i r c u l a rl o o pa n t e l l i l a i e e e t r a i l s a 嘶o n so na n t e n n a sa n dp r o p a g a 廿o n ，5 2 ( 9 ) ，2 0 0 4 ：2 3 9 1 - 2 4 0 2 13 m l e o n e c l o s e d f o n ne x p r e s s i o 嬲f o rm ee l e c t l o m a 凹e t i cr a d i a t i o no f m i c r o s t r i ps i 伊a lt r a c e s i e e e1 r a n s a c t i o n so ne 1 e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t m 4 9 ( 2 ) ，2 0 0 7 ：3 2 2 3 2 8 【14 s m a c i ，a t o c c a f o n d i ，a p o l e 觚，a ta 1 h i 曲一疗e q u c i l c yg r e e i l s 缸l c t i o i l f o ra s e m i i n f i i l i t ea r r a yo fe l e c t r i cd i p o l e so na ni n f i n i t