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左手材料在PCB板的电磁干扰（EMI）低减中的应用

作　者: 程鹏
导　师: 金亚秋；叶红霞；王海鹏；蒋耿明
学　校: 复旦大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 印刷电路板左手材料电磁带隙结构供电系阻抗腔模模型供电系阻抗快速算法分解元法介电常数电磁干扰
分类号: TN41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 199次
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内容摘要

在印刷电路板的设计中,供电系阻抗谐振所引起的噪声和电磁干扰问题一直是设计人员关注的焦点。电磁带隙结构(Electromagnetic Band-Gap,EBG)是一种由介质、金属或其混合体单元按周期性排列所构成的阵列结构,对特定频段的电磁波呈现带阻特性。适当的EBG结构可以降低供电系阻抗的幅度,减少谐振峰的个数,有效的减轻供电系的电磁干扰问题。左手材料是一种介电常数和磁导率同时为负值的电磁材料,在其中传播的电磁波的电场矢量、磁场矢量和波矢量方向满足左手定则。因此,在左手材料中传播的电磁波与传统的右手材料(介电常数和磁导率均为正值)相比具有许多不同的性质。这些年来左手材料已经成为研究的焦点之一,它在微波电路、天线等方面已经体现出良好的应用价值。而有研究表明,基于特定的EBG结构,左手材料在电磁兼容领域也同样具有潜在的应用价值。本文首先对电磁兼容的定义及相关概念进行了简要的介绍,然后对左手材料的研究背景、特性、制备方式、研究现状和应用前景做了综述。并在第三章中详细介绍了基于全腔模模型的快速算法和分解元法,指出二者的联合应用可以作为预测供电系阻抗的一种准确有效的手段。在第四章中,我们首先计算并分析了由两种不同右手介质材料组合构成的EBG结构的供电系阻抗特性,然后在此基础上引入左手材料,构成新型的EBG结构,仿真结果表明由左、右手材料组合构成的新型电磁带隙结构相比传统的EBG结构具有更加优异的性能,能够实现理想的EMI低减。在本文的最后,给出了研究工作总结,并提出了进一步工作的展望。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
第一章引言  9-15
  1.1 电磁兼容概述  9-12
    1.1.1 电磁兼容性的定义  9
    1.1.2 电磁兼容的相关概念  9-11
    1.1.3 PCB中的电磁干扰  11-12
      1.1.3.1 干扰的本质  11-12
      1.1.3.2 共模干扰和差模干扰  12
  1.2 电磁带隙结构(EBG)简介  12-13
  1.3 选题的目的和意义  13-14
  1.4 论文结构和所完成的工作  14-15
第二章左右材料的特性及研究现状  15-27
  2.1 左手材料的研究背景  15
  2.2 左手材料的基本特性  15-20
    2.2.1 负折射特性  17-18
    2.2.2 逆 Doppler效应  18
    2.2.3 反常的Cerenkov辐射  18-19
    2.2.4 各向同性的损耗左手材料中的波传播  19-20
  2.3 微波频段左手材料的人工制备  20-23
    2.3.1 金属谐振结构左手材料的制备  20-22
    2.3.2 LC传输线型左手材料的制备  22-23
  2.4 左手材料的研究现状和应用前景  23-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章快速算法和分解元法  27-49
  3.1 基于全腔模模型的快速算法  27-38
    3.1.1 双重级数求和  27-28
    3.1.2 单重级数求和  28-29
    3.1.3 快速算法的引入  29-30
    3.1.4 自输入阻抗快速算法公式推导  30-31
    3.1.5 三种算法求自输入阻抗的结果及比较  31-36
    3.1.6 三种算法求转移阻抗的结果及比较  36-38
  3.2 分解元法  38-48
    3.2.1 分解元法的原理性说明  38-39
    3.2.2 虚拟端口参量对分解元法精度的影响  39-42
      3.2.2.1 虚拟端口的宽度设置  40-41
      3.2.2.2 虚拟端口数目的设置  41-42
    3.2.3 两种开槽模型中的分解元法  42-43
    3.2.4 窄缝耦合模型中的分解元法  43-48
      3.2.4.1 S参数的计算和比较  43-46
      3.2.4.2 电感和电容效应的考虑  46-48
  3.3 本章小结  48-49
第四章供电系阻抗特性的计算机仿真  49-65
  4.1 仿真设计  49-57
    4.1.1 三种 EBG结构虚拟端口的设置  50-52
    4.1.2 仿真设计方案  52-53
    4.1.3 计算公式推导  53-54
    4.1.4 “特殊元”抽取技巧  54-55
    4.1.5 收敛性的判定  55
    4.1.6 算法的可靠性验证  55-57
  4.2 不引入左手材料的普通 EBG结构的仿真结果及分析  57-62
    4.2.1 “3x3型”仿真结果  57-59
    4.2.2 “5x5型”仿真结果  59-60
    4.2.3 “7x7型”仿真结果  60-61
    4.2.4 三种结构仿真结果的比较  61-62
  4.3 EBG结构引入左手材料后的仿真结果及分析  62-64
    4.3.1 引入左手材料的必要性  62
    4.3.2 仿真设计  62-63
    4.3.3 仿真结果与分析  63-64
  4.4 本章小结  64-65
第五章总结与展望  65-67
  5.1 本文的主要工作  65
  5.2 下一步的研究方向  65-67
参考文献  67-71
后记  71-72
附录: 研究生期间撰写的论文  72-73

左手材料在PCB板的电磁干扰（EMI）低减中的应用

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