屏蔽腔體中多導體傳輸線串擾抑制的仿真研究

周大瑜等

摘 要： 屏蔽腔體中的傳輸線串擾是典型的電磁干擾問題，消除或減少串擾是非常必要的。在此建立了腔體內(nèi)多導體傳輸線的串擾模型，采用電磁仿真軟件研究抑制傳輸線間串擾的方法，分析受擾線終端接有濾波器前后的串擾電壓時頻響應特性。仿真結(jié)果表明，傳輸線終端接上相應頻帶的濾波器，可以濾除傳輸線上除工作信號以外的干擾信號，為電子系統(tǒng)線纜電磁防護設計提供參考依據(jù)。

關鍵字： 屏蔽腔體； 串擾抑制； 濾波； 電磁干擾

中圖分類號： TN973.3?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）06?0148?03

Simulation study on crosstalk suppression method of MTL in shielded cavity

ZHOU Da?yu1， LIAO Cheng1， YE Zhi?hong1， ZHOU Hai?jing2

（1. Institute of Electromagnetics， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， China；

2. Institute of Applied Physics and Computation Mathematics， Beijing 100094， China）

Abstract： Crosstalk among transmission lines in shielded cavity is a typical electromagnetic interference problem. It is necessary to eliminate or reduce crosstalk. The crosstalk model of multi?transmission line （MTL） in a cavity is established in this paper. The suppression method of MTL crosstalk is studied by means of the electromagnetic simulation software. The time and frequency domain response characteristics of victim wires with and without a filter at its terminal are analyzed. The results show that the interference signals can be filtered out by the corresponding frequency band filter connected at its terminal. It provides an effective technique for cable electromagnetic shielding of electronic system .

Keywords： shielded cavity； crosstalk suppression； filtering； electromagnetic interference

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對系統(tǒng)級電磁兼容的研究越來越多，不同系統(tǒng)間的連接、不同系統(tǒng)間能量與信息的傳輸和交換基本都是通過各種各樣的線纜（電源線、信號控制線等）來實現(xiàn)的，線纜上傳輸?shù)男盘栐诳臻g的輻射能量通過容性耦合和感性耦合進入鄰近的線纜，從而對線纜終端產(chǎn)生干擾[1?2]；線纜也會接收外部干擾電磁場[3?5]（如：天線輻射場、其他設備的泄漏電磁場等）而在其端口產(chǎn)生的騷擾電壓強度和電流強度過大，會對其承載的有用信號產(chǎn)生干擾，從而造成系統(tǒng)的功能失靈，線纜間的電磁干擾是設備或系統(tǒng)不能滿足有關電磁兼容要求的重要原因[6]，因此消除或減少線纜引起的電磁干擾是非常必要的。許多學者對抑制傳輸線間串擾的問題展開了研究，如在傳輸線終端接匹配負載[5]，適當增大線間距、耦合微帶線間加入接地線[7?9]等。本文采用商用仿真軟件建立了自由空間雙導線和腔體中多導體傳輸線的串擾模型，研究了傳輸線間串擾的抑制措施即在受擾線終端接濾波器，得到了串擾線上近端串擾和遠端串擾的時頻響應特性，結(jié)果表明在受擾線纜終端加濾波器，能有效地濾除傳輸線上各種工作所不需要的干擾信號。

1 基本原理介紹

利用商業(yè)電磁仿真軟件，建立多導體傳輸線的串擾模型，并對傳輸線串擾抑制進行設計。研究思路如圖1所示。主要分為三個部分：首先，根據(jù)粗略的理論分析，對電子系統(tǒng)屏蔽腔體結(jié)構(gòu)和線纜布局進行合理的簡化，通過仿真軟件建立系統(tǒng)屏蔽腔體模型和線纜模型，仿真得到傳輸線終端未接濾波器時的終端負載上的串擾響應時頻特性。根據(jù)串擾響應信號特性，設計相應頻帶的濾波器，能夠保證有用信號正常工作的情況下，濾除串擾信號。通過仿真軟件，仿真設計濾波器，使其性能參數(shù)達到指標。然后，將設計好的濾波器接到傳輸線終端，再通過仿真軟件計算，得到傳輸線終端負載上的串擾電壓響應，分析濾波器抑制串擾的效果。

2 仿真分析

2.1 雙線串擾與抑制分析

在地面上方平行放置兩根理想導體傳輸線，見圖2。傳輸線長度為1 m，半徑為0.5 mm，兩導線之間的距離為2 cm，Vs1是頻率為80 MHz幅值為1 V的正弦波電壓源，信號線終端電阻R3=50 Ω，受擾線近端電阻R1=50 Ω、遠端電阻R2=50 Ω，導線的特性阻抗為50 Ω，在受擾線的遠端和近端加上濾波器，濾波器結(jié)構(gòu)見圖3。8階巴特沃茲濾波器，端口特性阻抗為50 Ω，元器件參數(shù)為：L1=449.89 nH，L2=680.434 nH，L3=613.729 nH，L4=149.96 nH，C1=50.200 7 pF，C2=238.013 pF，C3=270.1 pF，C4=198.84 pF，濾波器的S參數(shù)見圖4，與50 Ω的電阻匹配良好。

由圖5可見在沒加濾波器時受擾線上的串擾電壓達到了5 mV左右。如果激勵增加，產(chǎn)生的串擾電壓也會相應的增加，如果傳輸線的終端接了其他電路元件，串擾電壓增加到元器件的閾值時就會對元器件產(chǎn)生破壞，因此消除這種有害的串擾電壓很有必要，加入濾波器后，受擾線上的串擾電壓幾乎為0，干擾已解消除。

2.2 腔體內(nèi)多線串擾的抑制分析

機箱尺寸為20 cm×40 cm×40 cm、材料為PEC，左右兩側(cè)面板上開了一定數(shù)量的矩形孔，在腔體中心布4根線，線長為30 cm，間距為2 cm，距離地板高度為2 cm，模型如圖6所示。在一根傳輸線上加激勵源[Vs=sin（2·π·freq1·t）+sin（2·π·freq2·t）]，freq1=10 MHz（濾波器通帶范圍內(nèi)工作信號），freq2=80 MHz（濾波器通帶范圍外干擾信號），R2=R3=R4=R5=R6=R7=R8=50 Ω，觀察其余三根線終端有無濾波器時的串擾電壓，這里以R5上的波形為例。

激勵源是兩種不同頻率正弦波的疊加，如圖7所示，沒加濾波器傳輸線終端串擾的時域、頻域波形也是兩種頻率正弦波的疊加，由頻域波形可以看出80 MHz的串擾比10 MHz的串擾大，這說明頻率越高，串擾越大。濾波器的通帶是0～20 MHz，加上濾波器之后對80 MHz的串擾進行濾除，留下10 MHz的波形，由圖7可見，在傳輸線的兩端加濾波器能很好的抑制串擾，根據(jù)具體情況可以設計不同頻帶的濾波器來對不同頻帶的電磁干擾進行抑制。

3 結(jié) 論

傳輸線間的串擾引起的騷擾電壓、騷擾電流是電磁干擾的重要元素，本文采用數(shù)值仿真的方法對自由空間雙線以及屏蔽腔體內(nèi)的多導體傳輸線間的串擾問題進行了分析，頻率越高串擾越大；對串擾引起的干擾介紹了抑制措施即在傳輸線終端加濾波器，研究了傳輸線終端有無濾波器時串擾電壓的時頻響應特性，仿真結(jié)果表明在導線終端加相應頻段的濾波器能很好地抑制各種工作所不需要的干擾信號，因此，可以根據(jù)實際的干擾頻帶設計出相應濾波器來濾除線纜上的串擾。這為電子系統(tǒng)線纜電磁干擾設計提供了參考依據(jù)，具有實際的工程價值。

參考文獻

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