Диссертация (1136166), страница 45

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 45)

Если в проводниках текут синфазные токи, то в этом случаепроводники копланарной линии следует рассматривать как одиночные, излучениекоторых будет складываться с незначительной расфазировкой. Именно поэтому припроектировании печатных узлов оказывается важным обеспечить близкие к нулюсинфазные токи в линиях передачи [17]. В этом случае при расчете компонентов поля поформулам (3.44) и (3.45) вместо коэффициента расфазировки φ следует использоватькоэффициент синфазности ξ, значение которого может быть найдено из (3.41) и (3.42) исоставляет для малых значений φ для случая равных токов ξ = 2 – φ2/2, где φрассчитывается по формуле (3.42).

Произвольные прямой и возвратный токи,рассчитанные на основе схемного моделирования, всегда могут быть представленысуммой синфазной и противофазной составляющих.H  (t ) l sin  arccos(sin( ) sin())   a  a di(t  ) i (t  ) ,2 r4dtrE r (t ) l sin() sin()  ai (t  ),2r 2aE (t ) l  sin  arccos(sin() sin())    a i (t  )  a di (t  ) .24rdt  a r(3.44)200H  (t ) K ( э )l sin arccos(sin() sin() /  э )   a a di (t  ) i (t  ) ,2 r4dtrE r (t ) K ( э )l sin() sin()  ai (t  ),a2r 2  эE (t ) K ( э )l  sin arccos(sin() sin() /  э )   i (t  )  di (t  ) a a.24rrdt  a(3.45)Если при отборе проводников для анализа помехоэмиссии по методике,изложенной в разделе 3.3, рассматриваются не одиночные проводники, а однородныелинии передачи, то это позволяет повысить точность предварительного анализа.

В этомслучае значение φ, либо, при необходимости, sin(φ) должно использоваться в качестведополнительного весового коэффициента.Проверка приведенных соотношений выполнена в разделе 3.7.Микрополосковая линия (рис. 3.21) состоит из проводника, расположенного надсплошным металлическим экраном и отделенного от него слоем диэлектрика. Линияявляется электрически короткой. По проводнику и по экрану в противоположныхнаправлениях текут равные токи, соответствующие дифференциальному режиму иминимальному излучению.

Точка отсчета расстояния находится в диэлектрике исоответствует фазовому центру излучающей системы [153].Помимо упрощения, вытекающего из узкополосности измерений помехоэмиссии,следует также учесть и эффект близости [17], состоящий в предельном сближениипрямого и обратного токов. Эффект близости вызван для противоположно направленныхтоков воздействием силы Лоренца на носители заряда в проводнике и в экране, котораяпорождаетсямагнитнымполемдругогопроводника. Поэтому для частот свышеПлЭк атра ан5…10 МГц можно считать, что токи текут поповерхностямпроводникаиэкрана,обращенным к диэлектрику.

Кроме того,эффект близости приводит к концентрациивозвратного тока в экране непосредственноРис. 3.21. Микрополосковая линияпод прямым в пределах утроенной шириныверхнего проводника. Такое представление широко принято в инженерной практике; онопозволяет рассматривать обратный ток сосредоточенным в области под проводником.Из изложенного следует, что излучение в пространстве как со стороны проводника,так и со стороны экрана можно рассматривать как формируемое теми компонентами поля,201которые излучаются каждым из элементов линии непосредственно в диэлектрик.

Длямикрополосковой линии не полная компенсация излучений, формируемых прямым иобратным токами, обусловлена расфазировкой, как для копланарной линии.Для случая излучения со стороны проводника расфазировка возникает за счетпрохождения электромагнитным излучением проводника дополнительного расстояния,равного c учетом (3.29) r  d / 1  sin 2 () /  э .

Поскольку оно распространяется вдиэлектрике, то коэффициент расфазировки составит2f 0 d  э(3.46)c 1  sin 2 () /  эФормула (3.46) указывает, как и в случае копланарной линии, на то, что излучениемикрополосковой линии для дифференциального режима будет значительно меньше, чемодиночной. Значение d для современных печатных плат составляет порядка 5∙10-4 м, азначение εэ ≈ 5. В данном примере для области нулевых зенитных углов имеем φ = 2,34∙105, что соответствует ослаблению -92,6 дБ относительно излучения одиночногопроводника.Значение угла θ между проводником и направлением излучения, приходящего вточку наблюдения, рассчитывается по формуле (3.25).

С учетом изложенного, а такжевыхода излучения из диэлектрика в свободное пространство, компонентные уравнениябудут иметь вид, соответствующий (3.45), но значение коэффициента расфазировкидолжно рассчитываться по формуле (3.46). В таком виде они справедливы для режимапротивофазных токов.Если токи синфазны, то следует рассматривать микрополосковую линию как дваодиночных проводника и использовать для них принцип суперпозиции.

Уравнения дляизлучения одиночного проводника на поверхности диэлектрика приводились выше. Вслучае использования формул (3.45) вместо коэффициента расфазировки φ следуетиспользовать коэффициент синфазности ξ, значение которого может быть найдено из(3.41) и составляет для малых значений φ для случая равных токов ξ = 2 – φ2/2, где φрассчитывается по формуле (3.46). Произвольные прямой и возвратный токи,рассчитанные на основе моделирования, всегда могут быть представлены суммойсинфазной и противофазной составляющей.Дополнительное время запаздывания, связанное с прохождением излучения отфазового центра к поверхности диэлектрика, составит d необходимоучитыватьприрасчетеобщего1,5dэ.

Егоc1  sin 2 () /  эзапаздыванияраспространения202электромагнитных волн до точки наблюдения. Аналогично копланарной линии,коэффициент φ следует учитывать при отборе проводников для дальнейшего анализа ихизлучений по методике, изложенной в разделе 3.3. Проверка приведенных соотношенийдля излучения микрополосковой линии со стороны проводника выполнена в разделе 3.7.Теперь рассмотрим излучение микрополосковой линии в направлении экрана. Вэтом случае фазовый центр будет тот же. С учетом эффекта близости излучающий ток вприлегающей к диэлектрику поверхности экрана можно рассматривать как ток впроводнике, расположенном очень близко к его поверхности.

Интенсивность излучения,проходящего через слой металлизации, может быть оценена на основе аппарата теорииэкранирования [130].Согласно современному представлению о физике процессов взаимодействияэлектромагнитных волн с металлическим экраном, их ослабление достигается за счетпроцессов отражения от границ раздела «воздух — металл» и «металл — воздух», а такжеза счет поглощения энергии в проводящей среде. Для тонких проводников и покрытийнеобходимо также учитывать потери на переотражение, связанные со сложением сигналовс некоторой разностью фаз при невысоких потерях на поглощение.Согласно [130], эффективность экранирования S [дБ] рассчитывается по формуле(3.47)S  A R B ,где коэффициент A определяет эффективность экранирования за счет потерь напоглощение; R — составляющая, определяющая потери на отражение; коэффициент Bучитывает многократное отражение волн от границ экрана.

Все указанные коэффициентыизмеряются в дБ. Потери на поглощение могут быть оценены на основе соотношениятолщины экрана t и глубины скин-слоя δ на частоте анализа f0. Значение коэффициента AсоставляетA  8, 686t f 0 0 ,(3.48)где μ0 = 4π∙10-7 Гн/м — магнитная постоянная; μ — относительная магнитнаяпроницаемость; σ — проводимость материала экрана, См/м.Потери на отражение следует рассчитывать с учетом того, что ток, порождающийизлучение, в выбранном приближении течет непосредственно по поверхности самогоэкрана.

В этом случае отражение будет наблюдаться только при выходе волны из экрана.С учетом соотношения (3.22) значение R составитR  20 lg(0, 5( Z a / Zb  1)) ,(3.49)где Za и Zb — волновые сопротивления свободного пространства и экрана соответственно.Значение волнового сопротивления Zb для частоты f0 будет отличаться от волнового203сопротивления металла Zm за счет формирования скин-слоя. С учетом того, чтоZ m  2f 00 /  , значение Zb рассчитывается по формуле [130]Zb 2f 0 0 / 1  (exp(t f 0 0 ))1.(3.50)Далее, значение Za должно рассчитываться с учетом ближней зоны излучения.Волна до границы экрана распространяется в металле.

Соответственно, длина волны вметалле будет существенно отличаться от длины волны в свободном пространстве исоставитm  2.0 f 0(3.51)В соответствии с формулой (4.5) [130] имеемZ a  377m377.2t t f 0 0 (3.52)Для расчета значения Za следует использовать именно такую формулу, посколькудо границы раздела «металл — воздух» излучение распространяется в металле. Наконец,коэффициент B, учитывающий многократные отражения от границ «воздух — металл» и«металл — воздух», согласно [130], должен учитываться, если для текущей частотызначение A составляет менее 6 дБ.

Значение B рассчитывается на основе соотношенияB  20 lg (1  exp(2t f00 )) exp(2 jt f 00 ) .(3.53)На основе выражений (3.47) — (3.53) эффективность экранирования S может бытьоценена как функция частоты для экранов разной толщины. Следует заметить, что поле,формируемое током в проводнике микрополосковой линии, будет ослабляться ещесильнее, поскольку к рассмотренным факторам прибавится еще и отражение на границе«диэлектрик — металл».

Характеристики

Список файлов диссертации