Breitband-Netzwerkdarstellung für die Kopplung von Leitungsstrukturen in geschlossenen Hohlräumen

Abstract

Elektronische Baugruppen, die mit hohen Frequenzen arbeiten, werden häufig in Gehäusen mit metallischen Wänden untergebracht. Wenn die Abmessungen des Gehäuses im Bereich der Wellenlänge liegen, muss die Anregung von Hohlraummoden berücksichtigt werden. Ein praktisch relevantes Beispiel sind moderne Computer- und Serversysteme, die bei GHz-Frequenzen arbeiten. Um die Interferenz der Komponenten innerhalb des Hohlraums abzuschätzen, müssen zeitaufwendige Simulationen oder Messungen verwendet werden. Da aus der Frequenzbereichsantwort abgeleitete Modelle nicht unbedingt stabil sind, muss zusätzliche Arbeit geleistet werden, um Analysen im Zeitbereich durchzuführen. Analytisch kann dieses Problem mit der dyadischen Greenschen Funktion behandelt werden, wobei die Anwendung auf Hohlräume mit einfacher Geometrie beschränkt ist. In [1] und [2] wird diese Methode verwendet, um zuerst die elektrischen Felder in einem Hohlraum zu berechnen, um dann mithilfe der Leitungstheorie die Einkopplung in die Leitung zu berechnen. Für beliebige Geometrien des Gehäuses müssen numerische Feldberechnungsmethoden verwendet werden. Die Momentenmethode bietet sich an, wenn nur metallische Oberflächen vorhanden sind. Bei unterschiedlichen Materialien ist ein allgemeinerer Ansatz wie die Finite- Elemente-Methode erforderlich. Numerische Berechnungen können sehr zeitaufwändig sein, insbesondere wenn eine sehr dünne Struktur wie eine Leitung in einem großen Gehäuse betrachtet wird. In diesem Beitrag wird eine kürzlich veröffentlichtes Breitband-Mehrtor-Ersatzschaltbild für die Kopplung von elektrisch kleinen Stromsonden in Metallgehäusen beliebiger Form [3] erweitert, um auch Leitungen miteinzubeziehen. Unter der Annahme, dass die Einschränkungen der Leitungstheorie eingehalten werden, kann die Stromverteilung der Leitung als analytischer Ausdruck angegeben werden. Wird die Leitung an einem Port angeregt während der andere Port offen ist, erhält man einen Ausdruck, mit dem die Impedanzmatrix des Systems aufgestellt oder eine Netzwerkmodell abgeleitet werden kann. Der Strom wird in einen stationären und einen modalen Teil entwickelt und die Kopplung mit dem Feld innerhalb des Hohlraums berechnet. Dieses Feld wird durch eine elektrisch kurze Stromsonde verursacht und kann in Form von Eigenmoden des Gehäuses dargestellt werden. Die resultierende Netzwerkmodell enthält die Kopplung zwischen M Leitungsmoden und N Hohlraummoden. Der vorgestellte Ansatz wird durch zwei Beispielanordnungen validiert. Die erste ist ein rechteckiges Gehäuse und die zweite ein vereinfachtes Modell eines bestückten Computergehäuses. Die Frequenz- und Zeitbereichsantworten werden unter Verwendung kommerzieller numerischer Software als Referenz verglichen.