Frecuencia de Resonancia del Chasis
Calcula la frecuencia de resonancia más baja de un recinto metálico (resonador de cavidad) para identificar posibles problemas EMC.
Fórmula
f_mnp = (c/2)√((m/a)² + (n/b)² + (p/c)²)
Cómo Funciona
Una carcasa metálica forma un resonador de cavidad rectangular. A ciertas frecuencias, las ondas electromagnéticas rebotan entre las paredes y crean ondas estacionarias con intensidades de campo interno muy altas. Las frecuencias de resonancia vienen dadas por f_mnp = (c/2) √ ((m/a) ² + (n/b) ² + (p/c) ²), donde a, b, c son las dimensiones en metros y m, n, p son índices en modo entero (al menos dos deben ser distintos de cero). La frecuencia de resonancia más baja es normalmente el modo TEo TE. En el momento de la resonancia, la carcasa puede amplificar el ruido interno e irradiarlo, o permitir que los campos externos penetren más fácilmente. Esto es especialmente problemático en el caso de las carcasas blindadas: la eficacia del blindaje se reduce cerca de las frecuencias de resonancia. Las aberturas (orificios de ventilación, pantallas) degradan aún más el SE cerca de la resonancia.
Ejemplo Resuelto
Problema: una caja electrónica de acero mide 300 mm de largo, 200 mm de ancho y 100 mm de alto. ¿Cuál es la frecuencia de resonancia más baja? Solución: 1. Dimensiones en cm: a=30, b=20, c=10 2. Modo TE: f= (3×10†/2) × √ ((1/30) ² + (1/10) ²) = 1,5 × 10¹ × √ (0,00111 + 0,01) = 1,5 × 10¹ × 0,1005 = 1508 MHz 3. Modo TE: f= 1,5 × 10¹ × √ ((1/30) ² + (1/20) ²) = 1,5 × 10¹ × √ (0,00111 + 0,0025) = 1,5 × 1014 × 0,0601 = 902 MHz 4. Frecuencia de resonancia más baja = min (1508, 902) = 902 MHz (TE) Resultado: La resonancia de la primera cavidad es a 902 MHz. Las frecuencias superiores a 900 MHz pueden presentar fallos de blindaje mejorados en esta carcasa.
Consejos Prácticos
- ✓Si las resonancias de las cavidades se encuentran dentro del rango de frecuencia de funcionamiento del producto, añada material absorbente de RF con pérdidas (espuma cargada de carbono) dentro de la carcasa para amortiguar las resonancias.
- ✓Coloque la PCB descentrada dentro de la carcasa; esto evita el acoplamiento al nodo de resonancia de la cavidad en el centro geométrico.
- ✓Mantenga todas las dimensiones de apertura por debajo de λ /20 (1,5 cm a 1 GHz) para minimizar la eficiencia de la antena con ranura; utilice varios orificios pequeños en lugar de una abertura grande para la ventilación.
Errores Comunes
- ✗Suponiendo que una caja metálica proporcione un blindaje infinito (cerca de las frecuencias de resonancia, el SE puede caer hasta casi cero); esto es fundamental para los circuitos de rango de GHz.
- ✗Ignorar los modos de orden superior: existen múltiples resonancias en los armónicos; mapea todos los modos por debajo de tu frecuencia de reloj más alta.
- ✗Las aperturas inteligentes solo reducen el blindaje: las aperturas cercanas a las frecuencias de resonancia pueden desafinar la cavidad, pero las aperturas grandes también crean antenas de ranura que irradian de forma independiente.
Preguntas Frecuentes
¿El material de la carcasa afecta a las frecuencias de resonancia?
No, las frecuencias de resonancia de la cavidad dependen únicamente de las dimensiones físicas (en primer orden). La conductividad del material afecta al factor Q y a la nitidez de la resonancia; un material de mayor conductividad produce una resonancia más nítida y de mayor Q, mientras que un material con pérdidas (acero revestido, aluminio) amplía y amortigua la resonancia.
¿Puedo cambiar las frecuencias de resonancia según el diseño?
Sí Al cambiar las dimensiones de la carcasa, se modifican las frecuencias de resonancia. Al agregar divisores o deflectores en el interior del gabinete, éste se divide en cavidades más pequeñas, lo que hace que las resonancias pasen a frecuencias más altas (y potencialmente menos problemáticas). Añadir material absorbente de radiofrecuencia es la solución de modernización más práctica.
¿Las resonancias del chasis son solo un problema de blindaje o también un problema de emisiones radiadas?
Ambos. En el momento de la resonancia, la cavidad puede concentrar los campos internos y volver a irradiarlos a través de las aberturas de manera más eficiente que en las frecuencias no resonantes. Por el contrario, los campos externos a la frecuencia de resonancia pueden penetrar más fácilmente (problema de inmunidad). Un buen diseño de EMC aborda tanto los escenarios de emisión como los de inmunidad.
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