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シャーシ共振周波数

EMC問題を特定するための金属筐体（空洞共振器）の最低共振周波数を計算します。

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公式

f_mnp = (c/2)√((m/a)² + (n/b)² + (p/c)²)

a,b,c — Chassis dimensions (m)
m,n,p — Mode indices

仕組み

金属製の筐体は長方形の空洞共振器を形成します。特定の周波数では、電磁波が壁の間を跳ね返り、内部電界強度が非常に高い定在波を生成します。共振周波数は f_mnp = (c/2) √ ((m/a) ² + (n/b) ² + (p/c) ²) で求められます。ここで a, b, c はメートル単位の次元、m, n, p は整数モードインデックスです (少なくとも 2 つはゼロ以外でなければなりません)。最も低い共振周波数は、通常 TEまたは TEモードです。共振時には、エンクロージャーが内部のノイズを増幅して放射したり、外部フィールドをより簡単に透過させたりできます。これは、シールド付きのエンクロージャでは特に問題になります。共振周波数付近ではシールド効果が低下します。開口部 (通気孔、ディスプレイ) は、共振付近のSEをさらに低下させます。

計算例

問題：スチール製の電子機器エンクロージャーは、長さ300mm、幅200mm、高さ100mmです。共振周波数の最低値はいくつですか?
解決策:
1。寸法 (cm): a=30、b=20、c=10
2.TEモード: f= (3×10≦/2) × √ ((1/30) ² + (1/10) ²) = 1.5×10× √ (0.00111 + 0.01) = 1.5×10¹ × 0.1005 = 1508 MHz
3.TEモード: f= 1.5×10¹ × √ ((1/30) ² + (1/20) ²) = 1.5×10¹ × √ (0.00111 + 0.0025) = 1.5×10¹ × 0.0601 = 902 MHz
4.最低共振周波数 = 最小 (1508、902) = 902 メガヘルツ (TE)
結果: 最初の空洞共振は 902 MHz です。900 MHz を超える周波数では、このエンクロージャーのシールド障害が強化される可能性があります。

実践的なヒント

  • ✓空洞共振が製品の動作周波数範囲内にある場合は、共振を減衰させるために損失の多いRF吸収材（炭素含有フォーム）をエンクロージャーの内部に追加してください。
  • ✓PCBをエンクロージャーの内側の中心からずらして配置します。これにより、幾何学的中心にある空洞共振ノードとの結合が回避されます。
  • ✓スロットアンテナの効率を最小限に抑えるため、すべての開口部の寸法をλ/20（1 GHzで1.5 cm）未満にしてください。換気のために大きな開口部を1つではなく、複数の小さな穴を使用してください。

よくある間違い

  • ✗金属製の箱が無限のシールドを実現すると仮定すると、共振周波数に近い周波数がSEはゼロ近くまで低下する可能性があり、これはGHz範囲の回路にとって非常に重要です。
  • ✗高次のモードは無視してください。高調波には複数の共振が存在するため、最も高いクロック周波数より低いすべてのモードをマッピングしてください。
  • ✗開口部はシールドを減らすだけだと考えてください。共振周波数に近い開口部は空洞をデチューンできますが、開口部が大きいと独立して放射するスロットアンテナも生成されます。

よくある質問

いいえ — 空洞共振周波数は物理的寸法 (一次時) にのみ依存します。材料の導電率はQファクターと共振の鋭さに影響を与えます。導電率が高い材料ほどシャープでQの高い共振が生まれ、損失の多い材料 (コーティングされたスチール、アルミニウム) では共振が広がり減衰します。
はい。エンクロージャーの寸法を変えると、共振周波数が変わります。エンクロージャーの内部にディバイダーやバッフルを追加すると、エンクロージャーは小さな空洞に分割され、共振周波数が高くなる (そして問題も少なくなる可能性がある) 周波数に押し上げられます。RF 吸収材を追加するのが最も実用的な改造方法です。
両方。共振時には、共振周波数でない場合よりも、空洞から内部電界を集中させ、開口部から再放射する方が効率的です。逆に、共振周波数の外部磁界はより容易に侵入する可能性があります（イミュニティの問題）。優れたEMC設計は、エミッションとイミュニティの両方のシナリオに対応します。

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