인클로저가 전자레인지처럼 울리는 이유 및 예측 방법

모든 금속 상자는 공명 캐비티입니다

제품이 벤치에서는 방사능 방출은 통과시키지만 챔버에서는 눈에 띄게 고장나는 이유가 궁금하다면 섀시 공진이 원인일 수 있습니다.모든 닫힌 (또는 거의 닫혀 있는) 금속 인클로저는 전자기적으로 말하자면 공명 구멍입니다. 전자 레인지로 점심을 데우는 것과 똑같은 물리학이죠.특정 주파수에서는 상자의 내부 크기가 전자기장의 반 파장 배수와 일직선이 되어 정상파가 형성됩니다.이러한 주파수에서의 에너지는 차폐되지 않고 증폭되기 때문에 슬롯, 심 또는 케이블을 관통하는 모든 부분이 매우 효율적인 방사 안테나가 됩니다.

신제품 인클로저를 설계할 때 가장 먼저 해야 할 일 중 하나는 이러한 공진이 발생하는 위치를 이해하는 것입니다.[섀시 공진 주파수 열기] (https://rftools.io/calculators/emc/chassis-resonance/) 계산기를 사용하면 이 작업을 10초 만에 완료할 수 있습니다.

지배 방정식

직사각형 금속 캐비티는 횡방향 전기 (TE) 및 횡방향 자기 (TM) 모드를 지원합니다.“MATHINLINE_9" (또는 “MATHINLINE_10") 모드의 공진 주파수는 다음과 같습니다.

“매스블록_0"

여기서 “MATHINLINE_11"은 빛의 속도 (“MATHINLINE_12" m/s) 이고 “MATHINLINE_13", “MATHINLINE_14", “MATHINLINE_15"는 인클로저의 내부 길이, 너비 및 높이 (미터) 입니다.정수 “MATHINLINE_16", “MATHINLINE_17" 및 “MATHINLINE_18"은 각 축의 반 파장 변화 수를 나타냅니다.

TE 모드의 경우 세 인덱스 중 2개 이상이 0이 아니어야 합니다.일반적인 엔클로저의 최하위 모드 (예: “MATHINLINE_19") 는 일반적으로 “MATHINLINE_20"과 “MATHINLINE_21"입니다.계산기는 이 두 가지를 모두 보고하고, 어느 쪽이 “MATHINLINE_22” (문제가 가장 먼저 시작되는 빈도) 를 알려주는지 식별합니다.

EMC에게 중요한 이유

공진 시에는 인클로저의 차폐 효과가 현저히 떨어질 수 있습니다. 때로는 오프 공진 성능에 비해 20—40dB 정도 떨어질 수 있습니다.디지털 클록 고조파 또는 스위칭 컨버터 스퍼가 이러한 캐비티 모드 중 하나에 도달하면 박스 자체가 문제이기 때문에 페라이트나 필터링이 아무리 많아도 버티지 못할 정도로 배출량이 급증하는 것을 볼 수 있습니다.

일반적인 결과는 다음과 같습니다.

• PCB의 어떤 명백한 근원과도 일치하지 않는 주파수에서 예상치 못한 복사 방출이 최고조에 달합니다.
• 멀티보드 인클로저에서보드 간 커플링: 한 보드의 노이즈가 캐비티 모드를 작동시켜 다른 보드의 민감한 아날로그 프런트 엔드에 결합되는 경우
• 테스트 결과가 일치하지 않음 — 케이블을 이동하거나 PCB 위치를 변경하면 필드 패턴이 약간 바뀌고 측정된 진폭이 변경됩니다.

실제 사례: 일반적인 산업용 컨트롤러 인클로저

내부 치수가 있는 표준 압출 알루미늄 인클로저를 예로 들어 보겠습니다.

• “MATHINLINE_23" (0.25m)
• “매스인라인_24" (0.15m)
• “매스인라인_25" (0.05m)

테스트 모드

“매스블록_1”

“매스블록_2"

“매스블록_3"

테스트 모드

“매스블록_4"

“매스블록_5"

“매스블록_6"

따라서 “MATHINLINE_26" 모드에서 설정한 최저 공진 주파수는 약 1.17GHz입니다.해당하는 자유 공간 파장은 다음과 같습니다.

“매스블록_7"

이는 CISPR 32/FCC Part 15 복사 방출 테스트 (대부분의 제품 등급에서 일반적으로 최대 6GHz까지 실행) 에서 스캔한 범위를 확실히 벗어납니다.설계에 디지털 클럭 고조파, 고속 직렬 링크 (USB 3.x, PCIe, HDMI) 또는 콘텐츠가 1.17GHz에 가까운 스위칭 컨버터가 있는 경우 이 인클로저는 이러한 신호를 감쇠하지 않고 증폭합니다.

동일한 수치를 [섀시 공진 주파수 열기] (https://rftools.io/calculators/emc/chassis-resonance/) 계산기에 연결하면 “MATHINLINE_27"의 파장과 함께 결과를 즉시 확인할 수 있습니다.

실용적인 설계 전략

공진 위치를 알고 나면 다음과 같은 몇 가지 옵션을 사용할 수 있습니다.

1.인클로저 크기를 변경하십시오. 한 차원을 10-15% 변경해도 공진 주파수가 문제가 되는 주파수에서 멀어질 수 있습니다.이 방법은 설계 초기에 수행하는 것이 가장 저렴합니다.

2.흡수제 재료를 추가하십시오. 내부 벽에 RF 흡수 폼 또는 적재된 엘라스토머를 배치하면 캐비티의 Q가 감소하여 공명 피크가 감소합니다.이는 1GHz 이상의 고주파 인클로저에서 흔히 발생합니다.

3.인클로저를 분할하십시오. 내부 벽이나 실드는 큰 구멍 하나를 작은 구멍으로 쪼개어 가장 낮은 공진 주파수를 높입니다.

4.조리개를 신중하게 관리하십시오. 공진 캐비티는 길이가 “MATHINLINE_28"에 근접하는 슬롯을 통해 가장 효율적으로 방사되므로 이음매 길이와 환기 슬롯을 “MATHINLINE_29"보다 훨씬 적게 유지하는 것이 중요합니다.

5.소음원을 재배치하십시오. 정상파 패턴은 예측 가능한 위치에서 null과 최대값을 갖습니다.주파수를 이동할 수 없는 경우 소스를 필드 null로 옮길 수도 있습니다.

빠른 온전성 검사 경험 규칙

빠른 추정치의 경우, 박스의 최저 공명도는 대략 다음과 같습니다.

“매스블록_8"

여기서 “MATHINLINE_30"과 “MATHINLINE_31"은 센티미터 단위의 가장 큰 두 내부 치수입니다 (“MATHINLINE_32"가 훨씬 작다고 가정).예를 들어, “MATHINLINE_34" GHz를 제공하는 “MATHINLINE_33"을 예로 들어 보겠습니다. 잠깐, 이것은 캐비티 모드 공식이 아니라 대각선을 기준으로 한 반파 추정치입니다.캐비티를 적절히 계산하면 (위 그림 참조) 1.17GHz가 나옵니다.교훈: 단축키가 아닌 실제 공식을 사용하십시오. 특히 규정 준수가 어려운 경우에는 더욱 그렇습니다.

시도해 보세요

다음 인클로저 설계를 확정하기 전에, 또는 미스테리한 배출 피크를 디버깅하는 중이라면 [섀시 공진 주파수] (https://rftools.io/calculators/emc/chassis-resonance/) 계산기를 열고 상자 치수를 입력하세요.몇 초면 끝나며 재회전 비용을 절감할 수 있습니다.차폐 효과 또는 조리개 누수 계산과 함께 사용하면 EMC 챔버에서 인클로저가 어떻게 작동할지 전체적으로 파악할 수 있습니다.