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Frequência de Ressonância do Chassi

Calcula a frequência de ressonância mais baixa de um invólucro metálico (ressonador de cavidade) para identificar problemas CEM potenciais.

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Fórmula

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

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

Como Funciona

Um invólucro metálico forma um ressonador de cavidade retangular. Em certas frequências, as ondas eletromagnéticas saltam entre as paredes e criam ondas estacionárias com intensidades de campo interno muito altas. As frequências ressonantes são dadas por f_mnp = (c/2) √ ((m/a) ² + (n/b) ² + (p/c) ²), onde a, b, c são as dimensões em metros e m, n, p são índices de modo inteiro (pelo menos dois devem ser diferentes de zero). A frequência ressonante mais baixa é normalmente o modo TEou TE. Na ressonância, o gabinete pode amplificar o ruído interno e irradiá-lo, ou permitir que campos externos penetrem com mais facilidade. Isso é especialmente problemático para gabinetes blindados: a eficácia da blindagem é reduzida perto das frequências ressonantes. As aberturas (orifícios de ventilação, telas) degradam ainda mais o SE próximo à ressonância.

Exemplo Resolvido

Problema: um gabinete eletrônico de aço tem 300 mm de comprimento, 200 mm de largura e 100 mm de altura. Qual é a menor frequência ressonante?
Solução:
1. Dimensões em cm: a=30, b=20, c=10
2. MODO TE: f= (3×10†⁰/2) × √ ((1/30) ² + (1/10) ²) = 1,5×10†◦ × √ (0,00111 + 0,01) = 1,5×10†° × 0,105 = 1508 MHz
3. MODO TE: 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. Frequência ressonante mais baixa = min (1508, 902) = 902 MHz (TE)
Resultado: A primeira ressonância cavitária está em 902 MHz. Freqüências acima de 900 MHz podem apresentar falha de blindagem aprimorada neste gabinete.

Dicas Práticas

  • ✓Se as ressonâncias da cavidade estiverem dentro da faixa de frequência operacional do produto, adicione material absorvedor de RF com perdas (espuma carregada de carbono) dentro do gabinete para amortecer as ressonâncias.
  • ✓Coloque o PCB fora do centro dentro do gabinete - isso evita o acoplamento ao nó de ressonância da cavidade no centro geométrico.
  • ✓Mantenha todas as dimensões de abertura abaixo de λ/20 (1,5 cm a 1 GHz) para minimizar a eficiência da antena de ranhura; use vários orifícios pequenos em vez de uma grande abertura para ventilação.

Erros Comuns

  • ✗Supondo que uma caixa de metal forneça proteção infinita — perto de frequências ressonantes, o SE pode cair para quase zero; isso é fundamental para circuitos de alcance de GHz.
  • ✗Ignorando os modos de ordem superior — existem várias ressonâncias nos harmônicos; mapeie todos os modos abaixo da frequência de relógio mais alta.
  • ✗Pensar que as aberturas só reduzem a blindagem — aberturas próximas às frequências ressonantes podem desajustar a cavidade, mas grandes aberturas também criam antenas de ranhura que irradiam de forma independente.

Perguntas Frequentes

Não — as frequências ressonantes das cavidades dependem apenas das dimensões físicas (na primeira ordem). A condutividade do material afeta o fator Q e a nitidez da ressonância; um material de alta condutividade produz uma ressonância Q mais nítida e mais alta, enquanto um material com perdas (aço revestido, alumínio) amplia e amortece a ressonância.
Sim Alterar as dimensões do compartimento altera as frequências ressonantes. Adicionar divisórias ou defletores dentro do compartimento o divide em cavidades menores, elevando as ressonâncias para frequências mais altas (e potencialmente menos problemáticas). Adicionar material absorvedor de RF é a solução de modernização mais prática.
Ambos. Na ressonância, a cavidade pode concentrar campos internos e irradiá-los novamente através de aberturas com mais eficiência do que em frequências não ressonantes. Por outro lado, campos externos na frequência de ressonância podem penetrar mais facilmente (problema de imunidade). Um bom design de EMC aborda os cenários de emissão e imunidade.

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