基于高并发网络场景和频率选择表面的电磁兼容测试与设计

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随着移动网络化程度不断加深,社会的信息化建设日益发展,借助系统完成各种数据收集、转发、处理和推送等工作的需求也与日俱增。目前电磁兼容测试也面临数据量增加,测试内容复杂的问题,同时测试前后需要记录仪器设备使用情况,为了提高效率会采取多项测试同时进行的方式。因此面对电磁兼容测试规模不断增大,需要构建一个基于高并发网络场景的系统辅助各项电磁兼容测试,提高测试效率。本文设计的电磁兼容测试系统便是基于当前网络背景下利用网络通信技术、数据化存储技术、操作流日志技术、快速数据访问技术、高效数据处理技术对电磁兼容测试过程进行全方位管理、操作的系统平台。该系统基于先进的现代化管理设计和智能化布局理念,减少电磁兼容测试的运行成本,提高工作效率,为全面提升测试水平提供了先进的技术支点。在电磁兼容测试过程中十分重要的一环便是排除环境电磁干扰,往往使用屏蔽层或屏蔽腔减小误差,这对于提高测试精确度有着至关重要的意义,同时高性能的屏蔽层也是当前电子产品中必不可少的组成元素。金属壳体经常作为电子器件或PCB免受电磁干扰(EMI)以及辐射的屏蔽层,它是电子产品中排除环境干扰的重要。在某些情况下,如果该壳体具有较大的面积和厚度,则会导致屏蔽成本过高、电子器件重量过大。另外,在第五代(5G)通信环境下,比以往更高频段的无线信号通过金属壳体上的孔缝耦合器件到内部,造成电磁干扰,给金属壳体的设计带来巨大挑战。因此本文重点研究并设计了 3款频率选择表面代替金属腔体屏蔽。本文主要包括以下研究内容和成果:(1)本文提出了一种基于频率选择表面(FSS)的带有孔洞的用于5G电磁(EM)屏蔽的超材料结构。提出的FSS结构不仅能够实现近距离双带阻的屏蔽,而且其上的孔洞还能提高通风散热能力,减轻重量,便于内部结构走线。使用-10 dB作为工作带宽的阈值基准,提出的FSS具有两个阻带,其中心谐振频率分别为3.5 GHz和4.86 GHz,带宽分别为1.17 GHz(2.85-4.02GHz)和0.67 GHz(4.67-5.34GHz),能有效覆盖5G移动信号的工作频段,并且对于TE和TM偏振电磁信号均稳定响应。(2)本文提出了一种基于频率选择表面(FSS)的带有孔洞的2.5-D结构。提出的FSS结构不仅尺寸小、屏蔽频带宽、屏蔽效能好,而且其上的孔洞还能提高通风散热能力,减轻重量,便于内部结构走线。所提出的FSS的单元尺寸为0.097λ0 ×0.097λ0,其中λ0代表自由空间中的谐振波长。使用-10 dB作为工作带宽的阈值基准,提出的FSS的中心操作频率为4.83 GHz,中心频率点处的屏蔽效能超过40dB,带宽为3.38 GHz(3.21-6.59 GHz),能有效覆盖5G移动信号的工作频段,并且对于TE和TM偏振电磁信号均有高达85°入射角稳定响应的优点。(3)本章提出了一种高宽带的超薄频率选择表面结构,所提出的FSS的单元尺寸为0.32λ0 ×0.32λ0,其中λ0代表自由空间中的谐振波长,实现了小型化。使用-10 dB作为工作带宽的阈值基准,提出的FSS的中心操作频率为54 GHz,两处谐振频率点处的屏蔽效能分别超过40 dB和50 dB,带宽为35 GHz(36.8 GHz-72.5 GHz),可以在毫米波频率的U波段和V波段内用作有效的屏蔽设备,并且可以通过调整环路半径来改变其谐振频率。(4)本文利用NodeJs工具,构建一个信息化电磁兼容测试系统,能够有效应对高并发网络对系统的冲击。系统采用Express组件,并基于MVC的工厂设计模式,首先构建系统的总体架构,将系统业务逻辑分为各个层级,最后形成网络基础、数据库、基础Web服务、高级Web服务分层系统结构。在高级Web服务处理前端与后端的HTTP请求,在视图层利用渐进式框架实现数据与页面的绑定,通过自己编写或使用npm库中的接口,实现响应式数据结构,利用组件思想,动态生成HTML页面,基础Web服务主要管理平台各类数据,并按要求给控制器提供数据支撑。同时对数据库、基础Web服务、高级Web服务分别进行模块化处理,使每个模块有自己的输入输出接口,各模块间通过彼此的输入输出接口进行耦合,协同完成系统功能。本文设计思想可以进一步扩展应用到WLAN、ISM、全球移动通信系统、Wi-Fi等领域中。
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