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電磁兼容的數(shù)值仿真分析——CST2013

文章來源: CST_China    錄入: mweda.com   

    由于RE102所要仿真的最高頻率很高,高達(dá)18GHz, 同時板上信號頻率僅15kHz,到18GHz的諧波分量相當(dāng)?shù)?小,這樣懸殊的頻段對于時域高頻場仿真算法來說,仿真時間將相當(dāng)?shù)亻L;而對于頻域場仿真算法來說,掃頻帶寬太寬,同樣導(dǎo)致仿真時間太長。為此,通常采用求解廣義沖擊響應(yīng)的方法,再乘以激勵源的頻譜合成最終的結(jié)果。

    本算例中采用如下線性化方法:
    a)有六個開關(guān)管,柵極電流極小,所以忽略,即柵源和柵漏間接高阻開路即可;
    b)只需考慮漏源間的大電流,六只管子兩兩錯位開通,其余時間閘斷截止,將漏源結(jié)定義為電流源,電流源激勵波形為上節(jié)路仿真中得到的波形;
     c)在每個電流源處加上Delta沖擊激勵,定義PCB板上電流監(jiān)視器(圖8),1米法水平垂直電場場強(qiáng)接收天線(圖9),通過場仿真得到相應(yīng)的廣義沖擊響應(yīng);
    d)通過實(shí)際激勵信號的頻譜最后合成實(shí)際工作情況下的響應(yīng)。

       
圖9 開關(guān)管Delta沖擊下,PCB板周邊1米處信號的頻譜
(0-18GHz)和1W激勵下18GHz的遠(yuǎn)場方向圖(下)


    2.2 天線對箱內(nèi)電纜的EMS仿真

    本算例模型見圖10。一個10米長、2米寬、1米高的鋁制箱體,上面有11條窄縫,單振子天線位于箱外1米處,工作于100MHz-1GHz頻帶,電壓源激勵,0到1GHz頻帶上的 輻射功率線性從0至0.14mW,箱內(nèi)敷設(shè)了一條2米長線束,包含單線和同軸線兩種線纜,各自端口50歐姆接地。要求天線輻照下線纜上的感應(yīng)電壓和電流。


圖10艙外振子天線輻射對艙內(nèi)電纜的干擾

    此問題的難點(diǎn)是同軸線編織網(wǎng)與10米長箱體間巨大的 比例關(guān)系,對于場仿真算法來說,這勢必導(dǎo)致網(wǎng)格數(shù)激增, 否則將影響仿真精度。加之箱體上狹窄的縫隙以及0.5mm 薄的鋁殼,對于1GHz以下的頻率,電磁波一定程度上仍可以穿透鋁殼的。為此,鋁殼不能采用PEC,而需考慮其電 導(dǎo)率和厚度的影響,如果對其劃分網(wǎng)格則會導(dǎo)致網(wǎng)格步長僅0.5mm。 具體的仿真流程是:

    a)單振子天線仿真,得出其全頻帶上寬帶近場電流磁 流分布;

    b)將近場源加載到整個箱體上,對箱體上的窄縫和其 內(nèi)的同軸電纜采用集總電路等效精簡模型,避免了直接對 這些細(xì)小的結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。得出天線對線纜的干擾 (圖11)。顯然同軸線的屏蔽效能較單線高得多。


圖11單線和同軸線上所感應(yīng)的干擾電流

    這些仿真案例可以適用于很多實(shí)際干擾的仿真:艦船上一部或多部天線工作在相同或不同的頻段,它們工作時對甲板上或船艙內(nèi)的線纜的耦合干擾分析。不但是艦載,而且可以仿真車載、機(jī)載、星載和彈載等平臺上的輻射敏感度。

     2.3 車載線纜EMI仿真

    悍馬車中三種不同線纜:單線、同軸線和雙絞線,其上信號分別為正弦波(100kHz/0.26W)、三角波(周期 0.2us/7.5W)和差分方波(周期5us/0.4W)。模型見圖12。 兩條路徑包含了五條不同的線型的線。


圖12 左為車與兩天線束,右為10MHz的輻射場

    仿真中不但可以得出不同周期不同功率信號在空間中的輻射強(qiáng)度,而且還能夠得出各線纜間的串?dāng)_,見圖13。 


圖13 雙絞線上差分方波受到鄰近信號的干擾

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