電磁兼容的數(shù)值仿真分析——CST2013

圖19 1.8米高變流機(jī)柜及其電磁輻射頻譜

    功率為500kW，輸入AC380V / 50Hz，輸出AC450V / 400Hz，母排上的平均電流約1.25kA，大電流將在變流器 機(jī)柜周邊產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，IGBT電流尖峰包含豐富的高頻分量，導(dǎo)致強(qiáng)輻射電場(chǎng)。

    仿真整個(gè)變流器在正常工作條件下的電磁輻射情況。 圖19中右插圖為低電平控制機(jī)柜中的電場(chǎng)強(qiáng)度（上為0- 1MHz，下為1MHz-1GHz）。

   2.8 艦船天線布局仿真（1kHz - 100GHz）

圖20 算法及其覆蓋的電尺寸

    采用目前先進(jìn)完備的計(jì)算電磁算法，可以覆蓋從長(zhǎng)波直至毫米波的天線布局仿真。全波仿真下載體可達(dá)700個(gè)波長(zhǎng)。一般來說，超過500個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，我們采用高頻方法可以較好地得到天線的輻射特性。圖20給出了目前CST軟件提供的完整的天線布局解決方案。

    2.9 高速互連SI仿真

圖21 高速光電模塊CDR，通過安裝在背板上的交換矩陣
實(shí)現(xiàn)在插卡間的快速切換，0-20GHz信號(hào)完整性問題

    圖21是一個(gè)典型的高速互連實(shí)例。兩塊直立的插卡通過圖中水平放置的背板相連，插卡與背板間則通過高速連 接器物理相連。目前實(shí)用的傳輸速率已達(dá)20Gbit/s，所以要 考慮0-40GHz頻帶下的信號(hào)完整性。40層的高速背板近1米長(zhǎng)、80厘米寬，內(nèi)含上百個(gè)差分對(duì)傳輸線，上千個(gè)過孔。

圖22 背板高速連接器的SI仿真

    圖22是高速連接器對(duì)：采用CST MWS時(shí)域求解器對(duì)高 速多芯連接器進(jìn)行寬帶全波仿真，得出寬帶S參量；再在 CST DS中搭建一對(duì)背靠背的這樣的連接器，形成S參量級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，得出右邊曲線所示的傳輸特性。紅色為仿真結(jié)果，蘭色為實(shí)測(cè)結(jié)果。

圖23 插卡-連接器-背板-連接器-插卡的SI仿真

    插卡-連接器-背板-連接器-插卡：采用CST MWS時(shí)域求解器對(duì)各段進(jìn)行寬帶全波仿真，得出各自的寬帶S參量；再在CST DS中將這些S參量級(jí)聯(lián)成一個(gè)子通路，得出左邊曲線所示的完整通路的傳輸特性。

圖24 完整傳輸通道上的SI仿真

    最后，在CST DS中搭建完整的交換器電路（圖24），輸入PRBS偽隨機(jī)碼流，分析輸出眼圖，給出通道帶寬和誤碼率信息。

    3 結(jié)論

    以上簡(jiǎn)要介紹了目前常用電磁算法，并根據(jù)它們各自在實(shí)際仿真中所體現(xiàn)出的優(yōu)劣，對(duì)實(shí)際電磁兼容問題進(jìn)行了分級(jí)分類。列舉了大量實(shí)用仿真案例，覆蓋國防領(lǐng)域電 磁兼容的各個(gè)方面。充分體現(xiàn)了數(shù)值仿真技術(shù)在對(duì)復(fù)雜電 磁兼容問題進(jìn)行精確仿真預(yù)估中的廣闊前景。

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