電磁兼容的數(shù)值仿真分析——CST2013

    由于RE102所要仿真的最高頻率很高，高達(dá)18GHz， 同時(shí)板上信號(hào)頻率僅15kHz，到18GHz的諧波分量相當(dāng)?shù)?小，這樣懸殊的頻段對(duì)于時(shí)域高頻場(chǎng)仿真算法來說，仿真時(shí)間將相當(dāng)?shù)亻L；而對(duì)于頻域場(chǎng)仿真算法來說，掃頻帶寬太寬，同樣導(dǎo)致仿真時(shí)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(lì)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(gè)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(cuò)位開通，其余時(shí)間閘斷截止，將漏源結(jié)定義為電流源，電流源激勵(lì)波形為上節(jié)路仿真中得到的波形；
     c）在每個(gè)電流源處加上Delta沖擊激勵(lì)，定義PCB板上電流監(jiān)視器（圖8），1米法水平垂直電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)接收天線（圖9），通過場(chǎng)仿真得到相應(yīng)的廣義沖擊響應(yīng)；
    d）通過實(shí)際激勵(lì)信號(hào)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(hào)的頻譜
（0-18GHz）和1W激勵(lì)下18GHz的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖（下）

    2.2 天線對(duì)箱內(nèi)電纜的EMS仿真

    本算例模型見圖10。一個(gè)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(lì)，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(duì)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(duì)于場(chǎng)仿真算法來說，這勢(shì)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(duì)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(duì)其劃分網(wǎng)格則會(huì)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(chǎng)電流磁 流分布；

    b）將近場(chǎng)源加載到整個(gè)箱體上，對(duì)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(duì) 這些細(xì)小的結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。得出天線對(duì)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(shí)對(duì)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(tái)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(hào)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(chǎng)

    仿真中不但可以得出不同周期不同功率信號(hào)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(hào)的干擾

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