电磁兼容的数值仿真分析——CST2013

    由于RE102所要仿真的最高频率很高，高达18GHz， 同时板上信号频率仅15kHz，到18GHz的谐波分量相当地 小，这样悬殊的频段对于时域高频场仿真算法来说，仿真时间将相当地长；而对于频域场仿真算法来说，扫频带宽太宽，同样导致仿真时间太长。为此，通常采用求解广义冲击响应的方法，再乘以激励源的频谱合成最终的结果。

    本算例中采用如下线性化方法：
    a）有六个开关管，栅极电流极小，所以忽略，即栅源和栅漏间接高阻开路即可；
    b）只需考虑漏源间的大电流，六只管子两两错位开通，其余时间闸断截止，将漏源结定义为电流源，电流源激励波形为上节路仿真中得到的波形；
     c）在每个电流源处加上Delta冲击激励，定义PCB板上电流监视器（图8），1米法水平垂直电场场强接收天线（图9），通过场仿真得到相应的广义冲击响应；
    d）通过实际激励信号的频谱最后合成实际工作情况下的响应。

       
图9 开关管Delta冲击下，PCB板周边1米处信号的频谱
（0-18GHz）和1W激励下18GHz的远场方向图（下）

    2.2 天线对箱内电缆的EMS仿真

    本算例模型见图10。一个10米长、2米宽、1米高的铝制箱体，上面有11条窄缝，单振子天线位于箱外1米处，工作于100MHz-1GHz频带，电压源激励，0到1GHz频带上的 辐射功率线性从0至0.14mW，箱内敷设了一条2米长线束，包含单线和同轴线两种线缆，各自端口50欧姆接地。要求天线辐照下线缆上的感应电压和电流。

图10舱外振子天线辐射对舱内电缆的干扰

    此问题的难点是同轴线编织网与10米长箱体间巨大的 比例关系，对于场仿真算法来说，这势必导致网格数激增， 否则将影响仿真精度。加之箱体上狭窄的缝隙以及0.5mm 薄的铝壳，对于1GHz以下的频率，电磁波一定程度上仍可以穿透铝壳的。为此，铝壳不能采用PEC，而需考虑其电 导率和厚度的影响，如果对其划分网格则会导致网格步长仅0.5mm。 具体的仿真流程是：

    a）单振子天线仿真，得出其全频带上宽带近场电流磁 流分布；

    b）将近场源加载到整个箱体上，对箱体上的窄缝和其 内的同轴电缆采用集总电路等效精简模型，避免了直接对 这些细小的结构进行网格划分。得出天线对线缆的干扰 （图11）。显然同轴线的屏蔽效能较单线高得多。

图11单线和同轴线上所感应的干扰电流

    这些仿真案例可以适用于很多实际干扰的仿真：舰船上一部或多部天线工作在相同或不同的频段，它们工作时对甲板上或船舱内的线缆的耦合干扰分析。不但是舰载，而且可以仿真车载、机载、星载和弹载等平台上的辐射敏感度。

     2.3 车载线缆EMI仿真

    悍马车中三种不同线缆：单线、同轴线和双绞线，其上信号分别为正弦波（100kHz/0.26W）、三角波（周期 0.2us/7.5W）和差分方波（周期5us/0.4W）。模型见图12。 两条路径包含了五条不同的线型的线。

图12 左为车与两天线束，右为10MHz的辐射场

    仿真中不但可以得出不同周期不同功率信号在空间中的辐射强度，而且还能够得出各线缆间的串扰，见图13。 

图13 双绞线上差分方波受到邻近信号的干扰

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