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    重庆时时彩真实性: 一种电子设备辐射耦合电磁敏感性仿真方法.pdf

    关 键 词:
    一种 电子设备 辐射 耦合 电磁 敏感性 仿真 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110337094.8

    申请日:

    2011.10.31

    公开号:

    CN102385655A

    公开日:

    2012.03.21

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20111031|||公开
    IPC分类号: G06F17/50 主分类号: G06F17/50
    申请人: 北京航空航天大学
    发明人: 苏东林; 秦德淳; 武南开; 吴龙刚; 王国玉
    地址: 100191 北京市海淀区学院路37号
    优先权:
    专利代理机构: 北京永创新实专利事务所 11121 代理人: 李有浩
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110337094.8

    授权公告号:

    102385655B||||||

    法律状态公告日:

    2013.01.30|||2012.05.02|||2012.03.21

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种电子设备辐射耦合电磁敏感性仿真方法,该方法具体步骤为:第一步建立电子设备的电路物理模型;第二步设置电子设备辐射耦合电磁敏感性仿真的约束条件;第三步在三维电磁仿真软件HFSS中进行电子设备的电磁敏感性仿真。本发明仿真方法能够较好地模拟电子设备所面临的电磁环境,通过电磁敏感性仿真获得该类电子设备的电磁敏感性的谐振频率RFAA和强耦合频点QFAA。本发明仿真方法仿真精度高,与实测误差较小。

    权利要求书

    1.一种电子设备辐射耦合电磁敏感性仿真方法,该仿真方法在三
    维电磁仿真软件HFSS中被调用;其特征在于该仿真方法包括有下列步
    骤:
    第一步:构建电子设备的电路物理模型FAA
    依据待仿真的电子设备电路板图PCB和电子设备屏蔽板图PCC构
    建得到电路物理模型FAA;
    所述电子设备电路板图PCB是在三维电磁仿真软件HFSS下,以介
    质板PPCB、相对介电常数ePCB和相对磁导率δPCB进行仿真获得;
    所述电子设备屏蔽板图PCC是在三维电磁仿真软件HFSS下,以介
    质板PPCC、相对介电常数ePCC和相对磁导率δPCC进行仿真获得;
    第二步:设置辐射耦合仿真条件FBB
    基于电磁场与微波技术理论,设置辐射耦合仿真条件FBB中的各元
    素:仿真频率Ff、电磁波类型FTT、极化方向FJD、照射角度FA、电
    场强度FE和辐射耦合边界条件FBJ;
    所述仿真频率Ff=300MHz~1GHz;
    所述电磁波类型FTT包括有连续平面波、正弦波、或者方波;
    所述极化方向FJD包括有水平极化方向和垂直极化方向;
    所述照射角度FA包括有0度、45度、或者90度;
    所述电场强度FE=15V/m~50V/m;
    所述辐射耦合边界条件FBJ是取辐照电磁波的波长λ的1/2,即
    且其中,波长λ是指仿真频率Ff对应的波长;
    第三步:获得辐射耦合电磁敏感性
    依据辐射耦合仿真条件FBB对电路物理模型FAA在三维电磁仿真软
    件HFSS中进行辐射耦合电磁敏感性仿真处理,获得电路物理模型FAA中
    的谐振频率RFAA和强耦合频点QFAA;
    所述谐振频率RFAA是指FEij取最大值时Ffj;
    所述强耦合频点QFAA是指FEij取最大值时对应的频率点;
    所述三维电磁仿真软件HFSS中调用的与辐射耦合仿真条件FBB的
    匹配关系为 HFSS = FE ij = Ω FJD j · FJD i · Ff j = Ω FJD j · q · FBJ j = Γ FJD j · h · , ]]>其中,FEij表示第i行
    第j列的电磁场的强度,i表示行号,j表示列号;表示空间电磁
    场在第i行切向方向上的旋度;表示空间电磁场在第j列切向方向
    上的旋度;Ω表示边界条件内的空间,dΩ表示边界条件内的空间的积分;
    Ffj表示第j列上的频率;q表示电荷;FBJj表示第j列的边界条件;h表
    示边界条件的误差系数;Γ表示边界条件空间Ω中的边,dΓ表示边界条
    件空间Ω中边的积分。
    2.根据权利要求1所述的电子设备辐射耦合电磁敏感性仿真方
    法,其特征在于:所述电子设备电路板图PCB能够选取铝基覆铜板、相
    对介电常数ePCB=4.5和相对磁导率δPCB=1在三维电磁仿真软件HFSS中
    进行仿真。
    3.根据权利要求1所述的电子设备辐射耦合电磁敏感性仿真方
    法,其特征在于:所述电子设备屏蔽板图PCC能够选取铝基覆铜板、相
    对介电常数ePCC=4.5和相对磁导率δPCC=1在三维电磁仿真软件HFSS中
    进行仿真。
    4.根据权利要求1所述的电子设备辐射耦合电磁敏感性仿真方
    法,其特征在于:介质板的材料可以是酚醛纸基覆铜板(FR1/FR2)、玻
    纤布覆铜板(FR4)、复合基覆铜板(CEM-1、CEM-3)、铝基覆铜板等。
    5.根据权利要求1所述的电子设备辐射耦合电磁敏感性仿真方
    法,其特征在于:所述电子设备辐射耦合电磁敏感性应用VC++6.0编写。

    说明书

    一种电子设备辐射耦合电磁敏感性仿真方法

    技术领域

    本发明属于电子设备电磁特性技术领域,具体涉及一种电子设备辐
    射耦合电磁敏感性仿真方法。

    背景技术

    电磁敏感性问题实际上是电子设备辐射发射的电磁波与其他电子设
    备间的相互作用。电磁敏感性是指设备、器件因电磁干扰可能导致工作
    性能降级的特性,这种相互影响可以用“场路耦合”来描述,即一个电
    子设备对另一个电子设备的“场路耦合”可以实现能量从骚扰源传递到
    敏感设备。场路耦合中的辐射耦合是指辐射干扰源以电磁场的形式在空
    间传播,然后通过接收回路耦合到接收器的这样一个由此及彼的能量传
    输过程。具体来说,这种方式又可以分为空间电磁波至接收天线的耦合、
    空间电磁波对电缆的耦合以及电缆对电缆的耦合等情况。因此,只有认
    识了外界射频电磁干扰能量与电子设备的电磁能量耦合方式和强度,才
    能科学制定电子设备的抗电磁干扰性能的试验方法。

    HFSS-High?Frequency?Structure?Simulator,Ansoft公司推
    出的三维电磁仿真软件;是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真
    软件,业界公认的三维电磁场设计和分析的工业标准。HFSS提供了一
    简洁直观的用户设计界面、精确自适应的场解器、拥有空前电性能分析
    能力的功能强大后处理器,能计算任意形状三维无源结构的S参数和全
    波电磁场。HFSS软件拥有强大的天线设计功能,它可以计算天线参量,
    如增益、方向性、远场方向图剖面、远场3D图和3dB带宽;绘制极化
    特性,包括球形场分量、圆极化场分量、Ludwig第三定义场分量和轴
    比。使用HFSS,可以计算:①基本电磁场数值解和开边界问题,近远
    场辐射问题;②端口特征阻抗和传输常数;③S参数和相应端口阻抗
    的归一化S参数;④结构的本征?;蛐痴窠?。而且,由Ansoft?HFSS
    和Ansoft?Designer构成的Ansoft高频解决方案,是目前唯一以物理
    原型为基础的高频设计解决方案,提供了从系统到电路直至部件级的快
    速而精确的设计手段,覆盖了高频设计的所有环节。

    发明内容

    本发明的目的是提出一种电子设备辐射耦合电磁敏感性仿真方法,
    该方法以电子设备的电路物理模型FAA与辐射耦合仿真条件FBB在三维
    电磁仿真软件HFSS中进行电磁敏感性仿真,获得电路物理模型FAA的谐
    振频率RFAA和强耦合频点QFAA。

    本发明的一种电子设备辐射耦合电磁敏感性仿真方法,该仿真方法
    在三维电磁仿真软件HFSS中被调用;该仿真方法包括有下列步骤:

    第一步:构建电子设备的电路物理模型FAA

    依据待仿真的电子设备电路板图PCB和电子设备屏蔽板图PCC构
    建得到电路物理模型FAA;

    所述电子设备电路板图PCB是在三维电磁仿真软件HFSS下,以介
    质板PPCB、相对介电常数ePCB和相对磁导率δPCB进行仿真获得;

    所述电子设备屏蔽板图PCC是在三维电磁仿真软件HFSS下,以介
    质板PPCC、相对介电常数ePCC和相对磁导率δPCC进行仿真获得;

    第二步:设置辐射耦合仿真条件FBB

    基于电磁场与微波技术理论,设置辐射耦合仿真条件FBB中的各元
    素:仿真频率Ff、电磁波类型FTT、极化方向FJD、照射角度FA、电
    场强度FE和辐射耦合边界条件FBJ;

    所述仿真频率Ff=300MHz~1GHz;

    所述电磁波类型FTT包括有连续平面波、正弦波、或者方波;

    所述极化方向FJD包括有水平极化方向和垂直极化方向;

    所述照射角度FA包括有0度、45度、或者90度;

    所述电场强度FE=15V/m~50V/m;

    所述辐射耦合边界条件FBJ是取辐照电磁波的波长λ的1/2,即
    且其中,波长λ是指仿真频率Ff对应的波长;

    第三步:获得辐射耦合电磁敏感性

    依据辐射耦合仿真条件FBB对电路物理模型FAA在三维电磁仿真软
    件HFSS中进行辐射耦合电磁敏感性仿真处理,获得电路物理模型FAA中
    的谐振频率RFAA和强耦合频点QFAA;

    所述谐振频率RFAA是指FEij取最大值时Ffj;

    所述强耦合频点QFAA是指FEij取最大值时对应的频率点;

    所述三维电磁仿真软件HFSS中调用的与辐射耦合仿真条件FBB的
    匹配关系为 HFSS = FE ij = Ω FJD j · FJD i · Ff j = Ω FJD j · q · FBJ j = Γ FJD j · h · . ]]>

    本发明一种电子设备辐射耦合电磁敏感性仿真方法的优点在于:

    ①对电路物理模型FAA采用电路板图PCB与屏蔽板图PCC相接合的形
    式,充分考虑了屏蔽板图PCC对该电子设备的电磁敏感性的影响。

    ②采用在三维结构电磁场仿真软件HFSS中设置边界条件的形式,模拟
    了真实电磁干扰环境下电子设备所承受的电磁干扰??梢哉媸祷乖?br />子设备在实际应用环境下的情况。

    ③采用辐射耦合仿真条件FBB={Ff,FTT,FJD,FA,FE,FBJ}对电路物理
    模型FAA进行约束,在应用三维结构电磁场仿真软件HFSS中精确获
    得电路物理模型FAA的谐振频率RFAA和强耦合频点QFAA,与实际误差
    较小。

    附图说明

    图1是本发明仿真方法的流程图。

    图2是本发明电子设备的电路物理模型FAA的参数设置界面示意图。

    图2A是电子设备电路板图PCB的拷屏图。

    图2B是电子设备屏蔽板图PCC的拷屏图。

    图3是本发明在仿真频带内的三种照射角度示意图。

    图4是本发明电磁敏感性仿真界面示意图。

    图5是依据实施例获得的电磁敏感性的谐振频率曲线图。

    具体实施方式

    下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

    参见图1所示,本发明是一种电子设备辐射耦合电磁敏感性仿真方
    法,该仿真方法包括有下列步骤:

    第一步:构建电子设备的电路物理模型FAA

    参见图2所示,依据待仿真的电子设备电路板图PCB和电子设备屏
    蔽板图PCC构建得到电路物理模型FAA。

    电路物理模型FAA采用数学集合表达为FAA={PCB,PCC}。

    在本发明中,电子设备电路板图PCB是在三维电磁仿真软件HFSS
    下,以介质板PPCB、相对介电常数ePCB和相对磁导率δPCB进行仿真获得。
    参见图2A所示,选取铝基覆铜板、相对介电常数ePCB=4.5和相对磁导率
    δPCB=1在三维电磁仿真软件HFSS中仿真得到的电子设备电路板图PCB
    的拷屏图。

    在本发明中,电子设备屏蔽板图PCC是在三维电磁仿真软件HFSS
    下,以介质板PPCC、相对介电常数ePCC和相对磁导率δPCC进行仿真获得。
    参见图2B所示,选取铝基覆铜板、相对介电常数ePCC=4.5和相对磁导率
    δPCC=1在三维电磁仿真软件HFSS中仿真得到的电子设备屏蔽板图PCC
    的拷屏图。

    在本发明中,对于电子设备物理建模是对电子设备中能够对电磁场
    的分布产生影响的部分进行建模,就是对电子设备的PCB板图和屏蔽板
    进行建模。介质板的材料可以是酚醛纸基覆铜板(FR1/FR2)、玻纤布覆
    铜板(FR4)、复合基覆铜板(CEM-1、CEM-3)、铝基覆铜板等。

    第二步:设置辐射耦合仿真条件FBB

    基于电磁场与微波技术理论,设置辐射耦合仿真条件FBB中的各元
    素:仿真频率Ff、电磁波类型FTT、极化方向FJD、照射角度FA、电
    场强度FE和辐射耦合边界条件FBJ。

    辐射耦合仿真条件FBB采用数学集合表达为
    FBB={Ff,FTT,FJD,FA,FE,FBJ}。

    在本发明中,仿真频率Ff=300MHz~1GHz。

    在本发明中,电磁波类型FTT包括有连续平面波、正弦波、方波等。

    在本发明中,极化方向FJD包括有水平极化方向(如图2A、如图2B
    中Y轴方向)和垂直极化方向(如图2A、如图2B中X轴方向)。

    在本发明中,照射角度FA包括有0度、45度和90度,参见图3所
    示。

    在本发明中,电场强度FE=15V/m~50V/m。

    在本发明中,辐射耦合边界条件FBJ是取辐照电磁波的波长λ的
    1/2,即且其中,波长λ是指仿真频率Ff=300MHz~
    1GHz所对应的波长。

    第三步:获得辐射耦合电磁敏感性

    参见图4所示,依据辐射耦合仿真条件FBB对电路物理模型FAA在
    三维电磁仿真软件HFSS中进行辐射耦合电磁敏感性仿真处理,获得电路
    物理模型FAA中的谐振频率RFAA和强耦合频点QFAA。

    在本发明中,所述谐振频率RFAA是指FEij取最大值时Ffj。

    在本发明中,所述强耦合频点QFAA是指FEij取最大值时对应的频率
    点。

    所述三维电磁仿真软件HFSS中调用的与辐射耦合仿真条件FBB的
    匹配关系为 HFSS = FE ij = Ω FJD j · FJD i · Ff j = Ω FJD j · q · FBJ j = Γ FJD j · h · , ]]>匹配关系中各字母的
    物理意义为:

    FEij表示第i行第j列的电磁场的强度,i表示行号,j表示列号;

    表示空间电磁场在第i行切向方向上的旋度;

    表示空间电磁场在第j列切向方向上的旋度;

    Ω表示边界条件内的空间,dΩ表示边界条件内的空间的积分;

    Ffj表示第j列上的频率;

    q表示电荷;

    FBJj表示第j列的边界条件;

    h表示边界条件的误差系数;

    Γ表示边界条件空间Ω中的边,dΓ表示边界条件空间Ω中边的积分。

    在本发明中,电磁敏感性仿真是指在无激励源的条件下,求解电子
    设备由于自身物理结构及材质等因素而引入的谐振频率,任何一个简单
    电子设备都将具有一个或几个谐振频率,当入射的频率与这些谐振频率
    中的任意一个接近时,将发生谐振。

    为了实现某电子设备电磁兼容性的定量预测分析,本发明应用计算
    机的计算与存储能力和采用软件编写程序的方式,发明人应用VC++6.0
    编写了电子设备辐射耦合电磁敏感性仿真系统。该电子设备辐射耦合电
    磁敏感性仿真系统是在HFSS-Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件
    High?Frequency?Structure?Simulator(HFSS)软件环境中进行的。

    计算机是一种能够按照事先存储的程序,自动、高速地进行大量数
    值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。在本发明中,计算机的
    最低配置为:主频1.24GHz、内存512M、硬盘10GB;计算机的操作系统
    为Windows2000/2003/XP。

    实施例

    以铝基覆铜板为介质板,其相对介电常数ePCB=4.5和相对磁导率
    δPCB=1在三维电磁仿真软件HFSS中仿真得到的电子设备电路板图PCB
    的拷屏图,如图2A所示。

    以铝基覆铜板为介质板,其相对介电常数ePCC=4.5和相对磁导率
    δPCC=1在三维电磁仿真软件HFSS中仿真得到的电子设备屏蔽板图PCC
    的拷屏图,如图2B所示。

    以仿真频率Ff=300MHz~1GHz,电磁波类型FTT为连续平面波,
    极化方向FJD为水平极化方向,照射角度FA=45度,电场强度FE=15
    V/m,辐射耦合边界条件且

    在三维电磁仿真软件HFSS中进行辐射耦合电磁敏感性仿真处理,获
    得电路物理模型FAA中的谐振频率RFAA和强耦合频点QFAA,如图5所示。

    图5中各个场强极大值点所以对应的谐振频率RFAA和强耦合频点
    QFAA,见表1。

    表1谐振频点


    通过本发明仿真方法,能够得到电子设备的电磁敏感频点,用于指
    导电子设备电磁兼容性设计、试验和相关兼容性分析,同时,该方法仿
    真精度高,与实测误差较小。

    关于本文
    本文标题:一种电子设备辐射耦合电磁敏感性仿真方法.pdf
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