電磁兼容的數值仿真分析——CST2013

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

    本算例中采用如下線性化方法：
    a）有六個開關管，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，將漏源結定義為電流源，電流源激勵波形為上節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板上電流監視器（圖8），1米法水平垂直電場場強接收天線（圖9），通過場仿真得到相應的廣義沖擊響應；
    d）通過實際激勵信號的頻譜最后合成實際工作情況下的響應。

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

    2.2 天線對箱內電纜的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，箱內敷設了一條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電壓和電流。

圖10艙外振子天線輻射對艙內電纜的干擾

    此問題的難點是同軸線編織網與10米長箱體間巨大的 比例關系，對于場仿真算法來說，這勢必導致網格數激增， 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 導率和厚度的影響，如果對其劃分網格則會導致網格步長僅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 這些細小的結構進行網格劃分。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的干擾電流

    這些仿真案例可以適用于很多實際干擾的仿真：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的線纜的耦合干擾分析。不但是艦載，而且可以仿真車載、機載、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度，而且還能夠得出各線纜間的串擾，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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