一种电子设备辐射耦合电磁敏感性仿真方法
专利名称：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”可以实现能量从騷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结构的本征模或谐振解。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Pra、相对介
电常数ercB和相对磁导率S PCB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Pra、相对介电常数ePCC和相对磁导率S pcc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 IGHz ；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的丨/2，即i7fi/ = ‘x/i且
2
其中，波长λ是指仿真频率Ff对应的波长；
>1 =丄
Ff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FEu取最大值时Ffj ；所述强耦合频点Qfaa是指FEu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
权利要求
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Pra、相对介电常数era和相对磁导率δ PCB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Pra、相对介电常数ePCC和相对磁导率δ pcc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 IGHz ； 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Ρβ/ = ‘χ/1且 义=;，其中，波长λ是指仿真频率Ff对应的波长；Ff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FEu取最大值时Ffj ； 所述强耦合频点Qfaa是指FEu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HFSSFE = VFJD-VFJD · Ω'■> Jq ■>1Ff = I^FJDi-q · Ω)ΩJFBJ1 = FJD1-H · ΓJ Ir J，其中，FEu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FFJDj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，(1Ω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，dr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ercB = 4. 5和相对磁导率δ=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δ pcc =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。
全文摘要
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。
文档编号G06F17/50GK102385655SQ20111033709
公开日2012年3月21日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者吴龙刚, 武南开, 王国玉, 秦德淳, 苏东林 申请人:北京航空航天大学
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”可以实现能量从騷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结构的本征模或谐振解。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Pra、相对介
电常数ercB和相对磁导率S PCB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Pra、相对介电常数ePCC和相对磁导率S pcc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 IGHz ；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的丨/2，即i7fi/ = ‘x/i且
2
其中，波长λ是指仿真频率Ff对应的波长；
>1 =丄
Ff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FEu取最大值时Ffj ；所述强耦合频点Qfaa是指FEu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
权利要求
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Pra、相对介电常数era和相对磁导率δ PCB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Pra、相对介电常数ePCC和相对磁导率δ pcc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 IGHz ； 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Ρβ/ = ‘χ/1且 义=;，其中，波长λ是指仿真频率Ff对应的波长；Ff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FEu取最大值时Ffj ； 所述强耦合频点Qfaa是指FEu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HFSSFE = VFJD-VFJD · Ω'■> Jq ■>1Ff = I^FJDi-q · Ω)ΩJFBJ1 = FJD1-H · ΓJ Ir J，其中，FEu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FFJDj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，(1Ω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，dr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ercB = 4. 5和相对磁导率δ=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δ pcc =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。
全文摘要
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。
文档编号G06F17/50GK102385655SQ20111033709
公开日2012年3月21日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者吴龙刚, 武南开, 王国玉, 秦德淳, 苏东林 申请人:北京航空航天大学
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