一種基于場路耦合的含貫穿線纜機箱內電路干擾預測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及機箱電磁兼容設計領域，具體是一種基于場路禪合的含貫穿線纜機箱 內電路干擾預測方法。
【背景技術】
[0002] 軍用電子設備工作于惡劣的電磁環(huán)境中，高功率微波武器W及高空核爆等都會產 生強電磁干擾，處于屏蔽機箱內的電子設備由于機箱電磁屏蔽作用會受到一定的保護，但 系統(tǒng)間的貫穿線纜禪合空間中電磁干擾，產生感應電流，并沿線纜傳導至機箱內電子系統(tǒng)， 內部電路會對上述干擾產生電壓（電流）響應，該些干擾信號輕則使系統(tǒng)性能降級，重則使 系統(tǒng)無法工作甚至造成永久性損傷。
[0003] 21世紀初化-Ping Li、Weiliang化an和H. N. Wiyu提出了 一種場路混合 (MOM-MNA)解決方法，采用矩量法（MOM)求解外部空間中電磁波在線纜上的感生電流，并基 于諾頓等效定理獲得貫穿線纜外部電磁干擾等效激勵源電路模型，而內部空間中電子系統(tǒng) 的響應則應用傳統(tǒng)路理論進行時頻域的求解，該種方法集合了全波算法計算精度高W及路 解決方法高效快速的特點。
[0004] 但該方法中由于采用純路理論分析內部電子系統(tǒng)，受其分析頻率范圍的限制，無 法保證高頻段的計算精度，更無法反應內部電子系統(tǒng)微帶線之間的禪合、福射等高頻效應， 未能對內部電子系統(tǒng)的電磁效應進行完整建模。
[0005] 所W應對上述場路混合方法進行改進，使其在保持原有特點的情況下提升其在高 頻段的建模精度，在設計初期就應當分析電磁波通過貫穿線纜禪合進入屏蔽機箱而在內部 電路上引起的干擾，從而在研發(fā)初始階段就對電子系統(tǒng)設計提出一定的電磁兼容性要求， 并規(guī)避干擾峰值頻點，該對工程中提升電子設備電磁兼容性能具有重要意義。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中處理電磁敏感性問題的方法對于內部空間的電 磁敏感性無法保證高頻段的計算精度W及無法反應內部電子系統(tǒng)微帶線之間的禪合、福射 等高頻效應，不能對內部電子系統(tǒng)的電磁效應進行完整建模的問題。
[0007] 為此，本發(fā)明提供了一種基于場路禪合的含貫穿線纜機箱內電路干擾預測方法， 包括如下步驟：
[000引步驟101、對機箱外部電磁波干擾源進行建模，確定外部空間電磁干擾；
[0009] 步驟102、劃分研究對象模型為內外空間子域，外部空間子域包含屏蔽機箱殼體、 與機箱相接的線纜，內部空間子域包含內部電路系統(tǒng)；
[0010] 步驟103、采用矩量法對外部空間中電磁波在線纜上的禪合效應進行建模，求解 其在外部電磁干擾福照下的感生電流，基于諾頓等效定理同時添加描述貫穿線纜進入機箱 和與內部電子系統(tǒng)連接方式的集總電路元件，獲得貫穿線纜的外部電磁干擾等效激勵源模 型；
[0011] 步驟104、采用部分等效源電路法對電子設備機箱內部電路進行建模，提取印制電 路板微帶線'骨架'的等效電路模型，添加復雜電路元件；
[0012] 步驟105、將步驟103所獲取的貫穿線纜電磁干擾的等效激勵源模型作為激勵，力口 載于步驟104所提取的內部電子系統(tǒng)部分等效源電路法模型；
[0013] 步驟106、采用修正節(jié)點分析法求解步驟105所示電路網(wǎng)絡，計算得內部電子系統(tǒng) 各個節(jié)點的時頻域響應，進行屏蔽機箱內部電子系統(tǒng)特性分析；
[0014] 上述步驟103、采用矩量法對外部空間中電磁波在線纜上的禪合效應進行建模，求 解其在外部電磁干擾福照下的感生電流，基于諾頓等效定理同時添加描述貫穿線纜進入機 箱和與內部電子系統(tǒng)連接方式的集總電路元件，獲得貫穿線纜的外部電磁干擾等效激勵源 模型包括如下步驟：
[0015] 步驟201、建立屏蔽機箱殼體W及與之相連的線纜模型，并添加步驟101所得外部 電磁干擾福射源；
[0016] 步驟202、應用矩量法求解線纜在電磁波照射下的感生電流，由諾頓定理可知線纜 與機箱連結點處的電流值即為等效源的短路電流Isc;
[0017] 步驟203、在連結點處施加5激勵電壓，再次運用矩量法計算連結點處的電流值， 由式口J = [V"(w)]/[I"(w)]求得貫穿線纜的外部電磁干擾等效激勵源輸入阻抗，其中 [V"(w)]和[1。（《)]分別是節(jié)點的外加電壓和感應電流矩陣，口J為阻抗矩陣；
[0018] 步驟204、確定表征線纜進入機箱方式和與內部電路連接形式的集總元件Rt、Lt、 Rc、Cc，其中，Rc、Cc分別代表線纜與機箱的漏阻化及電容；
[0019] 步驟205、將步驟202、203和204所得結果進行組集連接，生成貫穿線纜的外部電 磁干擾等效激勵源；利用R、X、I分別代表等效電流源的電阻、電抗和電流幅值；使用電路原 理求解時，X通過下面的公式轉化為集總電容或電感，或兩者的組合：
[0020] X 訊=j ? L 訊 or
[002U X(f)=l/(j?C(f)) or
[0022] X 訊=j ? L 訊 +1/ (j ? C 訊）
[002引其中，L訊和C訊分別代表隨著頻率變化的電感和電容，由等效源模型輸出阻抗 實部和虛部決定，X(f)為線纜外部電磁干擾等效激勵源模型的電抗，《為干擾電磁波角頻 率。
[0024] 上述步驟104、采用部分等效源電路法對電子設備機箱內部電路進行建模，首先提 取印制電路板微帶線'骨架'的等效電路模型，添加復雜電路元件，包括如下步驟：
[002引步驟301、選取內部電路微帶線'骨架'作為內部電子系統(tǒng)建模對象；
[0026] 步驟302、根據(jù)單元尺寸小于十分之一最小波長的原則，劃分單元網(wǎng)格，包括體電 流單元、面電荷單元和介質單元；
[0027] 步驟303、采用解析公式計算劃分網(wǎng)格后模型的部分電感矩陣[L]，同時計算模型 的部分電位系數(shù)矩陣[幻；
[002引步驟304、生成內部電路微帶線'骨架'的等效電路網(wǎng)表，并添加原始電路中包含的 各種元件和負載，同時將步驟103所獲取的貫穿線纜外部電磁干擾等效激勵源施加于線纜 與內部電路的連結點，生成內部電路系統(tǒng)的完整等效電路網(wǎng)表；
[0029] 步驟305、求解步驟304生成的完整等效電路網(wǎng)表，計算得內部電路系統(tǒng)各個節(jié)點 的響應，并分析其電磁敏感性特性。
[0030] 本發(fā)明的有益效果；本發(fā)明提供的該種基于場路禪合的含貫穿線纜機箱內電路干 擾預測方法，通過對內部電子系統(tǒng)進行部分等效源電路法（PEEC)建模，提取了其電路微帶 線的高頻等效電路模型，并用其代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法中低頻路理論，能夠計算機箱內復雜電子系 統(tǒng)電磁敏感性（EM巧問題的同時，還能完整描述內部復雜電路高頻效應，如線路間高頻串 擾等，提高了傳統(tǒng)場路混合分析方法在高頻段的精度；通過將含貫穿線纜機箱劃分為內外 空間子域，并針對外部空間線纜和機箱殼體采用矩量法（MOM)進行分析，而內部電路則采 用部分等效源電路法（PEEC)進行建模，有效降低了模型的復雜度。
[0031] W下將結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
【附圖說明】
[003引圖1是本發(fā)明的含貫穿線纜機箱內電路EMS問題計算流程圖。
[0033] 圖2是本發(fā)明的貫穿線纜電磁干擾等效源模型示意圖。
[0034] 圖3是本發(fā)明的機箱內電路PEEC建模流程圖。
[003引圖4是本發(fā)明實施例中EMS計算模型示意圖。
[0036] 圖5是本發(fā)明實施例中機箱內電路板化及網(wǎng)格劃分示意圖。
[0037] 圖6是本發(fā)明實施例中等效電流源電流值隨頻率的變化曲線。
[003引圖7是本發(fā)明實施例中等效電流源輸入阻抗實部隨頻率變化曲線。
[0039] 圖8是本發(fā)明實施例中等效電流源輸入阻抗虛部隨頻率變化曲線。
[0040] 圖9是本發(fā)明實施例中機箱內部電路響應。
【具體實施方式】
[0041] 為進一步闡述本發(fā)明達成預定目的所采取的技術手段及功效，W下結合附圖及實 施例對本發(fā)明的【具體實施方式】、結構特征及其功效，詳細說明如下。
[0042] 實施例1 :
[0043] 為了提供如圖1所示的含貫穿線纜機箱內電路EMS問題解決方法，該方法通過矩 量法建立外部線纜禪合電磁干擾的等效激勵源模型，同時采用部分等效源電路法（P邸C) 對電子設備機箱內部電路進行建模，最后將線纜等效激勵源加載于內部電路模型，求解外 界電磁干擾在屏蔽機箱內電路上的響應
[0044] 該基于場路禪合的含貫穿線纜機箱內電路干擾預測方法，包括如下步驟：
[0045] 步驟101、對機箱外部電磁波干擾源進行建模，確定外部空間電磁干擾；
[0046] 步驟102、劃分研究對象模型為內外空間子域，外部空間子域包含屏蔽機箱殼體、 與機箱相接的線纜，內部空間子域包含內部電路系統(tǒng)；
[0047] 步驟103、采用矩量法（MOM)對外部空間中電磁波在線纜上的禪合效應進行建模， 求解其在外部電磁干擾福照下的感生電流，基于諾頓等效定理同時添加描述貫穿線纜進入 機箱和與內部電子系統(tǒng)連接方式的集總電路元件，獲得貫穿線纜的外部電磁干擾等效激勵 源模型；
[0048] 步驟104、采用部分等效源電路法（PEEC)對電子設備機箱內部電路進行建模，提 取印制電路板（PCB)微帶線'骨架'的等效電路模型，添加復雜電路元件；
[0049] 步驟105、將步驟103所獲取的貫穿線纜電磁干擾的等效激勵源模型作為激勵，力口 載于步驟104所提取的內部電子系統(tǒng)部分等效源電路法模型；
[0化0] 步驟106、采用修正節(jié)點分析法（MNA)求解步驟105所示電路網(wǎng)絡，計算得內部電 子系統(tǒng)各個節(jié)點的時頻域響應，進行屏蔽機箱內部電子系統(tǒng)（EM巧特性分析；
[0化1] 上述步驟103、采用矩量法對外部空間中電磁波在線纜上的禪合效應進行建模，求 解其在外部電磁干擾福照下的感生電流，基于諾頓等效定理同時添加描述貫穿線纜進入機 箱和與內部電子系統(tǒng)連接方式的集總電路元件，獲得貫穿線纜的外部電磁干擾等效激勵源 模型包括如下步驟