一种基于场路耦合的含贯穿线缆机箱内电路干扰预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及机箱电磁兼容设计领域，具体是一种基于场路禪合的含贯穿线缆机箱 内电路干扰预测方法。
【背景技术】
[0002] 军用电子设备工作于恶劣的电磁环境中，高功率微波武器W及高空核爆等都会产 生强电磁干扰，处于屏蔽机箱内的电子设备由于机箱电磁屏蔽作用会受到一定的保护，但 系统间的贯穿线缆禪合空间中电磁干扰，产生感应电流，并沿线缆传导至机箱内电子系统， 内部电路会对上述干扰产生电压（电流）响应，该些干扰信号轻则使系统性能降级，重则使 系统无法工作甚至造成永久性损伤。
[0003] 21世纪初化-Ping Li、Weiliang化an和H. N. Wiyu提出了 一种场路混合 (MOM-MNA)解决方法，采用矩量法（MOM)求解外部空间中电磁波在线缆上的感生电流，并基 于诺顿等效定理获得贯穿线缆外部电磁干扰等效激励源电路模型，而内部空间中电子系统 的响应则应用传统路理论进行时频域的求解，该种方法集合了全波算法计算精度高W及路 解决方法高效快速的特点。
[0004] 但该方法中由于采用纯路理论分析内部电子系统，受其分析频率范围的限制，无 法保证高频段的计算精度，更无法反应内部电子系统微带线之间的禪合、福射等高频效应， 未能对内部电子系统的电磁效应进行完整建模。
[0005] 所W应对上述场路混合方法进行改进，使其在保持原有特点的情况下提升其在高 频段的建模精度，在设计初期就应当分析电磁波通过贯穿线缆禪合进入屏蔽机箱而在内部 电路上引起的干扰，从而在研发初始阶段就对电子系统设计提出一定的电磁兼容性要求， 并规避干扰峰值频点，该对工程中提升电子设备电磁兼容性能具有重要意义。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是克服现有技术中处理电磁敏感性问题的方法对于内部空间的电 磁敏感性无法保证高频段的计算精度W及无法反应内部电子系统微带线之间的禪合、福射 等高频效应，不能对内部电子系统的电磁效应进行完整建模的问题。
[0007] 为此，本发明提供了一种基于场路禪合的含贯穿线缆机箱内电路干扰预测方法， 包括如下步骤：
[000引步骤101、对机箱外部电磁波干扰源进行建模，确定外部空间电磁干扰；
[0009] 步骤102、划分研究对象模型为内外空间子域，外部空间子域包含屏蔽机箱壳体、 与机箱相接的线缆，内部空间子域包含内部电路系统；
[0010] 步骤103、采用矩量法对外部空间中电磁波在线缆上的禪合效应进行建模，求解 其在外部电磁干扰福照下的感生电流，基于诺顿等效定理同时添加描述贯穿线缆进入机箱 和与内部电子系统连接方式的集总电路元件，获得贯穿线缆的外部电磁干扰等效激励源模 型；
[0011] 步骤104、采用部分等效源电路法对电子设备机箱内部电路进行建模，提取印制电 路板微带线'骨架'的等效电路模型，添加复杂电路元件；
[0012] 步骤105、将步骤103所获取的贯穿线缆电磁干扰的等效激励源模型作为激励，力口 载于步骤104所提取的内部电子系统部分等效源电路法模型；
[0013] 步骤106、采用修正节点分析法求解步骤105所示电路网络，计算得内部电子系统 各个节点的时频域响应，进行屏蔽机箱内部电子系统特性分析；
[0014] 上述步骤103、采用矩量法对外部空间中电磁波在线缆上的禪合效应进行建模，求 解其在外部电磁干扰福照下的感生电流，基于诺顿等效定理同时添加描述贯穿线缆进入机 箱和与内部电子系统连接方式的集总电路元件，获得贯穿线缆的外部电磁干扰等效激励源 模型包括如下步骤：
[0015] 步骤201、建立屏蔽机箱壳体W及与之相连的线缆模型，并添加步骤101所得外部 电磁干扰福射源；
[0016] 步骤202、应用矩量法求解线缆在电磁波照射下的感生电流，由诺顿定理可知线缆 与机箱连结点处的电流值即为等效源的短路电流Isc;
[0017] 步骤203、在连结点处施加5激励电压，再次运用矩量法计算连结点处的电流值， 由式口J = [V"(w)]/[I"(w)]求得贯穿线缆的外部电磁干扰等效激励源输入阻抗，其中 [V"(w)]和[1。（《)]分别是节点的外加电压和感应电流矩阵，口J为阻抗矩阵；
[0018] 步骤204、确定表征线缆进入机箱方式和与内部电路连接形式的集总元件Rt、Lt、 Rc、Cc，其中，Rc、Cc分别代表线缆与机箱的漏阻化及电容；
[0019] 步骤205、将步骤202、203和204所得结果进行组集连接，生成贯穿线缆的外部电 磁干扰等效激励源；利用R、X、I分别代表等效电流源的电阻、电抗和电流幅值；使用电路原 理求解时，X通过下面的公式转化为集总电容或电感，或两者的组合：
[0020] X 讯=j ? L 讯 or
[002U X(f)=l/(j?C(f)) or
[0022] X 讯=j ? L 讯 +1/ (j ? C 讯）
[002引其中，L讯和C讯分别代表随着频率变化的电感和电容，由等效源模型输出阻抗 实部和虚部决定，X(f)为线缆外部电磁干扰等效激励源模型的电抗，《为干扰电磁波角频 率。
[0024] 上述步骤104、采用部分等效源电路法对电子设备机箱内部电路进行建模，首先提 取印制电路板微带线'骨架'的等效电路模型，添加复杂电路元件，包括如下步骤：
[002引步骤301、选取内部电路微带线'骨架'作为内部电子系统建模对象；
[0026] 步骤302、根据单元尺寸小于十分之一最小波长的原则，划分单元网格，包括体电 流单元、面电荷单元和介质单元；
[0027] 步骤303、采用解析公式计算划分网格后模型的部分电感矩阵[L]，同时计算模型 的部分电位系数矩阵[幻；
[002引步骤304、生成内部电路微带线'骨架'的等效电路网表，并添加原始电路中包含的 各种元件和负载，同时将步骤103所获取的贯穿线缆外部电磁干扰等效激励源施加于线缆 与内部电路的连结点，生成内部电路系统的完整等效电路网表；
[0029] 步骤305、求解步骤304生成的完整等效电路网表，计算得内部电路系统各个节点 的响应，并分析其电磁敏感性特性。
[0030] 本发明的有益效果；本发明提供的该种基于场路禪合的含贯穿线缆机箱内电路干 扰预测方法，通过对内部电子系统进行部分等效源电路法（PEEC)建模，提取了其电路微带 线的高频等效电路模型，并用其代替传统方法中低频路理论，能够计算机箱内复杂电子系 统电磁敏感性（EM巧问题的同时，还能完整描述内部复杂电路高频效应，如线路间高频串 扰等，提高了传统场路混合分析方法在高频段的精度；通过将含贯穿线缆机箱划分为内外 空间子域，并针对外部空间线缆和机箱壳体采用矩量法（MOM)进行分析，而内部电路则采 用部分等效源电路法（PEEC)进行建模，有效降低了模型的复杂度。
[0031] W下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
【附图说明】
[003引图1是本发明的含贯穿线缆机箱内电路EMS问题计算流程图。
[0033] 图2是本发明的贯穿线缆电磁干扰等效源模型示意图。
[0034] 图3是本发明的机箱内电路PEEC建模流程图。
[003引图4是本发明实施例中EMS计算模型示意图。
[0036] 图5是本发明实施例中机箱内电路板化及网格划分示意图。
[0037] 图6是本发明实施例中等效电流源电流值随频率的变化曲线。
[003引图7是本发明实施例中等效电流源输入阻抗实部随频率变化曲线。
[0039] 图8是本发明实施例中等效电流源输入阻抗虚部随频率变化曲线。
[0040] 图9是本发明实施例中机箱内部电路响应。
【具体实施方式】
[0041] 为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，W下结合附图及实 施例对本发明的【具体实施方式】、结构特征及其功效，详细说明如下。
[0042] 实施例1 :
[0043] 为了提供如图1所示的含贯穿线缆机箱内电路EMS问题解决方法，该方法通过矩 量法建立外部线缆禪合电磁干扰的等效激励源模型，同时采用部分等效源电路法（P邸C) 对电子设备机箱内部电路进行建模，最后将线缆等效激励源加载于内部电路模型，求解外 界电磁干扰在屏蔽机箱内电路上的响应
[0044] 该基于场路禪合的含贯穿线缆机箱内电路干扰预测方法，包括如下步骤：
[0045] 步骤101、对机箱外部电磁波干扰源进行建模，确定外部空间电磁干扰；
[0046] 步骤102、划分研究对象模型为内外空间子域，外部空间子域包含屏蔽机箱壳体、 与机箱相接的线缆，内部空间子域包含内部电路系统；
[0047] 步骤103、采用矩量法（MOM)对外部空间中电磁波在线缆上的禪合效应进行建模， 求解其在外部电磁干扰福照下的感生电流，基于诺顿等效定理同时添加描述贯穿线缆进入 机箱和与内部电子系统连接方式的集总电路元件，获得贯穿线缆的外部电磁干扰等效激励 源模型；
[0048] 步骤104、采用部分等效源电路法（PEEC)对电子设备机箱内部电路进行建模，提 取印制电路板（PCB)微带线'骨架'的等效电路模型，添加复杂电路元件；
[0049] 步骤105、将步骤103所获取的贯穿线缆电磁干扰的等效激励源模型作为激励，力口 载于步骤104所提取的内部电子系统部分等效源电路法模型；
[0化0] 步骤106、采用修正节点分析法（MNA)求解步骤105所示电路网络，计算得内部电 子系统各个节点的时频域响应，进行屏蔽机箱内部电子系统（EM巧特性分析；
[0化1] 上述步骤103、采用矩量法对外部空间中电磁波在线缆上的禪合效应进行建模，求 解其在外部电磁干扰福照下的感生电流，基于诺顿等效定理同时添加描述贯穿线缆进入机 箱和与内部电子系统连接方式的集总电路元件，获得贯穿线缆的外部电磁干扰等效激励源 模型包括如下步骤