線纜輻射發(fā)射及串?dāng)_仿真

王世鈺

（武漢數(shù)字工程研究所武漢430205）

線纜輻射發(fā)射及串?dāng)_仿真

王世鈺

（武漢數(shù)字工程研究所武漢430205）

線纜在實際工作時通常面臨的是多源干擾，論文利用CST軟件的電纜求解模塊，對線纜一端分別注入單源和雙源時的輻射發(fā)射和串?dāng)_進(jìn)行了仿真，獲得了輻射發(fā)射頻譜、感應(yīng)電流波形，為多源同時注入電子設(shè)備時的輻射發(fā)射和串?dāng)_分析奠定了基礎(chǔ)。通過仿真計算，得出在正弦信號注入時的輻射峰值為21.6 dBuV/m/5MHz，在三角脈沖信號注入時的輻射峰值為17.9 dBuV/m/20MHz。兩種信號同時注入時，輻射峰值分別減少為15.8 dBuV/m/5MHz、12.8 dBuV/m/20MHz，相鄰?fù)S線纜近端的串?dāng)_感應(yīng)電流幅值為15uA。

線纜；輻射發(fā)射；串?dāng)_

Class NumberTP391

1 引言

設(shè)備之間通常利用線纜連接，而越來越多的電子設(shè)備裝備于汽車或艙室內(nèi)，因此在汽車或艙室狹小的空間內(nèi)密集分布著各種線纜線束，線纜對外產(chǎn)生輻射，線纜之間極易發(fā)生串?dāng)_，其電磁兼容性設(shè)計越來越受到人們的重視。以汽車為例，國外汽車生產(chǎn)商如德國大眾、寶馬都建立了先進(jìn)的電磁兼容實驗室，對汽車電磁兼容性進(jìn)行測試［1～4］。進(jìn)入21世紀(jì)后，國內(nèi)的電磁兼容實驗室也如雨后春筍般建立起來。其中不僅包括大型的汽車生產(chǎn)商，還有第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)，如天津汽車檢測中心、重慶車輛檢測研究院、上海機(jī)動車檢測中心、中國船舶工業(yè)電磁兼容性檢測中心等。

除了電磁兼容測試以外，電磁兼容仿真預(yù)測也是一種重要的技術(shù)手段，特別是在測試場地和測試儀器無法滿足要求時。目前的線纜仿真分析軟件主要有基于有限積分法（FIT）的CST軟件，基于時域有限差分法（FDTD）的XFDTD軟件，基于低頻矩量法（MoM）的EMCstudio軟件等［5～6］。有限積分法、時域有限差分法、矩量法本是電磁場數(shù)值分析方法，但是與傳輸線法（TLM）、電子電路方法（SPICE模型）等相結(jié)合，就可以很好地處理場與路耦合問題［7～8］。

有比較多的文獻(xiàn)研究了線纜單源注入時的輻射發(fā)射和響應(yīng)，而單端口雙源注入還比較少見，本文對雙源注入時線纜的輻射發(fā)射和響應(yīng)進(jìn)行仿真。

2 線纜輻射發(fā)射仿真

本文利用CST軟件的電纜工作室進(jìn)行仿真。CST軟件除了電纜工作室外，還有微波工作室、設(shè)計工作室、PCB工作室、微帶工作室等，包含有同軸電纜、雙絞線電纜等多種電纜模型庫和電路集總單元庫。

如圖1所示，將車體模型導(dǎo)入軟件，車體材料設(shè)置為PEC。在車內(nèi)距車體底部高度為5cm處布置一段長度為1.8m的線纜。仿真頻率范圍為0～200MHz。在與線纜同一高度并距線纜中部1m處設(shè)置電場接收探頭。

線纜一端接電壓源，內(nèi)阻50Ω。另一端接50Ω電阻后接地。電路圖如圖2所示。

在線纜一端注入峰值為220V，頻率為5MHz的正弦信號，電壓波形如圖3所示。

注入圖3所示的正弦信號時探頭接收到的輻射場強(qiáng)頻譜如圖4所示。在5MHz的輻射發(fā)射場強(qiáng)值為21.6 dBuV/m。仿真頻段內(nèi)其它頻點的輻射發(fā)射值相對于最大值都較弱。

在線纜一端注入峰值為220V，頻率為20MHz的三角脈沖信號，上升沿0.02μs，下降沿0.02μs，延遲0.01μs。電壓波形如圖5所示。

注入圖5所示的三角脈沖信號時探頭接收到的輻射場強(qiáng)頻譜如圖6所示。在20MHz的輻射發(fā)射場強(qiáng)值為17.9 dBuV/m。除最大值外，在仿真頻段內(nèi)5MHz的整數(shù)倍頻率還出現(xiàn)許多輻射發(fā)射峰值。

在線纜一端同時注入圖3所示的正弦信號和圖5所示的三角脈沖信號，此時探頭接收到的輻射場強(qiáng)頻譜如圖7所示。在5MHz的輻射發(fā)射場強(qiáng)值為15.8 dBuV/m，在20MHz的輻射發(fā)射場強(qiáng)值為12.8 dBuV/m。將圖7與圖4和圖6比較，發(fā)現(xiàn)雙源注入時5MHz和20MHz處的輻射場強(qiáng)值分別減少5.8 dB和5.1 dB。由于輸入信號的相互作用，使得輻射發(fā)射峰值并未得到增強(qiáng)。而在仿真頻段內(nèi)其它頻點的輻射發(fā)射譜是三角脈沖信號的作用占主導(dǎo)。

3 線纜串?dāng)_仿真

導(dǎo)線之間的串?dāng)_已經(jīng)成為電子系統(tǒng)中的重要干擾機(jī)理［9～12］。兩根線纜在車內(nèi)的布置如圖8所示，線纜間距為10cm。

線纜1為單線，線纜2為RG58同軸電纜，電路連接如圖9所示。

在線纜1饋端注入圖3所示的正弦信號時，線纜2近端的感應(yīng)電流波形如圖10所示。感應(yīng)電流隨時間呈指數(shù)衰減。

在線纜1饋端同時注入圖3和圖5所示的信號時，線纜2近端的感應(yīng)電流波形如圖11所示。感應(yīng)電流隨時間振蕩至逐漸穩(wěn)定。

4 結(jié)語

本文以一個汽車金屬殼體模型為載體，對線纜分別注入單源和同時注入雙源時的輻射發(fā)射和線纜間串?dāng)_進(jìn)行了仿真分析。線纜直接輻射和串?dāng)_后再輻射可導(dǎo)致整車輻射發(fā)射超標(biāo)，出現(xiàn)電磁干擾。采集線纜表面實際感應(yīng)電流作為等效輻射源注入，進(jìn)行仿真分析并與實測結(jié)果比對，將更有指導(dǎo)作用。同理可對艙室內(nèi)線纜輻射發(fā)射和串?dāng)_進(jìn)行仿真。

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Radiation Emission and Cross Talk Simulation for Cables

WANG Shiyu
（Wuhan Digital Engineering Institute，Wuhan430205）

It is often presented with multi-source interference for cables in practice.In this paper，based on the cable studio of CST software，the radiation emission and cross talk of cables are simulated with single source and double sources injected to the input port，respectively.Radiation spectrum and inducted current waveform are obtained，which build a foundation for radiation emission and cross talk analysis of electronic equipments with multi-sources injected.The simulated radiation peak values are 21.6 dBuV/m/5MHz with sinusoidal signal injected and 17.9 dBuV/m/20MHz with triangular pulse signal injected.The peak values are re?duced to 15.8 dBuV/m/5MHz and 12.8 dBuV/m/20MHz with two types of sources injected simultaneously，and the induced current of cross talk for adjacent coaxial cable at the near-end is 15uA.

cables，radiation emission，cross talk

TP391

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.08.037

2017年2月4日，

2017年3月19日

王世鈺，男，工程師，研究方向：電磁兼容。