FEKO應(yīng)用8：EMC系列 內(nèi)容：線纜束的輻射與抗干擾

一、模型描述

1.1模型描述：

圖1：線纜與環(huán)境-全模型示意圖，包括線纜截面形式

1.2計算方法描述： 采用矩量法-MoM+MTL 1.3 線纜規(guī)格：

采用兩根單線組成的帶屏蔽層的線束 線束規(guī)格： 半徑：0.5 mm

導(dǎo)體材料：σ = 4x106 S/m 線間距：2 mm

線束介質(zhì)層半徑：2.25 mm 屏蔽層材料：σ = 1x105 S/m 屏蔽成厚度：0.25 mm 絕緣層材料采用PET 1.4 線纜外圍電路連接 R=75 ohm

C=10 pF L=10 nH

屏蔽層與地之間的阻抗R=1000 ohm

圖2：外圍電路連接 起始端（左）、終止端（右）

1.5計算參數(shù)： 線纜的輻射-Radiation 線纜的抗干擾-Irradiation

二、主要流程：

啟動CadFEKO，打開自帶的工程（在…/Base/文件夾中）一個工程：Shielded_Two_Wire_Bench_Base.cfx，在該工程中，已經(jīng)定義了各種參量。在以下的各個操作過程中，可以即時保存做過的任何修正。

2.1：讀入載體網(wǎng)格模型

點擊 “Home” 菜單（或左上角的主菜單）中的 “Import->mesh”，彈出“Import mesh”對話框：

在“Advanced”標(biāo)簽，修正Scale factor to metres的值為0.01，其他參數(shù)采用默認

在“File and format”標(biāo)簽，點擊Browse按鈕，找到自帶的網(wǎng)格文件“Bench.nas”，直接讀入；

點擊功能鍵“F5”適中顯示模型，把新導(dǎo)入的網(wǎng)格模型更名為“Bench”；

圖3：導(dǎo)入載體的網(wǎng)格模型

把網(wǎng)格模型轉(zhuǎn)成幾何模型：在左側(cè)樹型瀏覽器中，展開“Model->Geometry”節(jié)點，選中“Bench”模型，點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“Use model mesh”；

圖4：載體的幾何模型

讀入線纜走線文件：點擊“Cables”菜單，點擊左側(cè)的“Cable path”按鈕，彈出“Create cable patch”對話框：

點擊“Import points”按鈕，讀入“..\\Include\\Cable_path.txt”,Delimiter修改為’Tab’，

圖5：讀入線纜走線坐標(biāo)文件

線纜讀入之后顯示如下：

圖6：讀入線纜走線之后的顯示

網(wǎng)格剖分規(guī)則設(shè)置：點擊“Mesh->Polyline refinement”，彈出“refinement”對話框：

Add polyline

點擊“Import points”按鈕，讀入“../Include/Cable_Path.txt”； Radius：tL1 Mesh Size：tL1 點擊“Create”按鈕

圖7：定義剖分規(guī)則

把工程文件另存為“shielded_two_wire”。

2.2：網(wǎng)格劃分：

點擊菜單“Mesh->Create mesh”彈出“Create mesh”對話框，設(shè)置如下： 網(wǎng)格剖分方法Mesh size : Standard 點擊：Mesh 生成網(wǎng)格。

圖8：定義網(wǎng)格劃分

2.3：線纜定義與設(shè)置

定義屏蔽層：點擊“Cables”菜單左側(cè)的“Cable shield”，彈出“Create cable shield”對話框：

Definition method: Solid (Schelkunoff); Shield metal: “Bundle_Shield”; Thickness: Bundle_Shield_t; 點擊“Create”按鈕。

圖9：定義線纜屏蔽層

定義單線（Single Conductor）：點擊“Cables”菜單左側(cè)的“Single conductor”（或直接在左側(cè)樹型瀏覽器的“Configuration”標(biāo)簽中，展開“Cables”節(jié)點，選中“Cable cross sections”，點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“Single Conductor”），彈出“Create single conductor”對話框：

Metal: Bundle_Wire Radius: Wire_1_r 不勾選：With insulation Label: Wire_1 點擊“Create”

重復(fù)上述操作，添加第二個單線Wire_2 Radius: Wire_2_r Label: Wire_2 點擊“Create”

圖10：創(chuàng)建單線-Wire_1和Wire_2

定義線束（Cable bundle）：點擊“Cables”菜單左側(cè)的“Cable Bundle”（或直接在左側(cè)樹型瀏覽器的“Configuration”標(biāo)簽中，展開“Cables”節(jié)點，選中“Cable cross sections”，點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“Cable Bundle”），彈出“Create Bundle”對話框：

不勾選：Auto bundle

Cables contained in bundle 部分： Cable:”Wire_1”;

OffsetX=Wire_1_dx OffsetY=0 Rotation=0 點擊“Add”按鈕 Cable: “Wire_2”; OffsetX=Wire_2_dx OffsetY=0 Rotation=0

Shield Type修改為: Shielded, dielectric filled Insulation medium定義為: PET Outer radius:

不勾選：Compute automatically Outer Radius定義為：Bundle_r Shield:CableShield1 Label: Bundle1

點擊“Create”按鈕完成創(chuàng)建。

圖11：創(chuàng)建線纜束

把當(dāng)前工程另存為：“Shielded_Two_Wire_Bench_Irrad_MTL.cfx”;

定義線束拓撲（Cable Harness）：點擊“Cables”菜單中的“Cable Harness”，在左側(cè)樹型瀏覽器的“Configuration”標(biāo)簽中的Global節(jié)點下，會自動生成“CableHarness1”；

圖12：創(chuàng)建線纜拓撲-Cable harness

創(chuàng)建Cable Connector：選中新定義的“Cableharness1”，點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“Cable

connector”，彈出“Create connector”對話框：

選擇：Cable path terminal

Path terminal修改為：CablePath1.Start 點擊“Add”兩次； Pin1:修改為：MyPin1 Pin2:修改為：MyPin2 Pin3:修改為：MyPin3 Label: C1

點擊“Create”按鈕。

圖13：生成Connector-C1

在左側(cè)樹型瀏覽器“Configuration”標(biāo)簽中，選中位于“Global->Cable Harness->Cable harness1->Connectors”中新新創(chuàng)建的C1，點擊鼠標(biāo)右鍵選擇“Copy(Duplicate)”，把新生成的C1_1更名為C2，雙擊C2，彈出“Modify connector”對話框：

Path terminal修改為：CablePath1.End

點擊OK按鈕

圖14：修正C2

創(chuàng)建Cable Instance：在“Cables”菜單中，選擇“Cable instancecable instance”對話框：

Cable type修改為: Bundle1 Source： C1 Destination：C2

勾選：Select shortest route;

按照下表定義“Signals and connectors”：

”，彈出“Create

圖15：定義Cable Instance

創(chuàng)建線束外圍電路：在“Cables”菜單中，點擊右側(cè)的“Schematic->CableHarness1”，進入線束原理圖編輯界面。點擊“Cable Schematic”；

在原理圖中，添加一個“Resistor”，調(diào)整位置（旋轉(zhuǎn)、拖動），雙擊其圖標(biāo)，修正阻值為75ohm，名稱Label定義為：C1_Z12，在C1端的MyPin1與MyPin2之間跨接該電阻；

重復(fù)上述操作，在Connector的C2端定義另外一個電阻“Resistor”，雙擊其圖標(biāo)，修改其阻值為75，名稱Label定義為C2_Z12，在C2端的MyPin1與MyPin2之間跨接該電阻；

圖16：在C1和C2端定義鏈接電阻

在原理圖中，添加一個“Capacitor”，調(diào)整位置（旋轉(zhuǎn)、拖動），雙擊其圖標(biāo)，修正容值為10e-12，名稱Label定義為：C1_Z13，在C1端的MyPin1和MyPin3之間跨接該電容.

重復(fù)上述操作，在Connector的C2端定義另外一個電容“Capacitor”，雙擊其圖標(biāo)，修改其容值為10e-12，名稱Label定義為C2_Z13，在C2端的MyPin1與MyPin3之間跨接該電容;

圖17：在C1和C2端定義鏈接電容

在原理圖中，添加兩個地符號“Ground”，調(diào)整位置（旋轉(zhuǎn)、拖動）。

在原理圖中，添加一個電感“Inductor”，調(diào)整位置（旋轉(zhuǎn)、拖動），雙擊其圖標(biāo)，修正其電感值為10e-9 Henry，名稱Label修改為C1_Z30，在C1端的MyPin3與地之間跨接該電感;

圖18：定義電感

在原理圖中，添加一個電阻“Resistor”，調(diào)整位置（旋轉(zhuǎn)、拖動），雙擊其圖標(biāo)，修正其電阻值為1000，名稱Label更名為：C2_30. 在C2端的MyPin3與地符號之間跨接該電阻。

圖19：在原理圖中，鏈接電阻和電感

2.4：激勵定義

切換到3D視圖“3D View1”，在左側(cè)樹型瀏覽器中，進入“Configuration”標(biāo)簽，展開“Global”節(jié)點，選中“Sources”節(jié)點，點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“Plane Wave”，彈出“Add plane wave excitation”對話框：

Direction 修正為：（Theta,phi）=(35;30) Polarisation修正為：Left hand rotating *** Ellipticity(0 to 1)修正為：1 Label：PlaneWave1 點擊“Add”按鈕

圖20：定義平面波激勵

求解設(shè)置檢查：在“Global”節(jié)點中，展開“Cable harness”，雙擊已經(jīng)建立的“CableHarness1”，彈出“Modify cable harness”對話框：

進入“Solution”標(biāo)簽，可以看到：

Cable coupling properties選擇為：Irradiating

Solution method for outer cable problem(shield/external ground)選擇為：Multiconductor transmission line (MTL);

圖21：檢查線束求解設(shè)置選項

2.5：提交計算：

進入菜單“Solve/Run”，點擊“FEKO Solver”，提交計算?？梢赃x擇并行模式（有指導(dǎo)老師演示如何設(shè)置并行或查看相應(yīng)的手冊說明-如：“FEKO軟件安裝中文手冊”）。

2.6：修改方法-重新計算

在主菜單中，點擊“Save “Shielded_Two_Wire_Bench_Irrad_MoM.cfx”；

as”，把工程另存為

求解設(shè)置修改：在“Global”節(jié)點中，展開“Cable harness”，雙擊已經(jīng)建立的“CableHarness1”，彈出“Modify cable harness”對話框：

進入“Solution”標(biāo)簽，可以看到：

Cable coupling properties選擇為：Irradiating

Solution method for outer cable problem(shield/external ground)選擇為：Method of Moments(MoM,only for shielded Cables;

點擊“OK”；

圖22：檢查線束求解設(shè)置選項

在“Home”菜單中，點擊“Save”保存該工程；

在菜單“Solve/Run”中，點擊“FEKO Solver”提交計算。

2.7：后處理顯示結(jié)果：

計算完成之后，點擊“Solve/Run”菜單中的“PostFEKO”或快捷鍵“Alt+3”，啟動后處理模塊PostFEKO顯示結(jié)果。

顯示2D結(jié)果：

切換到“Home”菜單，點擊“Add model”按鈕，讀入工程文件“Shielded_Two_Wire_Bench_Irrad_MTL.bof”的結(jié)果

在“Home”菜單，點擊“Cartesian”，進入直角坐標(biāo)系“Cartesian Graph1”，依次

點擊兩個工程中的“Probes ->C1_Z30”，在右側(cè)控制面板中：

在“Traces”區(qū)域，同時選中“C1_Z30”和“C1_Z30_1”; 勾選：dB

點擊“Display”菜單，在“Axes”中點選“Log (horizontal)”； 得到的結(jié)果顯示如下圖所示：

圖23：顯示C1_Z30上的電流

進入“Home”菜單，點擊左上角主菜單中的“Save as”，保存計算結(jié)果文件為：“Compare_Irrad.pfs”，關(guān)閉Postfeko。

2.8：計算線纜的輻射-設(shè)置修改：

切回到CadFEKO中，點擊“Open model”按鈕，打開

“Shielded_Two_Wire_Bench_Irrad_MTL.cfx”;

點擊起始菜單的“Save as”按鈕，把“Shielded_Two_Wire_Bench_Irrad_MTL.cfx”

另存為“Shielded_Two_Wire_Bench_Rad_MTL.cfx”。

2.8.1 刪除激勵源

在左側(cè)樹型瀏覽器切換到“Configuration”標(biāo)簽，展開“Global”，選中“Sources”中的PlaneWave1，刪除該激勵源；

2.8.2 修改求解設(shè)置：

在“Global”節(jié)點中，展開“Cable harness”，雙擊已經(jīng)建立的“CableHarness1”，彈出“Modify cable harness”對話框：

進入“Solution”標(biāo)簽，進行如下修改： Cable coupling properties選擇為：Radiating

Solution method for outer cable problem(shield/external ground)選擇為：Multiconductor transmission line (MTL);

點擊“OK”；

圖24：修改線束求解設(shè)置選項

2.8.3添加線纜的激勵：

進入到“CableHarness1”中，點擊“Cable Schematic”菜單，點選“Voltage source”，自動添加該電壓源到原理圖中，雙擊該電壓源符號，彈出“Modify voltage source”對話框：

修改Label為：C1_V12

點擊“OK”

圖25：設(shè)置電壓源激勵

刪除C1_Z12與C1端MyPin1之間的連線，把C1_V12電壓源跨接在C1端MyPin1與C1_Z12之間。

圖26：添加電壓源激勵

2.8.4添加場求解設(shè)置： 切換到“3D View1”中；

在左側(cè)樹型瀏覽器中，切換到“Configuration”，展開“Configuration specific”，選中“Requests”，點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“Near Fields”，彈出“Request near fields”對話框：

Definition methods修改為：Spherical 修正：specify increments

Start: (r: 300; theta: 0.0; Phi: 0.0) End: (r: 300; theta: 90.0; Phi: 360.0) Increment: (r: 0; theta: 5; Phi: 5) Label: NF_3m 點擊“Create”按鈕。

圖27：定義近場區(qū)域

2.8.5網(wǎng)格劃分：

點擊菜單“Mesh->Create mesh”，采用默認設(shè)置，重新生成網(wǎng)格。 2.8.6提交計算：

進入菜單“Solve/Run”，點擊“FEKO Solver”，提交計算。 2.8.7修正設(shè)置：

點擊主菜單的“Save

as”，把當(dāng)前工程Shielded_Two_Wire_Bench_Rad_MoM.cfx”；

另存為

“

在“Global”節(jié)點中，展開“Cable harness”，雙擊已經(jīng)建立的“CableHarness1”，彈出“Modify cable harness”對話框：

進入“Solution”標(biāo)簽，進行如下修改：

Solution method for outer cable problem(shield/external ground)選擇為：Method of Moments(MoM), only for shielded cables;

點擊“OK”；

圖28：修改線束求解設(shè)置選項

2.8.8 提交計算：

在菜單“Home”中，點擊“Save”，保存當(dāng)前工程； 進入菜單“Solve/Run”，點擊“FEKO Solver”，提交計算。 2.8.9 結(jié)果顯示

計算完成之后，點擊“Solve/Run”菜單中的“PostFEKO”或快捷鍵“Alt+3”，啟動后處理模塊PostFEKO顯示結(jié)果。

顯示3D結(jié)果：

切換到“Home”菜單，點擊“Add model”按鈕，讀入工程文件“Shielded_Two_Wire_Bench_Irrad_MoM.bof”的結(jié)果

在“Home”菜單，點擊“Near field”中的“NF_3m”，在右側(cè)控制面板中： 把Frequency修改為： 30MHz

勾選：dB

圖29：設(shè)置3D顯示方式

在菜單“Results”中，點選“Show Contours”顯示等值線。

圖30：顯示3D計算結(jié)果

顯示2D結(jié)果：

切換到“Home”菜單，點擊“Cartesian”，進入直角坐標(biāo)系“Cartesian Graph1”，依次點擊兩個工程中的“Source data ->C1_V12”，在右側(cè)控制面板中：

在“Traces”區(qū)域，依次選擇“C1_V12”和“C1_V12_1”進行如下設(shè)置： Quantity：Reflection coefficient 勾選：Use custom reference impedance Reference impedance修改為：75 勾選：Subtract loading Impdedance修改為：75 勾選：dB

在右側(cè)控制面板中，為每一個曲線的反射系數(shù)設(shè)定為： Reference impedance為：75 ohm Subtract loading修改為：75

圖31：反射系數(shù)詳細設(shè)置

在右側(cè)控制面板中的“Traces”區(qū)域，同時選中“C1_V12”和“C1_V12_1”; 進入“Display”菜單，點擊“Log(Horizontal)”，結(jié)果顯示如下。

圖32：顯示反射系數(shù)

進入“Home”菜單，點擊“Save project”，保存計算結(jié)果文件為：“Compare_Rad.pfs”，關(guān)閉Postfeko。