文档介绍：第12章电磁兼容性仿真分析
电磁兼容仿真分析的基本原理及特点
电磁兼容仿真分析中的系统综合性
电磁兼容仿真分析方法
仿真软件介绍
车辆电磁兼容仿真分析案例
基于FSS加载的车辆能在合理时间内进行分析的解决办法。在此过程中,采用何种参量、形式、途径表征求解问题,如何使其在有限的分析资源范围内给出结果,这是建模中需要重视的方面。
在模型中,还需要考虑相应模型对所描述具体现象或过程的可用性,电磁兼容仿真建模流程如图12－2所示。可用性通常决定于模型的方便程度和近似效果。对于系统,建模中往往需要根据系统要求突出电磁兼容问题的关键要素。以强电磁脉冲作用于架空导线为例,其电磁模型需要考虑三个重要方面:　　① 确定强电磁脉冲源的初始分布;　　② 确定强电磁脉冲的传输过程;
③ 确定架空导线对外部电磁场的耦合作用。另外,在建模中,还可以根据分析要求补充特定的实验测量数据或理论公式,以增加模型的真实性。但需要注意,实验和理论条件往往具有一些特殊性及针对性,这些往往是特定条件下的特定信息(例如, 响应的线性部分),未必能完整反映系统作用,需要在使用时仔细对待。
图12－2 电磁兼容仿真建模
从应用角度来看,电磁场数值分析是电磁兼容仿真分析中的重要部分,其主要框架如图 12－3所示。针对电磁兼容问题中所涉及到的电磁支配方程的数学关系,将实际电磁系统转化为计算机可分析的电磁模型,通过电磁场数值分析计算,可模拟复杂电磁环境中的相互作用。一般情况下,分析中需要完成由电磁场问题向矩阵代数问题的数值转化,其涉及主要步骤如下:首先,根据系统电磁分析的要求,基于电磁专业知识,将实际待分析电磁兼容问题中的关键数理支配关系或方程提炼出来,并确定待分析问题的边界。不同方程往往会采用不同的分析方法。
图12－3 电磁数值分析主要框架
一般而言,数值仿真分析方法的重要作用就是将电磁兼容工程中用于描述复杂电磁环境内相互作用的电磁语言转化为便于计算设备高效处理的计算语言。而在此转换过程中, 又具体涉及两个重要的转换内容,即将实际问题中解析化的支配关系转化为便于计算机处理的离散数学形式,将实际问题中整体化几何模型转化为便于计算机处理的离散数据信息。这涉及电磁数值分析方法与计算设备间高效的相互协调、共同工作。
需要注意的是,虽然计算设备为电磁兼容仿真分析提供了重要基础,但是面对信息科技的不断发展、电磁兼容适用范围的不断拓宽、电磁兼容仿真分析要求的不断提升,迄今所有的计算资源都存在着不同程度的局限性。面对问题,资源总是有限的。在电磁兼容问题分析中,任何提升分析效率的手段和技术都是有必要的。因此,对于电磁兼容问题的仿真分析,需要在实践中不断探索与发展。
电磁兼容仿真分析中的系统综合性
电磁环境是存在于给定场所的所有电磁现象的总和,是电磁兼容研究的主要对象。在实际应用中,为深入剖析系统预定工作电磁环境的特征状态,一般必须进行具体的电磁环境分析。在对电磁环境的兼容性分析中,常要考虑诸多要素。一些通用的综合分析中常常涉及以下几方面问题:
设定干扰源的空间、时间、频率、幅度、相位以及极化等特性;制定电磁功率密度或场强的频谱关系曲线,以说明在指定频率范围内可能产生的干扰;估计最恶劣的电磁环境电平,计算干扰电平不超过某一允许值的区域范围;分析综合电磁环境电平的危害等级,区分导致系统性能降级与造成系统失效的电磁环境电平。
在电磁兼容中,干扰三要素是复杂电磁系统的基本单元构成,其中,传输耦合途径为干扰源与敏感设备间的电磁作用构建起连接的通道。耦合是电磁干扰三要素中的重要连接环节,其反映了设备、系统间的电磁联系,起到了能量联系传输的作用。在电磁系统中,具体的电磁连接形式往往复杂多样,一般可分为辐射和传导两种主要方式,如图12－4所示。
图12 －4 电磁传输耦合分类
从电磁理论角度来看,电磁耦合作用可分别以“场”与“路”的形式存在。由电磁兼容基本原理可知:在辐射耦合分析中,各种具体的辐射耦合方式主要以分布电磁场为模型基础;而在传导耦合分析中,则主要是以集总电路为模型基础。二者不同的形态往往对应于不同的分析方法。虽然形式有别,但“场”和“路”有着内在的关联。电磁兼容中的场路协同关系如图12 －5所示。
图12－5 电磁兼容中的场路协同
在电磁环境中,干扰源端发射电磁能量,通过电磁传输耦合途径后,电磁能量会在敏感设备端被接收。若将各种具体的干扰源、传输耦合途径、敏感设备进行系统性简化、抽象,则可以通过建立相应的系统模型对骚扰的传输耦合进行分析。从理论上来看,对于电