我太激动了!我的儿子罗杰,在工程的一名大二学生,学习如何使模型JMAG实习。他在谈论什么伟大的见解提供了一个数学模型,和我说,这是可能的物理模型(比例模型)。在过去,这是更快,比数学模型赋予给了不同的见解。混响室的一个旧的物理模型是在阁楼上*。这是完整的测试设备(DUT)连接到一个线束单极天线。他惊讶的!曾经有一段时间我用它来预测结果从一个给定的天线电压DUT噪声电压,这帮助缩短汽车开发时间。当我有DUT的电压波形,这是一个直流永磁电机,我知道过去的我带天线电压波形。知道如果太吵,需要额外的设备在开发周期的早期抑制帮助缩短时间设备市场! I also used some FEA modeling for comparison. It makes for an interesting study.
这个想法是这样的:EMC的很多问题可以归结为一个盒子和一线。这是众所周知的。例如,看到奥特464 - 465页。电脑电缆来自,电机与电源,电源线在墙上的电池充电器和手机都有一些设备使噪音,和他们都有一种噪音的“盒子”包含设备如图1所示。有时我们需要担心多少辐射噪声来自电线和“盒子。”在这种情况下,通常可以简化问题一个盒子,一个噪声源,和一个线如图2所示。
我的特殊问题处理长波,我从150 khz到2 mhz频带噪声。通常,测试天线是如此接近布线和设备,它拿起噪声通过电容而不是直接辐射。在我的情况下,天线是在屏蔽室做测试。我想知道有多少电容设备和天线之间,这样我就可以计算出噪声天线会捡起来当我改变射频抑制电路中使用的设备。
图1所示。一个典型的射频噪声来源与电线设备
图2。的简化的典型来源Noise-One电线,和一盒噪音来源
这是一幅比例模型,如图3所示。整件事只有一英尺半的两侧。墙壁、地板和天花板的一些泡沫板两边的衬托。已经有一段时间,但我认为磁单极子天线RG58的内导体同轴电缆。磁单极子地平面是由焊接黄铜的同轴电缆的屏蔽板。进行铝胶带,导电粘合剂层包含氧化银一起被用来保存室。因此,录音和箔允许我们来模拟连续进行室壁。很重要的电导率是连续的,因为一个混响室(或在低频消声室)功能。商会是一个法拉第笼保护测试从外部噪音。一些噪音可能进入室通过洒水装置、港口、灯光和电缆室。 (See室的圣诞音乐)。
图3。混响室的物理尺度模型
模型是足够小,以便DUT和天线之间的电容和一个电感电容电阻测量计可以测量。低频率的测试室的尺寸非常小。当波长相比很大的尺寸房间(在这种情况下),导线上的电荷分布和墙壁是一样如果直流电压被用来产生电荷。这是一个“静态”条件。
由于天线是“连接”到DUT的自然之间的电容,一个简单的电路模型可以用来计算传递函数DUT线路的电压和电压之间的天线。电路模型必须包括所有的布线之间的功放,天线,天线桅杆和平衡(飞机的底部天线),如我的素描图4所示。使用一个电感电容电阻测量计,功放很容易测量的比例模型。这将是非常困难的在全尺寸的版本。
图4。的参数来衡量规模模型
电路是画在图5。现在很明显,各形成一个桥接电路的类型。它是参数之间的差异,导致电压在天线上。DUT布线之间的电容和天线之间的电容必须不同于DUT“盒子”和有噪声检测的天线的天线。
添加一个循环电压和电压降金额为零的基尔霍夫电压定律,一如既往。通过这种方式,一系列的方程被确认。我告诉罗杰输入电压有阻抗,我们可能需要增加我们的方程,Z7,但我们将努力忽略它。
图5。重新绘制线路图对电容模型
正如你所看到的,很容易推导出循环方程看到在图5和图6从桥上让他们到一个表单,这样我们可以用矩阵操作在图7中。我有一些电流,一个,我b,我c和我d必须引入方程。这些只是暂时的。试图简化这是混乱甚至比形成矩阵。我用一个旧的副本Mathcad获得传递函数取代电容值矩阵。结果不依赖于频率。最后的传递函数应该是V蚂蚁/ V在。V蚂蚁之间的未知电压V时天线桅杆和平衡在是已知的DUT布线和DUT之间的电压。
表1中列出的各测量。功放是非常小的。一座桥是由电容网络,输出电压是由电容DUT组件之间的差异,天线平面杆和地面。天线的输出电压比输入噪声电压计算是0.0044使用比例模型的电容测量。源阻抗被认为是无关紧要的。每个电容应该按比例相同数量的匹配电容全尺寸室自模型规模。
每个元素都有一个很大的影响在桥接电路。这种方法的最大缺点之一是这么小的电流之间的重要潜在错误的测量。例如,舍入电容值增加了电压传输比近50%。
图6。基尔霍夫电压定律回路方程
图7。基尔霍夫电压定律矩阵方程(别担心,这是数学结束!)
表1。测量电容
电路元件 | 价值 |
C1 | 3.8 pF |
C2 | 3.7 pF |
C3 | 14.9 pF |
C4 | 17.6 pF |
C5 | 26 pF |
C6 | 42 pF |
C7 | - - - |
图8。梳子发电机线电压
罗杰想知道如果我做了任何计算机建模。我说我做了一个使用麦克斯韦3 d有限元分析模型来验证传递函数的准确性。两个有限元分析静电模型建立。一个有一个线束的线表示,另一个线束的双线式表示。有趣的是,我不得不向后使模型;我一个电压适用于天线和测量的电压1毫米的差距之间放置DUT及其利用。实现一个解决方案,有必要设置室墙壁固定0 v的潜力。磁单极子的底部和磁单极子的电缆连接到室所以他们也被设置为0 v的潜力。与电容网络源阻抗被忽视。
建模的一个优点是,我们没有受到实际限制测试参数。单极天线之间的1000 v应用杆和基地,电压输出的两个DUT电线和DUT为3.65 v。然而,两DUT线之间的电压仅为0.0485 v。这合理的假设耦合天线主要常见的模式——只有当每个领导的电压都是一样的有电压产生的天线。因此逻辑假设是线束可以代表只有一个线。额外的模型只有一个线DUT运行,导致电压为4.8 v。因此,有限元分析预测转移率为0.0048,而比例模型(没有昂贵的许可费)预测转移率为0.0044。
使用一个梳状波发生器实际测试运行。DUT电压,图8中,测量。电压输出EMCO 3301 b活性单极天线也直接测量使用EMI接收机。因为它是一个有源天线,它有点涉及从测量得到的电压数据。各种因素考虑到天线手册中必须使用。每个电压传输比的预测天线电压如图8和9的有限元分析和模型。转移比率仅仅是能够预测天线测量5 mhz,但足够好的长波和乐队。
使用一个简单的因素(约0.0044),它可以预测天线的测量。这可以被纳入测试装置的电路模型,改变电路可以被评估,看看他们会允许它通过测试。这可能有利于设备功率开关电路在低开关频率等20 khz。
图9。有限元分析模型与测量
图10。比例模型和测量结果
成为一个工程师是如此有趣!当我可以使用磁带和泡沫板得到相同的结果作为一个复杂的程序,解决了场方程,这是太棒了!它只需要一些基础的知识和良好的剪刀。希望罗杰学习相同的课程。
引用
- jr Suriano C.R. Suriano, g .蒂埃尔,“低频混响室与单极天线的行为,“2000年IEEE EMC研讨会,华盛顿特区,2000年8月。
- 亨利·w·奥特电磁兼容工程约翰·威利& Sons Inc ., 2009年,页464 - 465