之前部署微波和毫米波设备和系统在5 g,物联网(物联网),和高速无线通信,它预测他们的表现至关重要。这需要增加了通过仿真软件对虚拟测试平台的需求。
高为高速率通信运营商和系统总线频率是必要的在多个设备之间出现在这样的系统中。然而,操作频率的增加可能引起不良和麻烦的电磁兼容性(EMC)和电磁干扰(EMI)问题,特别是当交流是拥挤的。此外,影响其他物理不再是可以忽略不计的mmWave设备。稳定的物理现象,如结构变形由热膨胀引起的,需要设计考虑的一部分。幸运的是,一个广泛的电磁兼容和电磁干扰场景几乎可以模拟和测试,而无需精心测试配置适应真实世界的环境。
利用电磁学仿真软件评价设备功能在开发和生产周期中减少时间和成本。虚拟评估可以制造之前,执行测试,生产,在可靠的质量控制过程的一个重要组成部分。
仿真的目的是描述现实世界尽可能在电脑上通过使用证明物理方程。理想情况下,数值模型用于模拟多个物理现象代表了一个伟大的各种操作条件下,这是很难在实验室环境中实现。准确地分析实际设计和条件是有代价的。分析越复杂,需要更多的计算资源。因此,工程判断用于排除不必要的部分配置仿真分析和的设置,以确保有效的计算。
当评估辐射设备的电磁干扰和电磁兼容性能,测试工程师经常在全消声室进行测量。仿真工具是用来建立一个数值几乎可以复制这样的测试环境(图1)例如,通过使用有限元方法(FEM)。例如,锥体吸收附着在消声室的墙壁包含有损导电碳颗粒。beplay官方免费下载逐渐的吸收衰减入射电磁波只有少量的不必要的反射。为了提高效率,而不是吸收器的全尺寸的墙进行建模,模拟使用只有一个锥体单元细胞周期性边界条件(图2)。这是一个有效的方法估计成套吸收器的性能,以确保至少反射率。即使只是一个单元的模型由细胞,周期性边界条件使它相当于无限锥体吸收器的数组。从单位细胞获得有效的均质材料特性仿真然后用于整个消声室的墙上。
来验证虚拟版本的消声室,宽带双锥形天线放置在消声室。天线的性能(例如,远场辐射模式和的参数)计算验证,没有退化性能由于不完整的吸收特性。
虽然实际表示的天线在全消声室模拟视觉上很吸引人,如所示图1不必要的,其计算成本高。仿真可以更快和更高效的内存使用通过使用数字技术,相当于消声室的墙。这些技术包括使用一个完美匹配层(PML)吸收边界条件的特性。远近字段有效研究和其他天线参数,这是足够的地方同样的双锥形天线在一个小得多的周围的空气域由一个完美匹配层封闭(图3)。
为了有效地模拟大型系统,选择适当的数值边界条件是至关重要的。此外,消除设计细节,被认为是对结果的影响可以忽略不计,保持相关的组件,可以进一步提高效率。通过使用pml,可以模拟大型系统,而不是局限于设备级的建模。
在图4、电场传播从一个虚构的辐射设备车的后挡风玻璃是研究电缆利用内部辐射发射的效果。PML封面上楼梯,吸收所有即将离任的波,并确保反射波不反弹到汽车上。与此同时,地面和车身底部产生反射和多径衰落对电缆利用的影响。电磁波耦合对电缆进行不必要的排放源。在一个真正的汽车系统,很难访问和迁移的源和受害者EMI / EMC测试。但是,通过使用模拟,可以分析任意配置。这样,由于不受限于物理测试,工程师可以产生更健壮的系统设计。
通过仿真,我们可以估计设备的实际表现为物联网应用程序时,在实际环境中部署。物联网设备可能被放置在一个客厅,一个车库,在一所房子或其他空间。的电尺寸方面的问题跨越了波长的数量可以轻松超过所谓的全波数值方法所能解决的。全波方法包括有限元法(FEM),时域有限差分(FDTD)法和矩量法(MoM)。有替代计算电磁学的方法可用于近似物联网设备的性能在不牺牲太多的准确性。此外,这种近似方法可以产生有用结果同时还能利用有限的计算资源。其中一个方法是射线追踪的方法。图5时,射线跟踪显示多尺度模拟的功能与有限元法一起使用。使用有限元仿真分析的一个小模拟域周围的无线路由器的天线包括一个截断周围空气域。射线发射天线的位置,他们最初的力量定向强度成正比的3 d天线的远场辐射方向图。天线覆盖在媒体室(图5)可以快速近似不长时间模拟或过度的内存使用。这多尺度电磁学建模技术是一个很好的替代方案克服了传统计算方法的局限性对大型电磁干扰和电磁兼容问题。
只是结合现有计算方法可以克服传统数值分析的局限性。两个这样的情况是当你需要与高频产生宽带结果分辨率或当你需要分析信号完整性和时域反射计(TDR)大型设备。这种模拟可以很耗时。然而,在这两种情况下,可以大大提高计算性能进行快速傅里叶变换(FFT),从时域到频域或相反。例如,您可以首先进行瞬态分析,然后运行一个time-to-frequency FFT实现宽带在频域参数和远场计算。或者,您可以首先进行频率扫描,然后运行一个frequency-to-time FFT时域脉冲响应带通。这对时域反射计分析是有用的,如确定有缺陷的输电线路的一部分,导致阻抗失配和信号质量恶化。
仿真虚拟分析平台提供了一个广泛的测试场景。然而,学习如何使用电磁学仿真软件可能不是最好的使用时间,每个人都在一个组织。有限的训练和仿真软件可能限制使用电磁学仿真工具一套小的专家用户。完成数字EMI、EMC测试模型可能经常需要新的输入参数以适应真实世界的测试环境的变化。需要更新边界条件、网格和后处理设置仿真组以外的可能会导致意想不到的在开发周期的延迟。好消息是,仿真软件已经进化到适应专家不是专用的模拟工程师。仿真模型可以转化为易于使用的应用程序(图6)。应用程序有一个简单,专业用户界面(UI)和与同事和客户可以共享通过现有的web浏览器或作为一个独立的可执行文件。这样的独立的应用程序不需要购买额外的软件许可证和可以不管操作系统运行。很多人参与EMI测试项目可以很容易地访问应用程序提供的虚拟检测组件和优化产品没有学习如何使用软件在窗帘后面。
各种仿真工具,支持多种数值方法在电磁学帮助工程师和研究人员不仅要设计常规设备,如滤波器、耦合器、天线,和波导结构,而且测试EMI、EMC问题在申请5 g,物联网,无线通信。传统电磁学分析可以扩展到包括多个使用多重物理量模拟生理效应。仿真软件行业也正在演变为满足快节奏的新兴市场的需求,高速通信仿真技术和帮助更多的人受益。