一種采用源重建方法預(yù)測電子電路電磁輻射的方法
【專利摘要】一種采用源重建方法預(yù)測電子電路電磁輻射的方法，其步驟如下：一：通過仿真或測試獲得近場數(shù)據(jù)；二：選取合適的等效源；三：針對不同場景建立等效源模型；四：利用反演算法求解等效源的值；五：通過步驟一至步驟四所建立的等效源預(yù)測電子電路的電磁輻射；本發(fā)明無需測量電子系統(tǒng)的遠(yuǎn)場電磁輻射特性，只需要仿真或測試電子系統(tǒng)的近場電磁輻射特性就可以建立等效源并推出遠(yuǎn)場電磁輻射特性；它能預(yù)測電子電路的電磁輻射特性和電子系統(tǒng)中產(chǎn)生電磁輻射較大的區(qū)域，從而更好的進(jìn)行電磁兼容改進(jìn)。
【專利說明】
一種采用源重建方法預(yù)測電子電路電磁輻射的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明提供一種采用源重建方法預(yù)測電子電路電磁輻射的方法，它涉及一種適用于預(yù)測電磁輻射的方法，更特別地說，是指一種采用源重建方法預(yù)測電子電路電磁輻射的方法。屬于電磁兼容技術(shù)領(lǐng)域。【背景技術(shù)】
[0002]電磁能量的傳播分為電磁傳導(dǎo)和電磁福射兩個(gè)方面。對于電磁傳導(dǎo)，可以借助于電路原理，對芯片、基本元器件、走線、過孔等建立等效電路模型，在輸出端口進(jìn)行測量分析;對于電磁輻射，本質(zhì)上可以視為若干偶極子(電偶極子和磁偶極子)電磁輻射的疊加。在現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電磁輻射是電磁兼容的一個(gè)關(guān)鍵。電磁輻射的大小直接關(guān)系到電子系統(tǒng)功能是否正常，是否能和其他設(shè)備同時(shí)工作。如果電磁輻射超標(biāo)，帶來了電磁輻射干擾，不符合相關(guān)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)就不符合要求。而對于電子系統(tǒng)中電磁輻射大小的預(yù)測目前存在一定的困難，從而影響了電子系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種采用源重建方法預(yù)測電子電路電磁輻射的方法，它提出預(yù)測電子系統(tǒng)電磁輻射的一種方法——源重建方法(SRM)。源重建方法是一種基于積分方程的方法，其理論基礎(chǔ)是電磁場中的等效原理，等效原理即在有限空間內(nèi)部的電磁輻射源可以被包圍有限空間的閉合曲面上的電磁流等效替代，替代后的有限空間外部的場值與替代前的有限空間外部的場值是完全一樣的。
[0004]本發(fā)明一種采用源重建方法預(yù)測電子電路電磁輻射的方法，其步驟如下:
[0005]步驟一:通過仿真或測試獲得近場數(shù)據(jù)；
[0006]步驟二:選取合適的等效源；
[0007]步驟三:針對不同場景建立等效源模型；
[0008]步驟四:利用反演算法求解等效源的值；
[0009]步驟五:通過步驟一至步驟四所建立的等效源預(yù)測電子電路的電磁輻射。
[0010]本發(fā)明所述方法流程圖如圖1所示。
[0011]其中，在步驟一中所述的“通過仿真或測試獲得近場數(shù)據(jù)”，其做法如下:
[0012](1)通過仿真獲得近場數(shù)據(jù):所述的“仿真”可利用HFSS、FEK0等電磁場仿真軟件進(jìn)行，其獲得近場數(shù)據(jù)的具體做法如下:首先在電磁場仿真軟件中建立需要預(yù)測電磁輻射的電子電路的模型，然后在模型上添加合適的激勵(lì)模擬電子電路正常工作，之后設(shè)置仿真參數(shù)，利用電磁場仿真軟件仿真得到電子電路的近場數(shù)據(jù)。
[0013]⑵通過測試獲得近場數(shù)據(jù):所述的“測試”可在微波暗室中利用電磁場測試設(shè)備進(jìn)行，具體做法如下:首先將需要預(yù)測電磁輻射的電子電路放在測試臺(tái)上，然后在電子電路上添加合適的激勵(lì)使之正常工作，之后利用近場探頭并連接測試系統(tǒng)得到電子電路的近場數(shù)據(jù)。
[0014]其中，在步驟二中所述的“等效源”，是指磁偶極子或電偶極子，選取方法如下:理論上講，使用磁偶極子和電偶極子來進(jìn)行源重建都是可行的。當(dāng)考慮到實(shí)際測量問題時(shí)，如近場測試，通常測量磁場會(huì)比測量電場更容易一些，而且電場探頭通常會(huì)對遠(yuǎn)場本身產(chǎn)生擾動(dòng)，導(dǎo)致測量結(jié)果的偏差，所以通常選取磁偶極子作為源重建方法中的等效源。
[0015]其中，在步驟三中所述的“針對不同場景建立等效源模型”，其做法如下:利用磁偶極子或電偶極子的電磁輻射公式進(jìn)行推導(dǎo)并將等效源的電磁輻射環(huán)境考慮在內(nèi)；例如對于地面，由于地面對于等效源的作用是會(huì)引起電磁場的反射，因此可以采用鏡像理論進(jìn)行分析，將地的作用綜合在等效源電磁輻射場當(dāng)中；對于封閉環(huán)境，比如金屬腔體，需要將金屬腔體視為波導(dǎo)，而等效源視為波導(dǎo)激勵(lì)；
[0016]其中，在步驟四中所述的“利用反演算法求解等效源的值”，其作法如下:在計(jì)算機(jī)中編寫合適的源重建算法，然后將步驟一中或得的近場數(shù)據(jù)和步驟二步驟三中所選取的等效源模型導(dǎo)入源重建算法中，利用計(jì)算機(jī)求解等效源的值。由于源重建方法是一種基于積分方程的方法，在進(jìn)行源重建方法預(yù)測電磁輻射時(shí)采取的是離散化數(shù)值的實(shí)現(xiàn)方式，因此， 反演算法本質(zhì)上是對大量數(shù)值進(jìn)行處理的過程，即進(jìn)行矩陣運(yùn)算。如果將已知源來求解場看成是正向，那么源重建方法本質(zhì)上就是矩陣的求逆過程。所述的“反演算法”，主要包括最小二乘法、遺傳算法等。
[0017]其中，在步驟五中所述的“預(yù)測”，它具體的做法是利用步驟一至步驟四所建立的等效源在電磁場仿真軟件中仿真出電子系統(tǒng)的遠(yuǎn)場電磁輻射和近場電磁輻射，并可以確定設(shè)備等效位置各處電磁輻射能力的強(qiáng)弱，定位主要電磁輻射區(qū)域，并進(jìn)行電磁兼容改進(jìn)。
[0018]通過以上步驟，本發(fā)明達(dá)到了預(yù)測電子電路電磁輻射從而進(jìn)行電磁兼容性分析的目的，解決了現(xiàn)階段電子電路電磁輻射測試要求和成本高，不易進(jìn)行電磁兼容性分析的實(shí)際問題。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯著地優(yōu)點(diǎn)和功效:
[0020]第一，無需測量電子系統(tǒng)的遠(yuǎn)場電磁輻射特性:現(xiàn)階段對于電子系統(tǒng)的遠(yuǎn)場電磁輻射特性的測試要求和成本較高，不是所有機(jī)構(gòu)都具有測試條件。本發(fā)明只需要仿真或測試電子系統(tǒng)的近場電磁輻射特性就可以建立等效源并推出遠(yuǎn)場電磁輻射特性。
[0021]第二，對于電子系統(tǒng)電磁輻射方面的電磁兼容分析提供了一種方法:目前對于電子系統(tǒng)電磁兼容的分析和改進(jìn)存在一定的困難，尤其是電磁輻射方面。本發(fā)明可以預(yù)測電子電路的電磁輻射特性和電子系統(tǒng)中產(chǎn)生電磁輻射較大的區(qū)域，從而更好的進(jìn)行電磁兼容改進(jìn)?！靖綀D說明】[〇〇22]圖1為本發(fā)明所述方法流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明一種采用源重建方法預(yù)測電子電路電磁輻射的方法，見圖1所示，其步驟如下:
[0024]步驟一:通過仿真或測試獲得近場數(shù)據(jù)；[〇〇25](1)通過仿真獲得近場數(shù)據(jù):所述的“仿真”可利用HFSS、FEK0等電磁場仿真軟件進(jìn)行，其獲得近場數(shù)據(jù)的具體做法如下:首先在電磁場仿真軟件中建立需要預(yù)測電磁輻射的電子電路的模型，然后在模型上添加合適的激勵(lì)模擬電子電路正常工作，之后設(shè)置仿真參數(shù)，利用電磁場仿真軟件仿真得到電子電路的近場數(shù)據(jù)。
[0026](2)通過測試獲得近場數(shù)據(jù):所述的“測試”可在微波暗室中利用電磁場測試設(shè)備進(jìn)行，其獲得近場數(shù)據(jù)的具體做法如下:首先將需要預(yù)測電磁輻射的電子電路放在測試臺(tái)上，然后在電子電路上添加合適的激勵(lì)使之正常工作，之后利用近場探頭并連接測試系統(tǒng)得到電子電路的近場數(shù)據(jù)。
[0027]獲得近場數(shù)據(jù)的關(guān)鍵是近場數(shù)據(jù)幅度和相位的準(zhǔn)確性。[〇〇28]步驟二:選取合適的等效源；[〇〇29]所述的“等效源”，是指磁偶極子或電偶極子，選取方法如下:理論上講，使用磁偶極子和電偶極子來進(jìn)行源重建都是可行的。當(dāng)考慮到實(shí)際測量問題時(shí)，如近場測試，通常測量磁場會(huì)比測量電場更容易一些，而且電場探頭通常會(huì)對遠(yuǎn)場本身產(chǎn)生擾動(dòng)，導(dǎo)致測量結(jié)果的偏差，所以通常選取磁偶極子作為源重建方法中的等效源。
[0030]步驟三:針對不同場景建立等效源模型；
[0031]所述的“針對不同場景建立等效源模型”，其做法如下:利用磁偶極子或電偶極子的電磁輻射公式進(jìn)行推導(dǎo)并將等效源的電磁輻射環(huán)境考慮在內(nèi)；例如對于地面，由于地面對于等效源的作用是會(huì)引起電磁場的反射，因此可以采用鏡像理論進(jìn)行分析，將地的作用綜合在等效源電磁輻射場當(dāng)中；對于封閉環(huán)境，比如金屬腔體，需要將金屬腔體視為波導(dǎo)， 而等效源視為波導(dǎo)激勵(lì)；
[0032]步驟四:利用反演算法求解等效源的值；
[0033]所述的“利用反演算法求解等效源的值”，其作法如下:在計(jì)算機(jī)中編寫合適的源重建算法，然后將步驟一中獲得的近場數(shù)據(jù)和步驟二步驟三中所選取的等效源模型導(dǎo)入源重建算法中，利用計(jì)算機(jī)求解等效源的值。由于源重建方法是一種基于積分方程的方法，在進(jìn)行源重建方法預(yù)測電磁輻射時(shí)采取的是離散化數(shù)值的實(shí)現(xiàn)方式，因此，反演算法本質(zhì)上是對大量數(shù)值進(jìn)行處理的過程，即進(jìn)行矩陣運(yùn)算。如果將已知源來求解場看成是正向，那么源重建方法本質(zhì)上就是矩陣的求逆過程。而實(shí)際上源重建方法產(chǎn)生的矩陣不一定為方陣， 而且即使是方陣，方陣行列式也可能為零，另外由于計(jì)算機(jī)的截?cái)嗾`差，進(jìn)行矩陣求逆會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，所以控制反演算法的誤差也是關(guān)鍵，因此要采用誤差控制方式，例如正則化方法、截?cái)郤VD方法、差分進(jìn)化方法等。所述的“反演算法”，主要包括最小二乘法、遺傳算法等。
[0034]步驟五:通過步驟一至步驟四所建立的等效源預(yù)測電子電路的電磁輻射。
[0035]所述的“預(yù)測”，它具體的做法是利用步驟一至步驟四所建立的等效源在電磁場仿真軟件中仿真出電子系統(tǒng)的遠(yuǎn)場電磁輻射和近場電磁輻射，并可以確定設(shè)備等效位置各處電磁輻射能力的強(qiáng)弱，定位主要電磁輻射區(qū)域，并進(jìn)行電磁兼容改進(jìn)。
[0036]通過以上步驟，本發(fā)明達(dá)到了預(yù)測電子電路電磁輻射從而進(jìn)行電磁兼容性分析的目的，解決了現(xiàn)階段電子電路電磁輻射測試要求和成本高，不易進(jìn)行電磁兼容性分析的實(shí)際問題。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用源重建方法預(yù)測電子電路電磁輻射的方法，其特征在于:其具體實(shí)施步驟 如下:步驟一:通過仿真及測試獲得近場數(shù)據(jù):(1)通過仿真獲得近場數(shù)據(jù):所述的“仿真”是利用HFSS、FEKO電磁場仿真軟件進(jìn)行，其 獲得近場數(shù)據(jù)的具體做法如下:首先在電磁場仿真軟件中建立需要預(yù)測電磁輻射的電子電 路的模型，然后在模型上添加合適的激勵(lì)模擬電子電路正常工作，之后設(shè)置仿真參數(shù)，利用 電磁場仿真軟件仿真得到電子電路的近場數(shù)據(jù)；(2)通過測試獲得近場數(shù)據(jù):所述的“測試”是在微波暗室中利用電磁場測試設(shè)備進(jìn)行， 其獲得近場數(shù)據(jù)的具體做法如下:首先將需要預(yù)測電磁輻射的電子電路放在測試臺(tái)上，然 后在電子電路上添加合適的激勵(lì)使之正常工作，之后利用近場探頭并連接測試系統(tǒng)得到電 子電路的近場數(shù)據(jù)；獲得近場數(shù)據(jù)的關(guān)鍵是近場數(shù)據(jù)幅度和相位的準(zhǔn)確性；步驟二:選取合適的等效源:所述的“等效源”，是指磁偶極子，通常選取磁偶極子作為源重建方法中的等效源；步驟三:針對不同場景建立等效源模型:利用磁偶極子的電磁輻射公式進(jìn)行推導(dǎo)并將等效源的電磁輻射環(huán)境考慮在內(nèi)；例如對 于地面，由于地面對于等效源的作用是會(huì)引起電磁場的反射，因此采用鏡像理論進(jìn)行分析， 將地的作用綜合在等效源電磁輻射場當(dāng)中；對于封閉環(huán)境，比如金屬腔體，需要將金屬腔體 視為波導(dǎo)，而等效源視為波導(dǎo)激勵(lì)；步驟四:利用反演算法求解等效源的值:在計(jì)算機(jī)中編寫預(yù)定的源重建算法，然后將步驟一中獲得的近場數(shù)據(jù)和步驟二步驟三 中所選取的等效源模型導(dǎo)入源重建算法中，利用計(jì)算機(jī)求解等效源的值；步驟五:通過步驟一至步驟四所建立的等效源預(yù)測電子電路的電磁輻射:所述的“預(yù)測”，它具體的做法是利用步驟一至步驟四所建立的等效源在電磁場仿真軟 件中仿真出電子系統(tǒng)的遠(yuǎn)場電磁輻射和近場電磁輻射，并確定設(shè)備等效位置各處電磁輻射 能力的強(qiáng)弱，定位主要電磁輻射區(qū)域，并進(jìn)行電磁兼容改進(jìn)；通過以上步驟，本發(fā)明達(dá)到了預(yù)測電子電路電磁輻射從而進(jìn)行電磁兼容性分析的目 的，解決了現(xiàn)階段電子電路電磁輻射測試要求和成本高、不易進(jìn)行電磁兼容性分析的實(shí)際 問題。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用源重建方法預(yù)測電子電路電磁輻射的方法，其特征 在于:在步驟二中所述的“等效源”為電偶極子。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105975713SQ201610341738
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】陳愛新, 趙越, 蘇東林, 應(yīng)小俊, 吳文斌
【申請人】北京航空航天大學(xué)