基于近场扫描的高速电路电磁辐射建模研究

发布时间：2020-10-14 19:49

　　随着电路的时钟频率日益升高,印刷电路板(PCB)的工作频率已经进入微波频段,PCB板上的走线、器件的尺寸将达到甚至大于1／4波长,从而有可能成为具有天线特性的电磁辐射干扰源。因此,在PCB的电磁兼容(EMC)设计阶段,对PCB的电磁辐射干扰特性进行建模、仿真与分析也变得愈发重要。传统的全波分析方法常被用于定量分析PCB的EMC特性。然而,随着PCB电路结构变得日益复杂,全波分析方法对计算资源的巨大需求成为了一个沉重的负担。此外,在PCB的EMC设计阶段,很多PCB的设计细节无从得知,此时全波分析方法就变得束手无策。鉴于此,本文提出了利用基于近场扫描的PCB等效辐射源模型来代替复杂的PCB电路,该建模方法无需考虑PCB具体的电路结构。利用等效辐射源模型,通过联合基于有限元法(FEM)的全波仿真工具HFSS对PCB的电磁辐射干扰特性进行分析。基于对近场扫描工程测量中诸多问题的分析,本文深入研究并提出了多种PCB等效辐射源建模方法,其创新点归纳如下：1.本文提出了基于近场磁场幅度和相位扫描的等效磁偶极子阵列模型,并利用正则优化算法求解该模型。通过联合HFSS建立相应的等效模型对整个自由空间中以及屏蔽盒内的PCB的电磁辐射干扰特性进行研究。该等效建模方法能够有效地分析PCB地平面的衍射效应及屏蔽盒对PCB的电磁辐射干扰的影响。2.针对在无相位近场磁场扫描情况下传统建模方法精度与速度难以同时提升的关键性难题,本文建立了一种基于重复粒子群优化(RPSO)算法的等效磁偶极子模型。通过多次重复的粒子群优化(PSO)算法确定等效的磁偶极子数量及各磁偶极子的位置及偶极矩。该优化算法能兼顾等效辐射源模型的优化速度和模型精度。3.为了进一步提高等效辐射源模型的精确性,提出了混合RPSO算法和迭代源重构(ISR)方法建立高精度的等效磁偶极子阵列模型。利用RPSO算法提供的近场磁场的初始相位,通过ISR方法对等效磁偶极子阵列模型进行迭代重构和修正,从而建立高精度的等效辐射源模型。4.针对宽频带内PCB的电磁辐射干扰快速预测的需求,本文开发了一种基于无相位近场磁场“热点”扫描的宽频带内PCB的等效“热点”磁偶极子模型,并利用PSO算法求解该模型。基于该等效“热点”磁偶极子模型,对宽频带内PCB的电磁辐射干扰的最大值进行快速预测。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TN41
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究意义
    1.3 研究现状
        1.3.1 电磁辐射干扰测量
        1.3.2 基于近场扫描的电磁辐射建模研究
    1.4 论文的主要研究内容和创新点
    1.5 论文的结构安排
第2章近场扫描原理与方法
    2.1 引言
    2.2 近场扫描工程测量
    2.3 近场扫描测量平台
    2.4 近场扫描测量标准
    2.5 本章小结
第3章基于近场幅度和相位扫描的电磁辐射建模研究
    3.1 引言
    3.2 电磁辐射干扰问题理论基础
    3.3 等效辐射源模型
        3.3.1 电偶极子和磁偶极子
        3.3.2 等效磁偶极子阵列模型
    3.4 基于等效辐射源模型和FEM的电磁辐射干扰分析
        3.4.1 自由空间中的PCB电磁辐射干扰分析
        3.4.2 屏蔽盒内的PCB电磁辐射干扰分析
    3.5 本章小结
第4章基于无相位近场扫描的电磁辐射建模研究
    4.1 引言
    4.2 粒子群优化(PSO)算法
    4.3 基于RPSO算法的等效磁偶极子模型
    4.4 基于混合RPSO算法和ISR方法的等效磁偶极子阵列模型
    4.5 本章小结
第5章基于无相位近场“热点”扫描的电磁辐射建模研究
    5.1 引言
    5.2 近场磁场“热点”扫描原理
    5.3 基于等效“热点”磁偶极子模型的电磁辐射干扰分析
    5.4 实验测量验证
    5.5 本章小结
第6章结论与展望
    6.1 本文总结
    6.2 展望
参考文献
作者简介

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