一种采用源重建方法预测电子电路电磁辐射的方法
【专利摘要】一种采用源重建方法预测电子电路电磁辐射的方法，其步骤如下：一：通过仿真或测试获得近场数据；二：选取合适的等效源；三：针对不同场景建立等效源模型；四：利用反演算法求解等效源的值；五：通过步骤一至步骤四所建立的等效源预测电子电路的电磁辐射；本发明无需测量电子系统的远场电磁辐射特性，只需要仿真或测试电子系统的近场电磁辐射特性就可以建立等效源并推出远场电磁辐射特性；它能预测电子电路的电磁辐射特性和电子系统中产生电磁辐射较大的区域，从而更好的进行电磁兼容改进。
【专利说明】
一种采用源重建方法预测电子电路电磁辐射的方法
技术领域
[0001]本发明提供一种采用源重建方法预测电子电路电磁辐射的方法，它涉及一种适用于预测电磁辐射的方法，更特别地说，是指一种采用源重建方法预测电子电路电磁辐射的方法。属于电磁兼容技术领域。【背景技术】
[0002]电磁能量的传播分为电磁传导和电磁福射两个方面。对于电磁传导，可以借助于电路原理，对芯片、基本元器件、走线、过孔等建立等效电路模型，在输出端口进行测量分析;对于电磁辐射，本质上可以视为若干偶极子(电偶极子和磁偶极子)电磁辐射的叠加。在现代电子系统设计中，电磁辐射是电磁兼容的一个关键。电磁辐射的大小直接关系到电子系统功能是否正常，是否能和其他设备同时工作。如果电磁辐射超标，带来了电磁辐射干扰，不符合相关电磁兼容性标准，电子系统设计就不符合要求。而对于电子系统中电磁辐射大小的预测目前存在一定的困难，从而影响了电子系统的电磁兼容设计。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种采用源重建方法预测电子电路电磁辐射的方法，它提出预测电子系统电磁辐射的一种方法——源重建方法(SRM)。源重建方法是一种基于积分方程的方法，其理论基础是电磁场中的等效原理，等效原理即在有限空间内部的电磁辐射源可以被包围有限空间的闭合曲面上的电磁流等效替代，替代后的有限空间外部的场值与替代前的有限空间外部的场值是完全一样的。
[0004]本发明一种采用源重建方法预测电子电路电磁辐射的方法，其步骤如下:
[0005]步骤一:通过仿真或测试获得近场数据；
[0006]步骤二:选取合适的等效源；
[0007]步骤三:针对不同场景建立等效源模型；
[0008]步骤四:利用反演算法求解等效源的值；
[0009]步骤五:通过步骤一至步骤四所建立的等效源预测电子电路的电磁辐射。
[0010]本发明所述方法流程图如图1所示。
[0011]其中，在步骤一中所述的“通过仿真或测试获得近场数据”，其做法如下:
[0012](1)通过仿真获得近场数据:所述的“仿真”可利用HFSS、FEK0等电磁场仿真软件进行，其获得近场数据的具体做法如下:首先在电磁场仿真软件中建立需要预测电磁辐射的电子电路的模型，然后在模型上添加合适的激励模拟电子电路正常工作，之后设置仿真参数，利用电磁场仿真软件仿真得到电子电路的近场数据。
[0013]⑵通过测试获得近场数据:所述的“测试”可在微波暗室中利用电磁场测试设备进行，具体做法如下:首先将需要预测电磁辐射的电子电路放在测试台上，然后在电子电路上添加合适的激励使之正常工作，之后利用近场探头并连接测试系统得到电子电路的近场数据。
[0014]其中，在步骤二中所述的“等效源”，是指磁偶极子或电偶极子，选取方法如下:理论上讲，使用磁偶极子和电偶极子来进行源重建都是可行的。当考虑到实际测量问题时，如近场测试，通常测量磁场会比测量电场更容易一些，而且电场探头通常会对远场本身产生扰动，导致测量结果的偏差，所以通常选取磁偶极子作为源重建方法中的等效源。
[0015]其中，在步骤三中所述的“针对不同场景建立等效源模型”，其做法如下:利用磁偶极子或电偶极子的电磁辐射公式进行推导并将等效源的电磁辐射环境考虑在内；例如对于地面，由于地面对于等效源的作用是会引起电磁场的反射，因此可以采用镜像理论进行分析，将地的作用综合在等效源电磁辐射场当中；对于封闭环境，比如金属腔体，需要将金属腔体视为波导，而等效源视为波导激励；
[0016]其中，在步骤四中所述的“利用反演算法求解等效源的值”，其作法如下:在计算机中编写合适的源重建算法，然后将步骤一中或得的近场数据和步骤二步骤三中所选取的等效源模型导入源重建算法中，利用计算机求解等效源的值。由于源重建方法是一种基于积分方程的方法，在进行源重建方法预测电磁辐射时采取的是离散化数值的实现方式，因此， 反演算法本质上是对大量数值进行处理的过程，即进行矩阵运算。如果将已知源来求解场看成是正向，那么源重建方法本质上就是矩阵的求逆过程。所述的“反演算法”，主要包括最小二乘法、遗传算法等。
[0017]其中，在步骤五中所述的“预测”，它具体的做法是利用步骤一至步骤四所建立的等效源在电磁场仿真软件中仿真出电子系统的远场电磁辐射和近场电磁辐射，并可以确定设备等效位置各处电磁辐射能力的强弱，定位主要电磁辐射区域，并进行电磁兼容改进。
[0018]通过以上步骤，本发明达到了预测电子电路电磁辐射从而进行电磁兼容性分析的目的，解决了现阶段电子电路电磁辐射测试要求和成本高，不易进行电磁兼容性分析的实际问题。
[0019]本发明与现有技术相比较，具有如下显著地优点和功效:
[0020]第一，无需测量电子系统的远场电磁辐射特性:现阶段对于电子系统的远场电磁辐射特性的测试要求和成本较高，不是所有机构都具有测试条件。本发明只需要仿真或测试电子系统的近场电磁辐射特性就可以建立等效源并推出远场电磁辐射特性。
[0021]第二，对于电子系统电磁辐射方面的电磁兼容分析提供了一种方法:目前对于电子系统电磁兼容的分析和改进存在一定的困难，尤其是电磁辐射方面。本发明可以预测电子电路的电磁辐射特性和电子系统中产生电磁辐射较大的区域，从而更好的进行电磁兼容改进。【附图说明】[〇〇22]图1为本发明所述方法流程图。【具体实施方式】
[0023]本发明一种采用源重建方法预测电子电路电磁辐射的方法，见图1所示，其步骤如下:
[0024]步骤一:通过仿真或测试获得近场数据；[〇〇25](1)通过仿真获得近场数据:所述的“仿真”可利用HFSS、FEK0等电磁场仿真软件进行，其获得近场数据的具体做法如下:首先在电磁场仿真软件中建立需要预测电磁辐射的电子电路的模型，然后在模型上添加合适的激励模拟电子电路正常工作，之后设置仿真参数，利用电磁场仿真软件仿真得到电子电路的近场数据。
[0026](2)通过测试获得近场数据:所述的“测试”可在微波暗室中利用电磁场测试设备进行，其获得近场数据的具体做法如下:首先将需要预测电磁辐射的电子电路放在测试台上，然后在电子电路上添加合适的激励使之正常工作，之后利用近场探头并连接测试系统得到电子电路的近场数据。
[0027]获得近场数据的关键是近场数据幅度和相位的准确性。[〇〇28]步骤二:选取合适的等效源；[〇〇29]所述的“等效源”，是指磁偶极子或电偶极子，选取方法如下:理论上讲，使用磁偶极子和电偶极子来进行源重建都是可行的。当考虑到实际测量问题时，如近场测试，通常测量磁场会比测量电场更容易一些，而且电场探头通常会对远场本身产生扰动，导致测量结果的偏差，所以通常选取磁偶极子作为源重建方法中的等效源。
[0030]步骤三:针对不同场景建立等效源模型；
[0031]所述的“针对不同场景建立等效源模型”，其做法如下:利用磁偶极子或电偶极子的电磁辐射公式进行推导并将等效源的电磁辐射环境考虑在内；例如对于地面，由于地面对于等效源的作用是会引起电磁场的反射，因此可以采用镜像理论进行分析，将地的作用综合在等效源电磁辐射场当中；对于封闭环境，比如金属腔体，需要将金属腔体视为波导， 而等效源视为波导激励；
[0032]步骤四: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:在计算机中编写合适的源重建算法，然后将步骤一中获得的近场数据和步骤二步骤三中所选取的等效源模型导入源重建算法中，利用计算机求解等效源的值。由于源重建方法是一种基于积分方程的方法，在进行源重建方法预测电磁辐射时采取的是离散化数值的实现方式，因此，反演算法本质上是对大量数值进行处理的过程，即进行矩阵运算。如果将已知源来求解场看成是正向，那么源重建方法本质上就是矩阵的求逆过程。而实际上源重建方法产生的矩阵不一定为方阵， 而且即使是方阵，方阵行列式也可能为零，另外由于计算机的截断误差，进行矩阵求逆会导致误差的产生，所以控制反演算法的误差也是关键，因此要采用误差控制方式，例如正则化方法、截断SVD方法、差分进化方法等。所述的“反演算法”，主要包括最小二乘法、遗传算法等。
[0034]步骤五:通过步骤一至步骤四所建立的等效源预测电子电路的电磁辐射。
[0035]所述的“预测”，它具体的做法是利用步骤一至步骤四所建立的等效源在电磁场仿真软件中仿真出电子系统的远场电磁辐射和近场电磁辐射，并可以确定设备等效位置各处电磁辐射能力的强弱，定位主要电磁辐射区域，并进行电磁兼容改进。
[0036]通过以上步骤，本发明达到了预测电子电路电磁辐射从而进行电磁兼容性分析的目的，解决了现阶段电子电路电磁辐射测试要求和成本高，不易进行电磁兼容性分析的实际问题。
【主权项】
1.一种采用源重建方法预测电子电路电磁辐射的方法，其特征在于:其具体实施步骤 如下:步骤一:通过仿真及测试获得近场数据:(1)通过仿真获得近场数据:所述的“仿真”是利用HFSS、FEKO电磁场仿真软件进行，其 获得近场数据的具体做法如下:首先在电磁场仿真软件中建立需要预测电磁辐射的电子电 路的模型，然后在模型上添加合适的激励模拟电子电路正常工作，之后设置仿真参数，利用 电磁场仿真软件仿真得到电子电路的近场数据；(2)通过测试获得近场数据:所述的“测试”是在微波暗室中利用电磁场测试设备进行， 其获得近场数据的具体做法如下:首先将需要预测电磁辐射的电子电路放在测试台上，然 后在电子电路上添加合适的激励使之正常工作，之后利用近场探头并连接测试系统得到电 子电路的近场数据；获得近场数据的关键是近场数据幅度和相位的准确性；步骤二:选取合适的等效源:所述的“等效源”，是指磁偶极子，通常选取磁偶极子作为源重建方法中的等效源；步骤三:针对不同场景建立等效源模型:利用磁偶极子的电磁辐射公式进行推导并将等效源的电磁辐射环境考虑在内；例如对 于地面，由于地面对于等效源的作用是会引起电磁场的反射，因此采用镜像理论进行分析， 将地的作用综合在等效源电磁辐射场当中；对于封闭环境，比如金属腔体，需要将金属腔体 视为波导，而等效源视为波导激励；步骤四:利用反演算法求解等效源的值:在计算机中编写预定的源重建算法，然后将步骤一中获得的近场数据和步骤二步骤三 中所选取的等效源模型导入源重建算法中，利用计算机求解等效源的值；步骤五:通过步骤一至步骤四所建立的等效源预测电子电路的电磁辐射:所述的“预测”，它具体的做法是利用步骤一至步骤四所建立的等效源在电磁场仿真软 件中仿真出电子系统的远场电磁辐射和近场电磁辐射，并确定设备等效位置各处电磁辐射 能力的强弱，定位主要电磁辐射区域，并进行电磁兼容改进；通过以上步骤，本发明达到了预测电子电路电磁辐射从而进行电磁兼容性分析的目 的，解决了现阶段电子电路电磁辐射测试要求和成本高、不易进行电磁兼容性分析的实际 问题。2.根据权利要求1所述的一种采用源重建方法预测电子电路电磁辐射的方法，其特征 在于:在步骤二中所述的“等效源”为电偶极子。
【文档编号】G06F17/50GK105975713SQ201610341738
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】陈爱新, 赵越, 苏东林, 应小俊, 吴文斌
【申请人】北京航空航天大学