总第278期2017年第8期
舰船电子工程
Ship Electronic Engineering
Vol.37 No.8
153线缆辐射发射及串扰仿真
王世钰
(武汉数字工程研究所武汉430205)
摘要线缆在实际工作时通常面临的是多源干扰，论文利用C S T软件的电缆求解模块，对线缆一端分别注人单源和 双源时的辐射发射和串扰进行了仿真，获得了辐射发射频谱、感应电流波形，为多源同时注人电子设备时的辐射发射和串扰 分析奠定了基础。通过仿真计算，得出在正弦信号注人时的辐射峰值为21.6 d B u V/m/5M H z，在三角脉冲信号注人时的辐射 峰值为17.9 d B u V/m/20M H z。两种信号同时注人时，辐射峰值分别减少为15.8 d B u V/m/5M H z、12.8 d B u V/m/20M H z，相邻同 轴线缆近端的串扰感应电流幅值为15u A。
关键词线缆；辐射发射；串扰
中图分类号 T P391 D O I:10. 3969小issn. 1672-9730. 2017. 08. 037
Radiation Emission and Cross Talk Simulation for Cables
W A N G S h iy u
(W u h a n D ig ita l E n g in e e rin g In s titu te,W u h a n430205)
A b s tr a c t I t is often presented w ith m u lti-s o u rc e inte rfe re n ce fo r cables in p ra c tic e.In th is p a p e r,based on the cab le studio o f CST softw a re,the ra d ia tio n em ission and cross ta lk o f cables are sim u la te d w ith single source and do uble sources in je c te d to the in p u t p o r t,re s p e c tiv e ly.R a d ia tio n spectrum and in d u c te d c u rre n t w aveform are o b ta in e d,w h ic h b u ild a fo u n d a tio n fo r ra d ia tio n em issio n and cross ta lk analysis o f e le ctro n ic e q uipm e nts w ith m u lti-s o u rc e s in je c te d.Th e sim u la te d ra d ia tio n peak values are21.6 d
B u V/m/5M H z w ith sin u so id a l signa l in je c te d and17.9 d B u V/m/20M H z w ith tria n g u la r pulse signa l in je c te d.Th e peak values are re­du ced to 15.8 d B u V/m/5M H z and 12.8 d B u V/m/20M H z w ith two types o f sources in je c te d s im u lta n e o u s ly,and the in d u ce d c u rre n
t o f cross ta lk fo r ad ja cent co a xia l cab le at the n e a r-e n d is15u A.
K e y W o r d s c a b le s,ra d ia tio n e m is s io n,c ro s s ta lk
C la ss N u m b e r T P391
1引言
设备之间通常利用线缆连接，而越来越多的电 子设备装备于汽车或舱室内，因此在汽车或舱室狭 小的空间内密集分布着各种线缆线束，线缆对外产 生辐射，线缆之间极易发生串扰，其电磁兼容性设 计越来越受到人们的重视。以汽车为例，国外汽车 生产商如德国大众、宝马都建立了先进的电磁兼容 实验室，对汽车电磁兼容性进行测试[1~4]。进入21 世纪后，国内的电磁兼容实验室也如雨后春笋般建 立起来。其中不仅包括大型的汽车生产商，还有第 三方认证机构，如天津汽车检测中心、重庆车辆检测研究院、上海机动车检测中心、中国船舶工业电 磁兼容性检测中心等。
除了电磁兼容测试以外，电磁兼容仿真预测也 是一种重要的技术手段，特别是在测试场地和测试 仪器无法满足要求时。目前的线缆仿真分析软件 主要有基于有限积分法(F IT)的C S T软件，基于时 域有限差分法(FD T D)的X F D T D软件，基于低频矩 量法(M oM)的E M C studio软件等[5~6]。有限积分法、时域有限差分法、矩量法本是电磁场数值分析方 法，但是与传输线法(T LM)、电子电路方法(SPIC E 模型）等相结合，就可以很好地处理场与路耦合问 题[7~8]。
收稿日期：017年2月4日，修回日期：017年3月19日作者简介：王世钰，男，工程师，研究方向：电磁兼容。
154王世钰：线缆辐射发射及串扰仿真总第278期
有比较多的文献研究了线缆单源注入时的辐 射场强频谱如图4所示。在5M H z的辐射发射场强射发射和响应，而单端口双源注入还比较少见，本 值为21.6dB uV/m。仿真频段内其它频点的辐射发文对双源注入时线缆的辐射发射和响应进行仿真。射值相对于最大值都较弱。
2线缆辐射发射仿真
本文利用C S T软件的电缆工作室进行仿真。
C S T软件除了电缆工作室外，还有微波工作室、设
计工作室、P C B工作室、微带工作室等，包含有同轴
电缆、双绞线电缆等多种电缆模型库和电路集总单
元库。
如图1所示，将车体模型导入软件，车体材料
设置为P E C。在车内距车体底部高度为5c m处布
置一段长度为1.8m的线缆。仿真频率范围为0〜
200M H z。在与线缆同一高度并距线缆中部1m处
设置电场接收探头。
〇-—〇
馈端
探头
图1线缆布置(俯视图）
线缆一^端接电压源，内阻50f t。另一^端接50f t 电阻后接地。电路图如图2所示。
图2电路图
在线缆一端注入峰值为220V，频率为20M Hz 的三角脉冲信号，上升沿0.02p s，下降沿0.02p s，延 迟0.01p s。电压波形如图5所示。
图5三角脉冲信号
在线缆一端注入峰值为220V，频率为5M H z的正弦信号，电压波形如图3所示。
注入图3所示的正弦信号时探头接收到的辐
注入图5所示的三角脉冲信号时探头接收到 的辐射场强频谱如图6所示。在20M H z的辐射发 射场强值为17.9 dB uV/m。除最大值外，在仿真频段 内5M H z的整数倍频率还出现许多辐射发射峰值。
图6
汽车辐射
注入三角脉冲信号时线缆的辐射发射
2017年第8期舰船电子工程155
在线缆一端同时注人图3所示的正弦信号和 图5所示的三角脉冲信号，此时探头接收到的辐射 场强频谱如图7所示。在5M H z的辐射发射场强值 为15.8 dB uV/m，在20M H z的辐射发射场强值为12.8 dB uV/m。将图7与图4和图6比较，发现双源 注人时5M H z和20M H z处的辐射场强值分别减少5.8 d B和5.1 d B。由于输人信号的相互作用，使得 辐射发射峰值并未得到增强。而在仿真频段内其 它频点的辐射发射谱是三角脉冲信号的作用占主 导。
獨|1||剛
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20406080100120140160180200
Frequency(MHz)
图7注入双源时的辐射发射
3线缆串扰仿真
导线之间的串扰已经成为电子系统中的重要 干扰机理[9~12]。两根线缆在车内的布置如图8所 示，线缆间距为10cm。
在线缆1馈端同时注人图3和图5所示的信号 时，线缆2近端的感应电流波形如图11所示。感应 电流随时间振荡至逐渐稳定。
"3〇051015
Time(us)
图11注入双源时线缆2近端的响应
馈端
图8 线缆1和线缆2的布置
线缆1为单线，线缆2为R G58同轴电缆，电路 连接如图9所示。
在线缆1馈端注人图3所示的正弦信号时，线 缆2近端的感应电流波形如图10所示。感应电流 随时间呈指数衰减。4结语
本文以一个汽车金属壳体模型为载体，对线缆 分别注人单源和同时注人双源时的辐射发射和线 缆间串扰进行了仿真分析。线缆直接辐射和串扰 后再辐射可导致整车辐射发射超标，出现电磁干 扰。采集线缆表面实际感应电流作为等效辐射源 注人，进行仿真分析并与实测结果比对，将更有指 导作用。同理可对舱室内线缆辐射发射和串扰进 行仿真。
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(上接第69页）
尾部流场及受载的变化规律，结果表明：出筒速度 越大，燃气泡发展越充分，断裂时间越早，筒口气泡 和尾泡越大，对航行体的冲击越小；出筒速度越大，航行体加速度越小，所受流体载荷作用的时间越 晚，振荡峰值越大。
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