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）

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）

线缆在实际工作时通常面临的是多源干扰，论文利用CST软件的电缆求解模块，对线缆一端分别注入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，为多源同时注入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，得出在正弦信号注入时的辐射峰值为21.6 dBuV/m/5MHz，在三角脉冲信号注入时的辐射峰值为17.9 dBuV/m/20MHz。两种信号同时注入时，辐射峰值分别减少为15.8 dBuV/m/5MHz、12.8 dBuV/m/20MHz，相邻同轴线缆近端的串扰感应电流幅值为15uA。

线缆；辐射发射；串扰

Class NumberTP391

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（FIT）的CST软件，基于时域有限差分法（FDTD）的XFDTD软件，基于低频矩量法（MoM）的EMCstudio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（TLM）、电子电路方法（SPICE模型）等相结合，就可以很好地处理场与路耦合问题［7～8］。

有比较多的文献研究了线缆单源注入时的辐射发射和响应，而单端口双源注入还比较少见，本文对双源注入时线缆的辐射发射和响应进行仿真。

2 线缆辐射发射仿真

本文利用CST软件的电缆工作室进行仿真。CST软件除了电缆工作室外，还有微波工作室、设计工作室、PCB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PEC。在车内距车体底部高度为5cm处布置一段长度为1.8m的线缆。仿真频率范围为0～200MHz。在与线缆同一高度并距线缆中部1m处设置电场接收探头。

线缆一端接电压源，内阻50Ω。另一端接50Ω电阻后接地。电路图如图2所示。

在线缆一端注入峰值为220V，频率为5MHz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射场强频谱如图4所示。在5MHz的辐射发射场强值为21.6 dBuV/m。仿真频段内其它频点的辐射发射值相对于最大值都较弱。

在线缆一端注入峰值为220V，频率为20MHz的三角脉冲信号，上升沿0.02μs，下降沿0.02μs，延迟0.01μs。电压波形如图5所示。

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20MHz的辐射发射场强值为17.9 dBuV/m。除最大值外，在仿真频段内5MHz的整数倍频率还出现许多辐射发射峰值。

在线缆一端同时注入图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5MHz的辐射发射场强值为15.8 dBuV/m，在20MHz的辐射发射场强值为12.8 dBuV/m。将图7与图4和图6比较，发现双源注入时5MHz和20MHz处的辐射场强值分别减少5.8 dB和5.1 dB。由于输入信号的相互作用，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。

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。

线缆1为单线，线缆2为RG58同轴电缆，电路连接如图9所示。

在线缆1馈端注入图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。

在线缆1馈端同时注入图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。

4 结语

本文以一个汽车金属壳体模型为载体，对线缆分别注入单源和同时注入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入，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。

［1］李旭.汽车点火系统电磁干扰的仿真与实验研究［D］.重庆：重庆大学博士学位论文，2008：5-10.

［2］吴定超.汽车电磁兼容仿真预测技术的研究［D］.长春：吉林大学博士学位论文，2009：1-7.

［3］王瑞宝.汽车线束寄生参数和串扰预测研究［D］.长春：吉林大学博士学位论文，2011：1-5.

［4］郑亚利.汽车线束等效模型分析及其在电磁兼容仿真中的应用［D］.重庆：重庆大学博士学位论文，2011：1-8.

［5］白晓坤.基于CST的系统级电磁兼容分析和软件设计［D］.长沙：国防科学技术大学硕士学位论文，2013：1-6.

［6］黄鹏.医疗方舱电磁兼容设计与基于Feko系统仿真软件的仿真研究［D］.北京：中国人民解放军军事医学科学院博士学位论文，2016：1-16.

［7］Heinz-Dietrich Brüns，Christian Schuster，and Hermann Singer.Numerical Electromagnetic Field Analysis for EMC Problems［J］.2007，49（2）：253-262.

［8］杨福荣，李鹏，许万业，魏茂刚，李勋.线缆-机箱电磁兼容分析的PEEC-MoM混合方法［J］.西安电子科技大学学报，2016，43（6）：147-151.

［9］肖卫东.舱室内线缆电磁辐射环境仿真与分析［J］.舰船电子工程，2014，34（12）：197-199.

［10］赵辉.复杂车辆线缆电磁效应研究［D］.长春：吉林大学硕士学位论文，2015：1-5.

［11］朱志高，虞君彪，苏晓，曹玉梅.城际列车线缆串扰分析［J］.安全与电磁兼容，2016，1：60-63.

［12］何笑冬.关于动车组线缆耦合的电磁兼容性研究［D］.北京：北京交通大学硕士学位论文，2016：1-6.

Radiation Emission and Cross Talk Simulation for Cables

WANG Shiyu
（Wuhan Digital Engineering Institute，Wuhan430205）

It is often presented with multi-source interference for cables in practice.In this paper，based on the cable studio of CST software，the radiation emission and cross talk of cables are simulated with single source and double sources injected to the input port，respectively.Radiation spectrum and inducted current waveform are obtained，which build a foundation for radiation emission and cross talk analysis of electronic equipments with multi-sources injected.The simulated radiation peak values are 21.6 dBuV/m/5MHz with sinusoidal signal injected and 17.9 dBuV/m/20MHz with triangular pulse signal injected.The peak values are re⁃duced to 15.8 dBuV/m/5MHz and 12.8 dBuV/m/20MHz with two types of sources injected simultaneously，and the induced current of cross talk for adjacent coaxial cable at the near-end is 15uA.

cables，radiation emission，cross talk

TP391

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.08.037

2017年2月4日，

2017年3月19日

王世钰，男，工程师，研究方向：电磁兼容。