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培训一:屏蔽效能仿真分析实例

这里我们将向您展示如何使用 MicroStripes 来评估一个电子设备的屏蔽效能。

该设备为一台2U的铝制机箱,其前面板有很多用来通风散热的缝,远端后面板有一块规则的

通风板。

盖板和基座之间的缝隙会降低系统的屏蔽效能。模型是通过CAD模型导入并对其做了简化,

在模型中加入精简模型的缝隙来加速仿真计算。

创建一个新的项目,并导入CAD模型文件 2UChassis.sat 。在主窗口中双击该模型,在Build

窗口中打开。

在原始的CAD 模型中,基座等部分都是使用实体建模的,为了方便使用精简模型,需要将这

些部分转换成二维的形式。 点击图标打开Extract copy窗口,使用enclosure作为名字,然后点击Pick face按钮,用鼠标点击物体EncTopandSides的顶部,该操作将会抽取这个面出来作为一个新的二维物体存在。

点击显示物体控制功能图标,隐藏除enclosure以外的所有物体,关闭窗口。 点击复制命令图标,将enclosure 在矢量方向Y = -3.5上面复制一个(如下图那样操作),

一个新的面将在原来的那个面下面产生,关闭复制命令窗口。

点击直线扫描命令图标,并选取enclosure的一条长边,将其沿着矢量 Y = -3.5 扫

描,见下图,这个操作将创建机箱的一个侧壁。

对enclosure的另外两条边(不包括前面板)执行同样的操作,关闭直线扫描窗口。

此时的设备外壳已经具有五个面,缺失前面板,随后我们再来处理前面板。

点击布尔运算图标,选择enclosure作为被操作物体(Workpiece),操作符(Operation) 选

为相加(Unite),然后使用Control键同时选中物体enclosure1、sheet、 sheet_1和sheet_2作为操

作物体,不用选中Keep tool,点击Apply 按钮然后关闭该窗口。

现在设备外壳的5个面被合并在一起了,名为enclosure。 点击物体显示控制图标,显示物体EncFront,关闭窗口。

前面板上的水平缝隙的宽度比较大,可以比较容易地被划分网格,所以我们将保留前面板的模

型不做处理。 点击布尔运算图标,将物体enclosure和EncFront相加,同时不要选择 Keep tool,点击Apply

按钮然后点击Close按钮关闭窗口。

此时,前面板就被加入到设备外壳enclosure中去了,这点可以从模型颜色的变化来判断。

点击图标,显示EncRear物体,隐藏其他物体,关闭窗口。 点击测量工具图标,使用取点(Pick Vertex)按钮来确定通风板对角间的坐标范围,通风区域外边尺寸约为:

X 范围从 -1.4 到 8 英寸

Y 范围从 -1 到 1.4 英寸

进一步测量方孔的边长和面板的厚度,您得到的尺寸应该是孔边长0.2英寸,板厚0.0625 英寸。

右键点击物体 EncRear ,在右键菜单中选择隐藏物体。 点击图标,显示物体 enclosure。 点击通风板工具图标,然后点击Create按钮。点击 Pick face按钮 ,用鼠标选取物体

enclosure的应该包含通风板的面。然后按照下面的数据设置通风板的属性:

Shape: Square

Width of square: 0.2

Depth of holes: 0.0625

Coverage: 0.7

1st corner point X = -1.4, Y = -1

2nd corner point X = 8.2, Y = 1.4

点击 OK按钮 关闭Modify Vent窗口,然后也关闭Vents窗口。

下面,我们将在模型中的设备外壳顶盖和基座之间添加精简的缝隙模型,以模拟这些缝隙导致

的电磁泄漏。

使用视图控制的模式,将模型旋转到能很容易看到X方向的的面,如下图所示。 点击缝隙创建图标,并点击 Create按钮,将缝隙类型Type选定为搭接Seam。 点击 Pick face按钮,并使用鼠标选定X方向的这个面,然后依次输入下面的属性参数:

Gap: 0.01

Overlap: 0.4

Relative Permittivity: 1

Conductivity: 0

Point Y = -1.5, Z = -13.0

Point Y = -1.5, Z = -3.0

这样我们就创建了一条10英寸的搭接缝隙,其位置为从壳体的一角延伸到面板中部,这里我

们假设顶盖和基座在角和面板中部是电连接的。

点击OK按钮关闭Modify Slot窗口。

在Slots窗口下,点击 Copy按钮,将seam在 Z = 12.0的方位上复制一次。

这样可以很容易的得到高X坐标面上的第二条搭接缝隙。

重复同样的操作,在低X坐标面上创建另外2条搭接(最终在两个面上各有两条搭接缝隙)。

在完成整个模型之前,我们还需要在设备壳体内添加一个单极子天线作为辐射源。点击

进行模式切换,切换到边框显示模式,这样您就可以清楚地看到模型内部的结构。 点击矩形二维面创建图标,创建一个具有如下尺寸数据的二维平面:

Name: gnd

Centre point: X = 0.0, Y = -1.0, Z = 0.0

Normal: +Y

Width: Z = 5, X = 5

接着点击线缆创建工具图标,创建一个具有如下数据的线缆:

Name: source

Point: X = 0.0, Y = -1.0, Z = 0.0 Point X = 0.0, Y= 1.0, Z= 0.0

现在整个模型就完成了,下面准备将一些电磁属性赋予该模型。 点击初始化的模型参数设定图标,并填入下列参数数据:

DataID: 2U Chassis

Units: inch

Minimum Frequency: 100 MHz

Maximum Frequency: 1 GHz

Duration: 2e-007 Time (Seconds)

Residual energy: -60dB

点击OK按钮,保存并关闭该设定窗口。

下面来设定材料属性,点击材料设定按钮,将铝(Al) 赋予物体enclosure,铜(Cu)

赋予物体gnd,关闭材料设定窗口。

点击网格划分定义图标,设定计算区域在各方向上的扩展为 30% ,如下图。

将Cell size wanted Minimum栏内最小网格的设定由Maximum/10 改为 Maximum/15。这将允许

软件使用更小的网格来识别前面板上比较粗大的缝隙。

点击Close按钮,关闭网格划分定义窗口。

点击结果输出设定图标,插入以下坐标规定的四个观测点,同时确认每个点上所

观测的量均为Ex, Ey 和 Ez 。

Point 1: X = 0.0, Y = 0.0, Z = -118.0;

Comment “-z”

Point 2: X = 0.0, Y = 0.0, Z = +118.0;

Comment “+z”

Point 3: X = -118.0, Y = 0.0, Z = 0.0;

Comment “-x”

Point 4: X = +118.0, Y = 0.0, Z =0.0;

Comment “+x”

这样就可以在距离物体中心点3米外的四个方向上监测到辐射电场的大小分别为多大。

仍然在Outputs窗口中,点击Regions (Frequency)属性页,确认选中了Transformed fields和

Broadband emission项,点击Edit frequency range 按钮,输入下面的参数:

Minimum Frequency: 100 MHz

Maximum Frequency: 1 GHz

Number of steps: 90

这些设置将会在设备壳体周围生成一系列的柱状扫描图,并记录这些柱状扫描图上的电场峰

值。

点击Close按钮,关闭输出设置窗口。

点击线缆属性设定图标,在线缆半径设定中输入0.01 (英寸)作为线缆的半径。在线缆的顶

点0上面设定一个1V 的电压源和50 Ohm 的负载,如下图。

点击Close按钮,关闭线缆属性设定窗口。

现在可以进行仿真计算了,点击网格离散图标开始离散模型并随后进行计算。开始

会有一个警告窗口弹出,意为有些物体没有被赋予材料,不用理会该信息,点击Yes按钮继续。

在这个模型求解的过程中,我们再来创建一个计算屏蔽效能所需要的参考模型。

在 Build窗口中,从File 菜单中选中Save As 命令,并输入 2UChassisRef作为文件名另存该

模型。 点击删除图标,从列表中删除除了 gnd和 source之外的所有物体。

点击图标开始网格离散并进行求解。

下面将会解释如何计算并显示该设备外壳的屏蔽效能。

当所有仿真计算都结束后,在MicroStripes主窗口中找到Window 菜单,选中 Close All关闭所

有弹出窗口。 点击项目参数设定图标,并选择Fourier Transform属性页。

确认选中Hanning 窗函数、dB relative to: Unit magnitude 和Invert dB scale三项。

双击项目2UChassis和项目2UChassisRef的Frequency Domain,软件将重新计算这两个项目的

傅立叶变换。

在MicroStripes主窗口中,从 Window 菜单选择 Close All 关闭所有弹出窗口。

然后双击项目2UChassisRef 的Frequency Domain 目录显示参考数据。

将项目2UChassis 的 Frequency Domain 目录用鼠标拖拽到现有的项目2UChassisRef 的图中,

在视图控制选项窗口中选中第一行的 2UChassisRef结果,并选中列表下面的Normalize,然后再选

中2UChassis项目中的第一行数据,就可以直观地显示出屏蔽效能(从Z轴读数)曲线。用同样的

方式可以得到不同方向上的屏蔽效能。

下面将显示壳体的峰值辐射数据绘图。点击图标并选择Near Field Cylinder Scan属性

页,确认选中 Calculate near field on cylindrical surfaces项。

设定圆柱轴(Cylinder axis) 为y,Front axis为z,Base centre为 (0, 0, 0),Radius为 3m ,

Height为 3m。

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