關(guān)于電纜

電纜作為控制信號傳輸線和電源線串接在電子系統(tǒng)內(nèi)外，相當(dāng)于人體的神經(jīng)和血管。承載信息和電力的電纜通常充當(dāng)噪聲傳播路徑和噪聲輻射天線，因此在系統(tǒng)級 EMC 仿真中考慮電纜非常重要。從要求輕量化、小型化、高密度化的各種電子設(shè)備開始，到機(jī)器人、無人機(jī)等驅(qū)動系統(tǒng)和電控高度集成的系統(tǒng)，以及高壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)并存的電動汽車等諸多系統(tǒng)?？紤]電纜的對策已成為目標(biāo)的重要問題。

電纜結(jié)構(gòu)

同軸電纜編織屏蔽結(jié)構(gòu)

?電纜因應(yīng)用而異，并且有無數(shù)種組合了帶狀電纜、絞合結(jié)構(gòu)和編織屏蔽等元素的變體。以同軸電纜的屏蔽層為例，電纜結(jié)構(gòu)是編織層和金屬箔組合而成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，屏蔽性能根據(jù)線徑、編織層數(shù)等條件而發(fā)生變化

在對這種具有全 3D 結(jié)構(gòu)的同軸電纜進(jìn)行電磁場分析時，需要對編織層的每根線進(jìn)行建模。下圖顯示了實(shí)際建模和分析的屏蔽層上的電流分布圖像。

如果想象用這條長距離鋪設(shè)的同軸電纜來分析整個設(shè)備，不難想象分析負(fù)荷會非常大。因此，為了實(shí)現(xiàn)包含電纜的系統(tǒng)的EMC仿真，有必要應(yīng)用一種對電纜進(jìn)行高效建模的分析方法。

CST Studio Suite 的電纜分析功能是什么？

CST Studio Suite 的第一步是將鋪設(shè)在 3D 空間中的電纜轉(zhuǎn)換為等效網(wǎng)絡(luò)。通過對電纜的橫截面形狀執(zhí)行稱為 2DTL 建模的分析，可以提取包括電線與周圍結(jié)構(gòu)之間的電容耦合、每單位長度的電感和電阻分量的電路網(wǎng)絡(luò)。表示為網(wǎng)絡(luò)的電纜在 3D 空間中以網(wǎng)格分布等效排列。對電纜信號傳輸進(jìn)行了電路分析，通過將獲得的電纜上的電流/電壓信息與網(wǎng)格上的電場/磁場信息進(jìn)行交換，分析了電纜與3D電磁場之間的相互作用。

包括電纜在內(nèi)的系統(tǒng)分析流程

電纜和 3D 電磁場之間的相互作用必須同步為瞬態(tài)響應(yīng)，電磁場分析方法自然要使用時域求解器。

CST 電纜分析解決方案

>電纜定義方法

在CST Studio Suite中，通過結(jié)合電纜橫截面結(jié)構(gòu)的定義和電纜的走線（3D空間布局）來定義電纜。電纜截面結(jié)構(gòu)的定義由四種類型的基本電纜和組合這些電纜的復(fù)合電纜執(zhí)行?；倦娎|有實(shí)心線、平行線（帶狀電纜）、絞合線和同軸電纜。雙絞線還可以指定絞合間距和旋轉(zhuǎn)方向。

四種基本電纜（左）和復(fù)合電纜示例（右）

電纜屏蔽可選擇編織、實(shí)心和箔類型，包括頻率依賴性（電纜內(nèi)外的電磁波泄漏）的屏蔽特性表示為傳輸阻抗。

防護(hù)罩類型

傳輸阻抗是一個與頻率相關(guān)的參數(shù)，它將電纜內(nèi)部的電壓與屏蔽層外部感應(yīng)的電流聯(lián)系起來，從而可以處理電纜內(nèi)外電磁波的耦合。例如，在編織屏蔽的情況下，集膚效應(yīng)導(dǎo)致的泄漏在低頻側(cè)占主導(dǎo)地位，而在波長較短的高頻側(cè)，與編織網(wǎng)結(jié)構(gòu)相關(guān)的泄漏變得突出. 

>電纜布放方式

在 3D 空間中輕松布置定義的電纜。利用 CST 的 3D 建模器中的曲線功能來定義電纜布線并將電纜分配給該曲線。各種布局都是可能的，包括電纜組分支。路徑坐標(biāo)信息也可以以 STEP AP212 格式導(dǎo)入。

車內(nèi)走線

>分析方法

如上所述，為了正確分析電纜與3D空間之間的相互作用，需要將電纜中信號傳輸?shù)碾娐贩治雠c3D電磁場分析同步進(jìn)行分析。CST Studio Suite標(biāo)配有電路分析功能，因此電路和電磁場分析可以非常順暢地銜接起來。

CST 提供 TLM 方法作為與電纜分析相關(guān)的 3D 電磁場分析的時域求解器。TLM 方法（傳輸線方法）采用將 3D 空間表示為等效網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特方法。通過將電磁場在 3D 空間中的傳播計算為電壓和電流在等效電路上的傳播，可以進(jìn)行高效分析，還支持通過 GPU 計算進(jìn)行高速分析。電纜等效電路網(wǎng)絡(luò)在 3D 空間中布置的設(shè)置與 TLM 方法的算法具有很高的親和性，與結(jié)合 FDTD 方法的方法相比，在分析精度和效率方面更勝一籌。

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