采用偶極矩模型對PCB電路電磁場進(jìn)行反演的方法技術(shù)

一種采用偶極矩模型對PCB電路電磁場進(jìn)行反演的方法，其特征在于包括有下列步驟：一：利用電磁場探頭測試近場電磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)；二：設(shè)置偶極子陣列；三：計(jì)算采樣點(diǎn)和偶極子陣列之間的映射矩陣T；四：計(jì)算偶極矩矩陣X(α)；五：計(jì)算偶極矩矩陣X(α)在高于PCB電路任意高度觀察平面上的切向電磁場分量；六：把步驟五求得的切向電磁場分量代入公式(32)和(33)進(jìn)行計(jì)算，求解步驟五中平面上的法向電磁場分量。優(yōu)點(diǎn)在于：該矩陣能夠很好的反映PCB電路的電壓和電流分布，同時(shí)可以對電磁場的輻射進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，降低了電磁場分布的測試成本；為系統(tǒng)級電磁兼容設(shè)計(jì)指標(biāo)量化驗(yàn)證環(huán)節(jié)提供了有力依據(jù)；實(shí)現(xiàn)了PCB電路電磁場的反演，得到PCB電路的近場耦合和遠(yuǎn)場輻射特性。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種對電磁場分布進(jìn)行反演的方法，具體來說是對未知悉物理特征的PCB電路利用偶極矩模型進(jìn)行等效重建，反演PCB電路電磁場近場耦合和遠(yuǎn)場輻射的一種方法。
技術(shù)介紹
隨著電氣工程、電子科學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論與控制工程等技術(shù)的飛速發(fā)展，PCB電路在各行各業(yè)的應(yīng)用占據(jù)不可或缺的地位。PCB電路工作頻率頻段不斷擴(kuò)展，集成度和復(fù)雜度越來越高，PCB電路中的任何一段走線都有可能成為輻射電磁場的源，不同的PCB電路輻射之間的耦合，是造成系統(tǒng)級電磁兼容問題的主要原因之一。國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的文件明確指出，任何不符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，無線電干擾嚴(yán)重的產(chǎn)品禁止生產(chǎn)和使用。對不同PCB電路的輻射進(jìn)行準(zhǔn)確的測量是電磁兼容設(shè)計(jì)中指標(biāo)量化環(huán)節(jié)有效的考量手段。但是在對PCB電路輻射的電磁場強(qiáng)度進(jìn)行測量時(shí)，并不能獲得空間中每一點(diǎn)處的輻射強(qiáng)度，這就有可能在系統(tǒng)組裝完畢后形成預(yù)料外的電磁兼容性問題。同時(shí)另一個(gè)造成電磁兼容設(shè)計(jì)存在缺陷主要原因是PCB電路的具體物理特征受到各種原因有不能被使用者知悉，因此不能通過前期的仿真工作對其輻射進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，在系統(tǒng)整合過程中形成了潛在的電磁干擾。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決PCB電路板產(chǎn)生的電磁場分布難以獲取的問題，本專利技術(shù)提出一種采用偶極矩模型對PCB電路電磁場進(jìn)行反演的方法。該方法通過測量空間中有限點(diǎn)處的近場電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度形成輻射強(qiáng)度數(shù)值矩陣F，設(shè)置偶極矩陣列與輻射強(qiáng)度數(shù)值矩陣之間的映射矩陣T，求解得到偶極矩矩陣X，繼而對PCB電路的電磁場分布進(jìn)行反演。本專利技術(shù)中由電磁場理論可知，任意的電小源都可以由6個(gè)偶極矩分量等效代替：三個(gè)電偶極矩Px，Py，Pz和三個(gè)磁偶極矩分量Mx，My，Mz。這些偶極子組合起來產(chǎn)生的場與原來的電小源產(chǎn)生的場相同，因此利用偶極矩模型反演PCB電路的電磁場是可行的。為了減小電路中的回路電感，PCB電路的設(shè)計(jì)中走線緊貼電源平面或者參考地平面，這樣用來等效PCB電路的偶極矩在滿足理想導(dǎo)體的邊界條件前提下減少為3個(gè)：Mx，My和Pz。垂直電偶極子Pz可以描述PCB走線與參考地平面之間的電壓分布，水平磁偶極子Mx和My可以描述PCB走線上的電流分布。用N×N個(gè)偶極子的偶極子陣列來等效PCB電路，每個(gè)偶極子包含三個(gè)偶極矩分量，分別為Pz，Mx，My。在M×M個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的近場采樣平面上，每個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的水平場強(qiáng)分別為Ex，Ey，Hx，Hy。設(shè)定偶極子的位置坐標(biāo)為(x’,y’,d),采樣點(diǎn)的位置坐標(biāo)為(x,y,z)，d表示的是偶極子距離參考地平面的高度，z表示采樣點(diǎn)距離參考地平面的高度，其中z>d>0，采樣點(diǎn)(x,y,z)處的切向電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度可以由以下公式計(jì)算出來 E x = τ E { [ ( z - d ) ( x - x ′ ) r 1 2 q 1 ( r 1 ) + ( z + d ) ( x - x ′ ) r 2 2 q 1 ( r 2 ) ] P z + [ ( z - d ) r 1 q 3 ( r 1 ) + ( z + d ) r 2 q 3 ( r 2 ) k 0 M y ]本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種采用偶極矩模型對PCB電路電磁場進(jìn)行反演的方法，其中，任意的電小源都由6個(gè)偶極矩分量等效代替：三個(gè)電偶極矩Px，Py，Pz和三個(gè)磁偶極矩分量Mx，My，Mz；PCB電路的設(shè)計(jì)中走線緊貼電源平面或者參考地平面，用來等效PCB電路的偶極矩在滿足理想導(dǎo)體的邊界條件前提下減少為Mx，My和Pz；垂直電偶極子Pz描述PCB走線與參考地平面之間的電壓分布，水平磁偶極子Mx和My描述PCB走線上的電流分布；用N×N個(gè)偶極子的偶極子陣列來等效PCB電路，每個(gè)偶極子包含三個(gè)偶極矩分量，分別為Pz，Mx，My；在M×M個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的近場采樣平面上，每個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的水平場強(qiáng)分別為Ex，Ey，Hx，Hy；設(shè)定偶極子的位置坐標(biāo)為(x’,y’,d),采樣點(diǎn)的位置坐標(biāo)為(x,y,z)，d表示的是偶極子距離參考地平面的高度，z表示采樣點(diǎn)距離參考地平面的高度，其中z>d>0，采樣點(diǎn)(x,y,z)處的切向電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度由以下公式計(jì)算出來Ex=τE{[(z-d)(x-x′)r12q1(r1)+(z+d)(x-x′)r22q1(r2)]Pz+[(z-d)r1q3(r1)+(z+d)r2q3(r2)]k0My}---(1)]]>Ey=τE{[(y-y′)(z-d)r12q1(r1)+(y-y′)(z+d)r22q1(r2)]Pz+[-(z-d)r1q3(r1)-(z+d)r2q3(r2)]k0Mx}---(2)]]>Hx=τH{-[(y-y′)r1q3(r1)+(y-y′)r2q3(r2)]Pz+[-(y-y′)2+(z-d)2r12q1(r1)+q2(r1)-(y-y′)2+(z+d)2r22q1(r2)+q2(r2)]k0Mx+[(x-x′)(y-y′)r12q1(r1)+(x-x′)(y-y′)r22q1(r2)]k0My}---(3)]]>Hy=τH{[(x-x′)r1q3(r1)+(x-x′)r2q3(r2)]Pz+[(x-x′)(y-y′)r12q1(r1)+(x-x′)(y-y′)r22q1(r2)]k0Mx+[-(x-x′)2+(z-d)2r12q1(r1)+q2(r1)-(x-x′)2+(z+d)2r22q1(r2)+q2(r2)]k0My---(4)]]>其中，j是虛數(shù)單位，k0和η0分別表示自由空間中的波數(shù)和波阻抗，f為頻率，c為真空中的光速，η0＝120π，Pz表示垂直電偶極矩，它是一個(gè)復(fù)數(shù)，單位為A·m，Mx和My表示水平磁偶極矩，單位為A·m2，r1表示近場采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)與偶極子陣列中每個(gè)偶極子的距離，r2表示近場采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)與偶極子陣列中每個(gè)偶極子的鏡像的距離；r1和r2由下式表示：r1＝[(x?x′)2+(y?y′)2+(z?d)2]1/2???(5)r2＝[(x?x′)2+(y?y′)2+(z+d)2]1/2???(6)q1(r)、q2(r)、q3(r)表示為:q1(r)、q2(r)、q3(r)沒有物理意義，這是為了簡化公式(1)?(4)的，否則公式顯得太復(fù)雜；q1(r)=[3(k0r)2+j3k0r-1]f(r)---(7)]]>q2(r)=[2(k0r)2+j2k0r]f(r)---(8)]]>q3(r)=[1k0r+j]f(r)---(9)]]>其中，r為空間點(diǎn)的矢徑的模值，e為自然常數(shù)；因此用來等效PCB電路的偶極子的偶極矩(Pz,Mx,My)和近場采樣數(shù)據(jù)場強(qiáng)(Ex,Ey,Hx,Hy)存在下述的映射關(guān)系：F=[Ex]M2×1[Ey]M2×1[Hx]M2×1[Hy]M2×1=TX=T[Pz]N2×1[Mx]N2×1[My]N2×1---(10)]]>其中[Ex]，[Ey]，[Hx]，[Hy]分別表示x方向和y方向上的電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度矩陣，近場采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)為M×M；是待求的偶極矩矩陣，[Pz]是偶極子陣列的垂直電偶極矩矩陣，[Mx]、[My]是偶極子陣列的水平磁偶極矩，每...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種采用偶極矩模型對PCB電路電磁場進(jìn)行反演的方法，其中，任意的電小源都由6個(gè)偶極矩分量等效代替：三個(gè)電偶極矩Px，Py，Pz和三個(gè)磁偶極矩分量Mx，My，Mz；PCB電路的設(shè)計(jì)中走線緊貼電源平面或者參考地平面，用來等效PCB電路的偶極矩在滿足理想導(dǎo)體的邊界條件前提下減少為Mx，My和Pz；垂直電偶極子Pz描述PCB走線與參考地平面之間的電壓分布，水平磁偶極子Mx和My描述PCB走線上的電流分布；用N×N個(gè)偶極子的偶極子陣列來等效PCB電路，每個(gè)偶極子包含三個(gè)偶極矩分量，分別為Pz，Mx，My；在M×M個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的近場采樣平面上，每個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的水平場強(qiáng)分別為Ex，Ey，Hx，Hy；設(shè)定偶極子的位置坐標(biāo)為(x’,y’,d),采樣點(diǎn)的位置坐標(biāo)為(x,y,z)，d表示的是偶極子距離參考地平面的高度，z表示采樣點(diǎn)距離參考地平面的高度，其中z>d>0，采樣點(diǎn)(x,y,z)處的切向電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度由以下公式計(jì)算出來 E x = τ E { [ ( z - d ) ( x - x ′ ) r 1 2 q 1 ( r ...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：閻照文，劉偉，王健偉，蘇東林，
申請(專利權(quán))人：北京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11