电子设备中射频感知和电磁干扰的模拟

这是现代生活中普遍存在的一种体验:你身处一个手机信号充足的地区，但网络连接却很差。即使设备电池充满电，蓝牙连接也会断开。设备的触摸屏没有明显的原因没有反应。

虽然导致这种情况的原因可能有很多，但性能下降的一个常见原因是电子设备的一个部分干扰了同一设备的另一个部分的性能。很容易看出这在现代电子学中是如何发生的;在设备上包括Wi-Fi、蓝牙、全球导航卫星系统(GNSS)和蜂窝功能是很常见的，而在另一个时代，这些设备可能是单独的设备。此外，设备的有线电缆连接有望支持高数据速率，并承载越来越高的功率。数据速率传输的时钟频率及其谐波可以延伸到与设备中的射频(RF)接收器相同的频带。包括电缆连接的制造商几乎无法控制用户可能连接到自己设备的另一个设备的行为。

设备制造商和第三方组件集成商面临着维护电子系统自兼容性的挑战。问题是电磁干扰从印刷电路板(PCB)走线或电缆上或附近的产品将降低(降低)设备的射频系统的性能。

通常，在模拟密度和电磁干扰在电子器件本身的几何结构的复杂性的挑战。这种复杂性可以在电子产品的广泛长度尺度中看到:电缆可能有米长，而电缆编织导体则是亚毫米长。在设备上，走线和天线元件同样小。电缆的外壳和外部尺寸通过机械计算机辅助设计(CAD)文件表示;然而，可能没有电缆内部的机械CAD表示，编织，或电子元件。

另一个挑战是这个问题的多学科性质。密度和EMI问题需要射频组的输入，他们正在设计天线和射频组件。外壳和设备结构由机械设计团队设计和维护。无源屏蔽元件可能已经由电磁兼容性(EMC)团队指定，但它们通常由机械团队实施和设计。此外，可能有一个布线组负责数据电缆、电源线及其相关的屏蔽和连接器。数据线上的信号和电力线上的发射的细节通过电路模型指定，并由信号和功率完整性(SI/PI)工程师维护。

如何处理多学科模型复杂性

Ansys EMA3D电缆解决了模型复杂性和多学科性质的电磁干扰和密度问题。让我们采用一种现代的方法来考虑复杂的产品设计的自兼容性。

下图显示了典型电子设备的三维几何形状。有连接器、导体周围带屏蔽的电缆、外壳、天线和带走线的pcb。结构的三维几何图形从机械CAD中导入，而一些PCB定义在电子CAD中指定并合并到同一模型中。电缆的路径可能出现在机械CAD中，但通常省略了内部导体和屏蔽的细节。相反，它们在仿真中使用与EMA3D电缆中改进的多导体传输线(MTL)求解器的混合联合仿真来表示。产品中的电缆表示允许用户通过2D横截面指定电缆，而电缆的路径在3D中由一条线定义。导体的2D截面规格和路径的3D规格的结合大大减少了定义电缆的时间，从而捕获了基本的电磁元件。

一旦指定了3D结构和电缆线束，重要的是组件、走线、天线端口和电缆导体上的信号与实际产品性能相匹配。在大多数情况下，对功率和信号运行的最佳描述是通过暂态电路模型。EMA3D电缆包括Nexxim电路求解器，允许工程师将现有的电子设计应用于电缆和3D组件。这通过允许电路重用来节省时间。

重要的是，研究EMI和密度的工程师能够创建他们的射频系统的精确模型。通过结合Nexxim瞬态电路求解器和3D求解器，可以在EMA3D电缆中分析射频系统的详细性能。下图显示了Wi-Fi天线的几何细节。

工程师可能希望分析射频系统性能，以确保它在模型中得到适当的表示。EMA3D Cable允许您使用散射参数(s参数)分析快速指定天线端口，以确定回波损耗与频率的关系。在3D中，只需单击位置即可定义端口。EMA3D电缆自动计算的S11对于回波损耗，如下图所示。该图显示了主要Wi-Fi工作频率的共振。

其次，利用EMA3D电缆仿真了天线与电缆导体之间的耦合。在电缆上指定端口的方法类似于上面描述的天线。定义两个端口后，EMA3D Cable进行计算的S12两者之间的耦合是频率的函数。下一个图显示了从电缆到天线端口的耦合。仿真以3D全波求解器、电缆求解器和Nexxim瞬态电路的混合联合仿真方式进行。

除了耦合计算外，三维求解器还显示了空间中所有位置的场和电流。在下面的图中，在特定的时间点绘制了垂直于通过电话和电缆的切片的电场。

电子设备中的系统内射频干扰是设计工程师面临的一个重大挑战，必须在越来越多的产品中加以解决。我们已经展示了一个工作流，该工作流允许ense和EMI工程师从各种数据格式中提取设计和电路描述，并将它们合成为单个仿真。我们展示了EMA3D Cable如何使用3D全波求解器、电缆求解器和瞬态电路求解器执行自一致仿真。天线性能、干扰耦合和非故意发射的分析可以用一个简化的工作流程来计算。这种仿真技术允许电子设计人员在早期项目阶段预测潜在的干扰和合规性问题，同时应用成本较低且对开发计划有影响的缓解措施。

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