線纜束的輻射與抗干擾
內容：線纜束的輻射與抗干擾
一、模型描述
1.1模型描述：
圖1：線纜與環境-全模型示意圖，包括線纜截面形式
1.2計算方法描述：
採用矩量法-MoM+MTL
1.3 線纜規格：
採用兩根單線組成的帶屏蔽層的線束
線束規格：
半徑：0.5 mm
導體材料：σ = 4x106 S/m
線間距：2 mm
線束介質層半徑：2.25 mm
屏蔽層材料：σ = 1x105 S/m
屏蔽成厚度：0.25 mm
絕緣層材料採用PET
1.4 線纜外圍電路連接
R=75 ohm
C=10 pF
L=10 nH
屏蔽層與地之間的阻抗R=1000 ohm
圖2：外圍電路連接 起始端（左）、終止端（右）
1.5計算參數：
線纜的輻射-Radiation
線纜的抗干擾-Irradiation
二、主要流程：
啓動CadFEKO，打開自帶的工程（在…/Base/文件夾中）一個工程：Shielded_Two_Wire_Bench_Base.cfx，在該工程中，已經定義了各種參量。在以下的各個操作過程中，可以即時保存做過的任何修正。
2.1：讀入載體網格模型
點擊 「Home」 菜單（或左上角的主菜單）中的 「Import->mesh」，彈出「Import mesh」對話框：
在「Advanced」標籤，修正Scale factor to metres的值爲0.01，其他參數採用默認
在「File and format」標籤，點擊Browse按鈕，找到自帶的網格文件「Bench.nas」，直接讀入；
點擊功能鍵「F5」適中顯示模型，把新導入的網格模型更名爲「Bench」；
圖3：導入載體的網格模型
把網格模型轉成幾何模型：在左側樹型瀏覽器中，展開「Model->Geometry」節點，選中「Bench」模型，點擊鼠標右鍵，選擇「Use model mesh」；
圖4：載體的幾何模型
讀入線纜走線文件：點擊「Cables」菜單，點擊左側的「Cable path」按鈕，彈出「Create cable patch」對話框：
點擊「Import points」按鈕，讀入「..\Include\Cable_path.txt」,Delimiter修改爲’Tab’，
圖5：讀入線纜走線座標文件
線纜讀入之後顯示如下：
圖6：讀入線纜走線之後的顯示
網格剖分規則設置：點擊「Mesh->Polyline refinement」，彈出「Add polyline refinement」對話框：
點擊「Import points」按鈕，讀入「../Include/Cable_Path.txt」；
Radius：tL1
Mesh Size：tL1
點擊「Create」按鈕
圖7：定義剖分規則
把工程文件另存爲「shielded_two_wire」。
2.2：網格劃分：
點擊菜單「Mesh->Create mesh」彈出「Create mesh」對話框，設置如下：
網格剖分方法Mesh size : Standard
點擊：Mesh 生成網格。
圖8：定義網格劃分
2.3：線纜定義與設置
定義屏蔽層：點擊「Cables」菜單左側的「Cable shield」，彈出「Create cable shield」對話框：
Definition method: Solid (Schelkunoff);
Shield metal: 「Bundle_Shield」;
Thickness: Bundle_Shield_t;
點擊「Create」按鈕。
圖9：定義線纜屏蔽層
定義單線（Single Conductor）：點擊「Cables」菜單左側的「Single conductor」（或直接在左側樹型瀏覽器的「Configuration」標籤中，展開「Cables」節點，選中「Cable cross sections」，點擊鼠標右鍵，選擇「Single Conductor」），彈出「Create single conductor」對話框：
Metal: Bundle_Wire
Radius: Wire_1_r
不勾選：With insulation
Label: Wire_1
點擊「Create」
重複上述操作，添加第二個單線Wire_2
Radius: Wire_2_r
Label: Wire_2
點擊「Create」
圖10：創建單線-Wire_1和Wire_2
定義線束（Cable bundle）：點擊「Cables」菜單左側的「Cable Bundle」（或直接在左側樹型瀏覽器的「Configuration」標籤中，展開「Cables」節點，選中「Cable cross sections」，點擊鼠標右鍵，選擇「Cable Bundle」），彈出「Create Bundle」對話框：
不勾選：Auto bundle
Cables contained in bundle 部分：
Cable:」Wire_1」;
OffsetX=Wire_1_dx
OffsetY=0
Rotation=0
點擊「Add」按鈕
Cable: 「Wire_2」;
OffsetX=Wire_2_dx
OffsetY=0
Rotation=0
Shield Type修改爲: Shielded, dielectric filled
Insulation medium定義爲: PET
Outer radius:
不勾選：Compute automatically
Outer Radius定義爲：Bundle_r
Shield:CableShield1
Label: Bundle1
點擊「Create」按鈕完成創建。
圖11：創建線纜束
把當前工程另存爲：「Shielded_Two_Wire_Bench_Irrad_MTL.cfx」;
定義線束拓撲（Cable Harness）：點擊「Cables」菜單中的「Cable Harness」，在左側樹型瀏覽器的「Configuration」標籤中的Global節點下，會自動生成「CableHarness1」；
圖12：創建線纜拓撲-Cable harness
創建Cable Connector：選中新定義的「Cableharness1」，點擊鼠標右鍵，選擇「Cable connector」，彈出「Create connector」對話框：
選擇：Cable path terminal
Path terminal修改爲：CablePath1.Start
點擊「Add」兩次；
Pin1:修改爲：MyPin1
Pin2:修改爲：MyPin2
Pin3:修改爲：MyPin3
Label: C1
點擊「Create」按鈕。
圖13：生成Connector-C1
在左側樹型瀏覽器「Configuration」標籤中，選中位於「Global->Cable Harness->Cable harness1->Connectors」中新新創建的C1，點擊鼠標右鍵選擇「Copy(Duplicate)」，把新生成的C1_1更名爲C2，雙擊C2，彈出「Modify connector」對話框：
Path terminal修改爲：CablePath1.End
點擊OK按鈕
圖14：修正C2
創建Cable Instance：在「Cables」菜單中，選擇「Cable instance」，彈出「Create cable instance」對話框：
Cable type修改爲: Bundle1
Source： C1
Destination：C2
勾選：Select shortest route;
按照下表定義「Signals and connectors」：
圖15：定義Cable Instance
創建線束外圍電路：在「Cables」菜單中，點擊右側的「Schematic->CableHarness1」，進入線束原理圖編輯界面。點擊「Cable Schematic」；
在原理圖中，添加一個「Resistor」，調整位置（旋轉、拖動），雙擊其圖標，修正阻值爲75ohm，名稱Label定義爲：C1_Z12，在C1端的MyPin1與MyPin2之間跨接該電阻；
重複上述操作，在Connector的C2端定義另外一個電阻「Resistor」，雙擊其圖標，修改其阻值爲75，名稱Label定義爲C2_Z12，在C2端的MyPin1與MyPin2之間跨接該電阻；
圖16：在C1和C2端定義鏈接電阻
在原理圖中，添加一個「Capacitor」，調整位置（旋轉、拖動），雙擊其圖標，修正容值爲10e-12，名稱Label定義爲：C1_Z13，在C1端的MyPin1和MyPin3之間跨接該電容.
重複上述操作，在Connector的C2端定義另外一個電容「Capacitor」，雙擊其圖標，修改其容值爲10e-12，名稱Label定義爲C2_Z13，在C2端的MyPin1與MyPin3之間跨接該電容;
圖17：在C1和C2端定義鏈接電容
在原理圖中，添加兩個地符號「Ground」，調整位置（旋轉、拖動）。
在原理圖中，添加一個電感「Inductor」，調整位置（旋轉、拖動），雙擊其圖標，修正其電感值爲10e-9 Henry，名稱Label修改爲C1_Z30，在C1端的MyPin3與地之間跨接該電感;
圖18：定義電感
在原理圖中，添加一個電阻「Resistor」，調整位置（旋轉、拖動），雙擊其圖標，修正其電阻值爲1000，名稱Label更名爲：C2_30. 在C2端的MyPin3與地符號之間跨接該電阻。
圖19：在原理圖中，鏈接電阻和電感
2.4：激勵定義
切換到3D視圖「3D View1」，在左側樹型瀏覽器中，進入「Configuration」標籤，展開「Global」節點，選中「Sources」節點，點擊鼠標右鍵，選擇「Plane Wave」，彈出「Add plane wave excitation」對話框：
Direction 修正爲：（Theta,phi）=(35;30)
Polarisation修正爲：Left hand rotating ***
Ellipticity(0 to 1)修正爲：1
Label：PlaneWave1
點擊「Add」按鈕
圖20：定義平面波激勵
求解設置檢查：在「Global」節點中，展開「Cable harness」，雙擊已經建立的「CableHarness1」，彈出「Modify cable harness」對話框：
進入「Solution」標籤，可以看到：
Cable coupling properties選擇爲：Irradiating
Solution method for outer cable problem(shield/external ground)選擇爲：Multiconductor transmission line (MTL);
圖21：檢查線束求解設置選項
2.5：提交計算：
進入菜單「Solve/Run」，點擊「FEKO Solver」，提交計算。可以選擇並行模式（有指導老師演示如何設置並行或查看相應的手冊說明-如：「FEKO軟件安裝中文手冊」）。
2.6：修改方法-重新計算
在主菜單中，點擊「Save as」，把工程另存爲「Shielded_Two_Wire_Bench_Irrad_MoM.cfx」；
求解設置修改：在「Global」節點中，展開「Cable harness」，雙擊已經建立的「CableHarness1」，彈出「Modify cable harness」對話框：
進入「Solution」標籤，可以看到：
Cable coupling properties選擇爲：Irradiating
Solution method for outer cable problem(shield/external ground)選擇爲：Method of Moments(MoM,only for shielded Cables;
點擊「OK」；
圖22：檢查線束求解設置選項
在「Home」菜單中，點擊「Save」保存該工程；
在菜單「Solve/Run」中，點擊「FEKO Solver」提交計算。
2.7：後處理顯示結果：
計算完成之後，點擊「Solve/Run」菜單中的「PostFEKO」或快捷鍵「Alt+3」，啓動後處理模塊PostFEKO顯示結果。
顯示2D結果：
切換到「Home」菜單，點擊「Add model」按鈕，讀入工程文件「Shielded_Two_Wire_Bench_Irrad_MTL.bof」的結果
在「Home」菜單，點擊「Cartesian」，進入直角座標系「Cartesian Graph1」，依次點擊兩個工程中的「Probes ->C1_Z30」，在右側控制面板中：
在「Traces」區域，同時選中「C1_Z30」和「C1_Z30_1」;
勾選：dB
點擊「Display」菜單，在「Axes」中點選「Log (horizontal)」；
得到的結果顯示如下圖所示：
圖23：顯示C1_Z30上的電流
進入「Home」菜單，點擊左上角主菜單中的「Save as」，保存計算結果文件爲：「Compare_Irrad.pfs」，關閉Postfeko。
2.8：計算線纜的輻射-設置修改：
切回到CadFEKO中，點擊「Open model」按鈕，打開「Shielded_Two_Wire_Bench_Irrad_MTL.cfx」;
點擊起始菜單的「Save as」按鈕，把「Shielded_Two_Wire_Bench_Irrad_MTL.cfx」另存爲「Shielded_Two_Wire_Bench_Rad_MTL.cfx」。
2.8.1 刪除激勵源
在左側樹型瀏覽器切換到「Configuration」標籤，展開「Global」，選中「Sources」中的PlaneWave1，刪除該激勵源；
2.8.2 修改求解設置：
在「Global」節點中，展開「Cable harness」，雙擊已經建立的「CableHarness1」，彈出「Modify cable harness」對話框：
進入「Solution」標籤，進行如下修改：
Cable coupling properties選擇爲：Radiating
Solution method for outer cable problem(shield/external ground)選擇爲：Multiconductor transmission line (MTL);
點擊「OK」；
圖24：修改線束求解設置選項
2.8.3添加線纜的激勵：
進入到「CableHarness1」中，點擊「Cable Schematic」菜單，點選「Voltage source」，自動添加該電壓源到原理圖中，雙擊該電壓源符號，彈出「Modify voltage source」對話框：
修改Label爲：C1_V12
點擊「OK」
圖25：設置電壓源激勵
刪除C1_Z12與C1端MyPin1之間的連線，把C1_V12電壓源跨接在C1端MyPin1與C1_Z12之間。
圖26：添加電壓源激勵
2.8.4添加場求解設置：
切換到「3D View1」中；
在左側樹型瀏覽器中，切換到「Configuration」，展開「Configuration specific」，選中「Requests」，點擊鼠標右鍵，選擇「Near Fields」，彈出「Request near fields」對話框：
Definition methods修改爲：Spherical
修正：specify increments
Start: (r: 300; theta: 0.0; Phi: 0.0)
End: (r: 300; theta: 90.0; Phi: 360.0)
Increment: (r: 0; theta: 5; Phi: 5)
Label: NF_3m
點擊「Create」按鈕。
圖27：定義近場區域
2.8.5網格劃分：
點擊菜單「Mesh->Create mesh」，採用默認設置，重新生成網格。
2.8.6提交計算：
進入菜單「Solve/Run」，點擊「FEKO Solver」，提交計算。
2.8.7修正設置：
點擊主菜單的「Save as」，把當前工程另存爲「Shielded_Two_Wire_Bench_Rad_MoM.cfx」；
在「Global」節點中，展開「Cable harness」，雙擊已經建立的「CableHarness1」，彈出「Modify cable harness」對話框：
進入「Solution」標籤，進行如下修改：
Solution method for outer cable problem(shield/external ground)選擇爲：Method of Moments(MoM), only for shielded cables;
點擊「OK」；
圖28：修改線束求解設置選項
2.8.8 提交計算：
在菜單「Home」中，點擊「Save」，保存當前工程；
進入菜單「Solve/Run」，點擊「FEKO Solver」，提交計算。
2.8.9 結果顯示
計算完成之後，點擊「Solve/Run」菜單中的「PostFEKO」或快捷鍵「Alt+3」，啓動後處理模塊PostFEKO顯示結果。
顯示3D結果：
切換到「Home」菜單，點擊「Add model」按鈕，讀入工程文件「Shielded_Two_Wire_Bench_Irrad_MoM.bof」的結果
在「Home」菜單，點擊「Near field」中的「NF_3m」，在右側控制面板中：
把Frequency修改爲： 30MHz
勾選：dB
圖29：設置3D顯示方式
在菜單「Results」中，點選「Show Contours」顯示等值線。
圖30：顯示3D計算結果
顯示2D結果：
切換到「Home」菜單，點擊「Cartesian」，進入直角座標系「Cartesian Graph1」，依次點擊兩個工程中的「Source data ->C1_V12」，在右側控制面板中：
在「Traces」區域，依次選擇「C1_V12」和「C1_V12_1」進行如下設置：
Quantity：Reflection coefficient
勾選：Use custom reference impedance
Reference impedance修改爲：75
勾選：Subtract loading
Impdedance修改爲：75
勾選：dB
在右側控制面板中，爲每一個曲線的反射係數設定爲：
Reference impedance爲：75 ohm
Subtract loading修改爲：75
圖31：反射係數詳細設置
在右側控制面板中的「Traces」區域，同時選中「C1_V12」和「C1_V12_1」;
進入「Display」菜單，點擊「Log(Horizontal)」，結果顯示如下。
圖32：顯示反射係數
進入「Home」菜單，點擊「Save project」，保存計算結果文件爲：「Compare_Rad.pfs」，關閉Postfeko。