23_吴琛 整车线缆线束信号完整性及电磁辐射干扰仿真分析

弹载共形导引头天线的仿真优化吴琛张敏* 吴睿张欢(同济大学现代集成电磁仿真研发中心，上海市嘉定区曹安公路4800号电子与信息工程学院 201804)* 通讯作者：张敏博士教授同济大学电子与信息工程学院，min.zhang@摘要：本文运用三维全波电磁场仿真软件－CST微波工作室®自带的VBA语言，编写相应的宏命令，实现某弹载共形导引头天线的设计及仿真优化。

宏命令可以按照要求一次完成所有阵元的建模、相位修正和幅度加权。

经过相位修正和幅度加权后的共形导引头天线，能使产生指定方向的和波束的远场方向图，并达到工程上的各项技术指标要求。

关键词：弹载共形导引头天线，和波束，相位修正，幅度加权，CST微波工作室®Simulation and Optimization of Missile-Conformal Seeker AntennaWU Chen, ZHANG Min*, WU Rui, ZHANG Huan(Modern Integrated Electromagnetic Simulation R&D Center (MIEMS), Tongji University 4800 Cao’an Road, Jiading District, Shanghai 201804)* Correspondent Author: Prof. Dr.-Ing. Min ZHANG, min.zhang@ School of Electronic and Information Engineering, Tongji UniversityAbstract: In this paper, 3D full wave electromagnetic simulation software – CST MICROWA VE STUDIO® VBA Language will be used to write corresponding macro command in order to realize the design and simulation and optimization of one missile-conformal seeker antenna. The macro command can complete the modeling, the phase correction and the amplitude weighting of all array elements within the requirements. Through the correction of phase and amplitude weighting, the conformal antenna can generate required sum beam far-field pattern and meet the design specification.Keywords: Missile-conformal seeker antenna; sum beam; phase correction; amplitude weighting; CST MICROWA VE STUDIO®1 引言根据美国电气和电子工程师学会的定义（IEEE Std 145 -1993），共形天线指同某一表面共形的天线或阵列，该表面的外形不是由电磁因素、而是由诸如空气动力或水力等因素确定的。

I T 技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald70随着现代科技的飞速发展，许多系统的工作频率很高，达到数百M H z甚至G H z，并且信号沿越来越陡，已经达到n s级别甚至更小。

如此高速的信号的切换对于P C B 设计者而言需要考虑到低频电路所不需要考虑的信号完整性问题，如延时，串扰，反射，地弹等。

本文拟借助传输线理论对D S P 最小系统板进行信号完整性仿真。

1 DSP最小系统介绍D S P 最小系统主要由D S P芯片，电源电路，复位电路，时钟电路，JATG 接口电路和外部存储器等部分构成，其结构框图如下：本文仿真分析的最小系统板采用型为T M S 320C 6713的D S P 芯片，外接存储器部分由F L A S H 芯片和S D R A M 存储器芯片共同组成。

其中D S P 芯片的最高主频可达300M H z，并且与外接存储器芯片进行高速数据传输。

所以必须对最小系统板进行信号完整性分析。

2 基于传输线理论的高速PCB布线分析P C B上的印制导线如果作为传输线设计的不够合理，根据不同的传输线模型在电路上可能会出现信号反射，延时，串扰，地弹等传输线效应。

根据传输线理论，通过综合分析各种传输线效应产生原理，可得出相应的布线方法规避传输线效应。

2.1 减少反射的布线方法当信号传输路径上特征阻抗不连续时，就会有信号反射发生。

反射会造成诸如过冲，下冲，振铃等信号失真的现象，从而引起信号完整性的问题。

由于反射产生的根本原因是传输路径上阻抗不连续，我们一般采取端接阻抗的方法达减少信号的反射。

其中常见的端接阻抗方法有串联端接和并联端接。

串联端接是在靠近输出端位置串接一个电阻，端接的电阻和输出端的阻抗总和应该与传输线的特征阻抗Z 0相等。

该方案消除了驱动端的二次反射，且不受接收端负载变化的影响。

但是由于端接电阻的分压，线路上传输的电压仅仅为驱动电压的一半，不能驱动分布式负载。

如何解决无损检测技术中的信号干扰问题无损检测技术在现代工业领域具有重要的应用价值，通过检测材料内部的缺陷、裂纹以及其他隐患，可以帮助工程师预防事故的发生，保障安全生产。

然而，在无损检测过程中，信号干扰问题常常成为制约其准确性和可靠性的主要因素。

本文将探讨信号干扰问题的来源，并提出一些解决方案，旨在提高无损检测技术的信号质量和检测精度。

首先，我们需要了解信号干扰问题产生的原因。

信号干扰可以来源于外界环境和内部系统。

外界环境因素包括电磁干扰、磁场干扰、声波干扰等，这些干扰源会对检测设备的信号产生干扰，使得信号变得模糊或失真。

内部系统因素包括仪器设备的电磁兼容性设计不当、电缆接触不良、信号传输线路差错等。

了解信号干扰的来源对于找到解决方案至关重要。

为了解决无损检测技术中的信号干扰问题，以下是几种常见的解决方案：1. 使用抗干扰性能较好的设备：选择具有良好抗干扰能力的检测设备是解决信号干扰问题的基础。

对于一些特定场景，可以考虑采用数字信号处理设备，通过滤波、降噪等技术来提高信号质量。

2. 优化检测环境：通过优化检测环境可以减少外界环境对信号的干扰。

例如，在高电磁辐射环境下，可以采用屏蔽措施来降低电磁干扰；在噪声较大的场景，可以采用降噪处理技术。

3. 改善设备安装和接线：合理安装设备，确保电缆和接头的良好接触和连接，防止信号传输线路因为连接问题导致的错误。

4. 优化信号处理算法：在信号干扰较大的情况下，优化信号处理算法可以提高信号的可辨识性。

例如，引入机器学习和人工智能的方法，通过模型训练和优化算法来实现对信号的精确处理。

5. 使用多种检测技术相结合：对于一些复杂的检测场景，可以采用多种无损检测技术相结合的方式，以提高信号的准确性和稳定性。

例如，超声波检测与热红外成像相结合，可以获得更加全面和准确的结果。

6. 定期维护和校准设备：定期维护和校准设备是保证无损检测技术正常运行和减少信号干扰的基础。

及时更换老化的元器件、调整设备参数、校准仪器等关键维护操作，可以提高设备性能和减少信号干扰问题。

1 引言1.1 研究背景电子设备EMC 三要素包括干扰源、耦合路径和敏感设备[1]。

线缆线束作为电子设备的重要组成部分，不论是在辐射发射测试（CE、RE 等）还是抗扰度测试（CS、RS 等）中都是重要的耦合路径之一[2]。

随着近年来通信系统的高速发展，信号频率不断提升，线缆线束对电子设备EMC 性能的影响更加突出，单纯靠经验已经不能满足高速电子设备的要求，通过仿真和测试相结合的方法对线缆进行选型和整改是目前业界主流的解决方案。

其中线缆线束的EMC 特性仿真一直是一个难点，主要是线缆结构的复杂性和应用环境的多样性导致线缆仿真不能在实际测试中产生预期的指导作用。

随着EMC 仿真的快速发展，线缆电磁兼容特性的仿真也逐渐被重视起来[3]。

通过仿真可以指导线缆线束的设计以及快速定位产品测试风险点，大大提高产品设计及测试效率，降低时间及物料成本，是线缆线束EMC 性能研究的大趋势。

1.2 研究现状目前国内外对线缆线束仿真技术的研究非常火热，主要集中在飞机、汽车、轨道交通等复杂系统中。

吉林大学霍亚飞对强电磁脉冲下的车辆线束建模进行了研究，分析了HEMP 作用下屏蔽线缆接地位置对芯线耦合干扰电流的影响。

西安电子科技大学的杜晓昌则对飞行器上机载设备线缆线束的传导、辐射发射进行了研究，对6种常见线缆线束的串扰和电磁敏感度进行了仿真计算。

除此之外，还有南京邮电大学、吉林大学等多所高校对车辆、飞机内线缆的电磁兼容性进行研究。

国内也有学者专门对线缆仿真技术有较深入的研究，但是对于不同类型线缆EMC 特性仿真的对比研究较少。

1.3 研究内容本文旨在研究半电波空间中单线、同轴线、双绞线和屏蔽双绞Abstract ：In this paper, a simulation modeling method for a variety of cables in half-wave test environment is studied,The simulation analysis method of cable radiation immunity is obtained� Simulation using CST software, software cable modules are used two-dimensional transmission line method and three-dimensional electromagnetic full-wave algorithm for combined calculation� CST uses TLM+FITD time-domain integration method , all belong to field - road combination method. Through the establishment of the geometric model, the definition of the material parameters, the addition of load and excitation source, the placement of the monitoring probe and other steps, the simula-tion results show that the half-wave planar environment of a variety of cable coupling current in time and frequency domain characteristics� The simulation results show that the anti-disturbance characteristics of the cable are related to its own structure and the structure of the shielding layer� Based on the simulation results obtained in this paper, the method can also be applied to the simulation analysis of other system carriers such as vehicle and airborne platforms�Key words ： Electromagnetic Simulation; Irradiation Susceptibility; Cable; EMC characteristics图1 线缆等效电路示意图3 仿真模型3.1 线缆结构建模目前常用线缆线束根据用途一般可分类为功率线缆和信号线缆两种，功率电缆用来给设备供电，信号线缆顾名思义用来传输信号。

第42卷　第1期吉林大学学报(信息科学版)Vol.42　No.12024年1月Journal of Jilin University (Information Science Edition)Jan.2024文章编号:1671⁃5896(2024)01⁃0020⁃05基于CST 的车辆线束电磁脉冲效应仿真研究收稿日期:2022⁃11⁃23基金项目:装备发展部基础研究基金资助项目(514010107⁃301)作者简介:孙灿(1981 ),男,北京人,北京汽车集团高级工程师,硕士,主要从事整车架构及复杂电磁环境仿真与防护研究,(Tel)86⁃158****7576(E⁃mail)suncan@beijing⁃㊂孙　灿,王东生,朱　蒙(北京汽车集团越野车有限公司,北京101300)摘要:针对等效线束法建模难㊁计算效率低的问题,探讨了车辆线束在电磁脉冲辐照下不同参数的耦合效应,以提高仿真效率,并分析了车辆线束中相关参数对线束电磁脉冲耦合的影响㊂首先,分析了车辆线束数量对线束电磁耦合效应的影响,通过控制变量法,改变线束中的线缆数量,观察线束中耦合电压的最大值㊂然后,改变线缆尺寸和负载电阻,观察线束中耦合电压电流最大值的变化㊂仿真结果表明,耦合电压的峰值随线缆数量的增大而减小,随线缆尺寸的增大而增大,并且都呈线性变化;耦合电流的峰值随负载电阻的增大而减小,呈幂级数关系㊂最后,结合仿真结果,对不同参数下的最大耦合电压电流进行拟合,得出其之间的关系,为车辆线束的电磁防护工作提供参考㊂关键词:车辆线束系统;高能电磁脉冲;CST 仿真;耦合电压;耦合电流中图分类号:TN97文献标志码:ASimulation Research on Electromagnetic Pulse Effect of Vehicle Harness Based on CSTSUN Can,WANG Dongsheng,ZHU Meng(Off⁃Road Vehicle Company Limited,Beijing Automotive Group,Beijing 101300,China)Abstract :Aiming at the problems of difficult modeling and low calculation efficiency of equivalent harness method,the effect of electromagnetic pulse radiation on the vehicle harness is studied using CST (Computer Simulation Technology).The influence of the number of vehicle cables on the electromagnetic coupling effect of the harness is analyzed.By controlling the variables,we changed the number of cables in the harness and observed the maximum value of the coupling voltage in the harness.We also studied the maximum coupling voltage and current in the harness by varying the cable size and load resistance.The simulation results show that the peak value of the coupling voltage decreases linearly with an increase in the number of cables and increases linearly with an increase in cable size.The peak value of the coupling current decreases with an increase in load resistance,which follows a power series relationship.Finally,we combined the simulation results and fitted themaximum coupling voltage and current under different parameters,drawing a conclusion about the relationship between them,which provides a reference for the electromagnetic protection of vehicle wiring harnesses.Key words :vehicle harness system;high energy electromagnetic pulse;computer simulation technology(CST)simulation;coupling voltage;coupling current 0　引　言随着信息化㊁电子化的飞速发展,汽车内部的电子设备越来越多,而用于连接设备的线缆排布错综复杂,数量极大,并且这些线缆在数据交互与能量传输过程中起着重要作用,因此其若有损坏,将对车辆行驶造成重大影响[1⁃3]㊂由于电磁脉冲具有强度高㊁上升时间短㊁包含频率范围广等特点,因此对车辆线束的电磁防护工作成为人们关注重点[4⁃5]㊂因电磁脉冲具有人为制造的特点,使其波形具有随机性,但其复杂多变性为评估线缆上的耦合效应带来挑战[6⁃8]㊂由于线束的排布复杂,对线束进行建模仿真时,计算量很大㊂因此,研究电磁脉冲作用下的车辆线束耦合效应仿真对线束模型进行化简,对车辆线束的电磁防护[9⁃11]具有重要意义㊂目前,国内外通常采用等效线束法(ECBM:Equivalent Cable Bundle Method)进行线束模型简化㊂针对该方法建模难㊁计算效率低的问题,笔者对不同参数下的线束电磁耦合效应进行了仿真分析㊂对比线束中的最大耦合电流电压,并对车辆线束简化计算的方法进行了研究㊂本研究对车辆电磁脉冲防护以及电磁敏感度分析[12⁃14]具有指导意义㊂1　基于CST 的车辆线束仿真方法1.1　CST 软件线缆仿真方法CST(Computer Simulation Technology)电缆工作室可在3D 空间中编辑定义电缆的捆扎情况㊂其中包含了合适的求解器,该求解器可生成等效电路模型并将其传递给CST 设计工作室㊂通过协调CST 微波工作室和CST 设计工作室进行辐射和辐照分析,从CST 设计工作室中导出电缆上的共模电流,并将其电流文件放到CST 微波工作室作为感应场源,获取线缆周围的场强分布(电流替代算法);在CST 微波工作室中计算电缆上的电压,并将其电压转换到CST 设计工作室中(场替换算法)㊂CST 电缆工作室的核心方法建立在经典传输线理论上㊂电缆的物理与材料特征也会被考虑在等效电路内,并可作相应的时域频域仿真㊂该研究仿真分析方法为时域有限积分法,假设电磁脉冲(EMP:Electromagnetic Pulse )为TM 图1　车辆模型示意图Fig.1　Schematic diagram of vehicle model(Transverse Magnetic field)波,对车辆内部线束在强电磁环境下的耦合效应进行仿真研究,从而寻求线束数量㊁尺寸㊁负载电阻大小对线束耦合效应的影响,从而总结出化简原则㊂汽车模型如图1所示㊂因为发动舱内部设备大都较为敏感,所以线束主要集中在车辆内部发动舱附近㊂车辆采用良导体(PEC:Perfect Conductor )材料,线缆以单芯线为例,导体材料为铜,直径1.0mm,表面绝缘层为PE(Polyethylene)材料,厚度图2　线束模型截面示意图Fig.2　Schematic diagram of harness model section 0.5mm㊂线束截面如图2所示㊂完成电缆的3D 空间建模后,CST 电缆工作室将每个导体的一端定义为潜在的信号端㊂每条信号路径始于源端,终于终端负载处,因此必须为信号走线提供一个电流回路㊂这可以通过在线缆终端定义组件完成㊂根据等效线束理论,可将终端负载设置为纯电阻,并通过改变特性电阻的阻值大小,完成对线束中的负载大小对线束耦合效应的影响研究㊂1.2　仿真建模方法电磁耦合效应仿真研究的基础是电磁计算方法㊂常用的全波算法有有限差分法(FDM:Finite Difference Method)㊁有限积分法(FIT:Finite integral method)㊁传输线矩阵法(TLM:Transmission Line Method)㊁有限元法(FEM:Finite Element Method)㊁矩量法(MOM:Method of Moments)㊁边界元法(BEM:Boundary Element Method)等㊂由于笔者研究对象为车辆内部线束,对其尺寸而言,时域算法的网格数量较少,计算难度适中,对计算机计算能力的要求不高,因此笔者设置算法为时域有限积分法,仿真准确度选择为40dB,最大仿真时间设置为1μs㊂12第1期孙灿,等:基于CST 的车辆线束电磁脉冲效应仿真研究2D 建模时,选择欧姆损耗,软件会考虑流过电流的材料因发热导致温度上升,热损耗增加而出现的损耗㊂在CST 软件中,内金属导体以及同轴线缆的外屏蔽层被列为两对不同的信号,软件会为每条信号线都分配两个终端㊂2D 建模后,这些终端会出现在等效电路中㊂2D 建模设置如图3所示,依次连接电路,其电路如图4所示㊂上述步骤完成后即可开始仿真㊂ 图3　2D 建模设置图 图4　仿真电路图 Fig.3　2D modeling setup diagram Fig.4　Simulation circuit diagram 2　车辆线束电磁脉冲效应仿真分析为探究在50kV /m 峰值电场强度的300ns 双指数电磁脉冲辐照下车辆线束中线缆的数量㊁粗细和终端负载等参数对线缆上电磁耦合信号的影响,笔者通过改变单一参数,研究线缆上电磁耦合信号的变化情况㊂2.1　线缆数量对线束耦合效应仿真通过CST 建模仿真模拟车辆受辐照过程㊂线束模型如图5所示,图5a㊁图5b 分别为线束俯视图㊁侧视图㊂图5　线束模型示意图Fig.5　Schematic diagram of harness model 在仿真中,对线束中有多根电缆的情况,均采用电缆横截面圆形两两外切的形式排列㊂将不同线缆数量下的耦合电压最大值进行对比,可得到表1数据,利用Origin 软件将数据对比可得到图6㊂图6　线缆数量影响的仿真结果对比Fig.6　Comparison of simulation results affected by the number of cables 表1　线缆数量对最大耦合电压的影响Tab.1　Influence of cable number on maximum coupling voltage线缆数量/根12345最大耦合电压/V 17381615144611421022 由图6可看出,线缆在EMP 的辐照下,单线的电磁耦合电压最大,随着线束内线缆数量的增加,耦合电压的峰值逐渐减小㊂由此可以看出,在实际车辆内部线束排布时,在内部空间及设备允许的条件下,尽可能将线束捆扎成束可以有效减小耦合信号对设备的影响,从而达到电磁防护的目的㊂22吉林大学学报(信息科学版)第42卷2.2　线缆尺寸对线束耦合效应仿真根据仿真结果,将线束中不同线缆尺寸对应的最大耦合信号进行对比,如表2所示㊂表2　线缆尺寸对最大耦合电压的影响Tab.2　Influence of cable size on maximum coupling voltage 线缆尺寸/mm 1 1.42 2.53 3.544.55最大耦合电压/V 114211831265127813311362141314951548图7　线缆尺寸影响的仿真结果对比Fig.7　Comparison of simulation resultsaffected by the size of cables 根据表2,利用Origin 软件将最大耦合信号对比制图,得到结果如图7所示㊂通过图7可看出,耦合电压的峰值随线缆尺寸的增加而增大㊂这主要是因为随着线缆尺寸增大,导致线缆表面积增大,所以在周围电场环境相同条件下,耦合电压会随之增大㊂由此可得到如下结论:对车辆线缆的选择,在保证车辆可以正常进行能量传输和信号交互的条件下,尽可能选用直径更小的线缆,可有效降低耦合信号峰值㊂2.3　线束负载电阻大小对线束耦合效应仿真根据仿真结果,将线束不同负载电阻对应的最大耦合电流进行对比,如表3所示㊂表3　线缆尺寸对最大耦合电压的影响Tab.3　Influence of load resistance on maximum coupling current 负载电阻/Ω50100150200250最大耦合电流/A 17381615144611421022图8　负载电阻影响的仿真结果对比Fig.8　Comparison of simulation results affected by the load resistance 根据表3,利用Origin 软件将最大耦合信号对比制图,得到结果如图8所示㊂由图8可看出,线束在EMP 辐照下,线缆上产生的耦合电流峰值随负载电阻的增大而减小,在激励信号不变的情况下,此结论符合欧姆定律㊂而在实际车辆中,电子设备大部分是小电阻元件,在受到高空核电磁脉冲的辐射时,产生过大的耦合电流容易破坏元件㊂因此,在电子设备元件允许的条件下,适当增大负载电阻阻值可减小耦合电流对设备的损坏程度㊂3　结　语笔者研究电磁脉冲对车辆线束的耦合效应仿真,使用CST 软件建立车辆内部线束模型,并通过改变线缆参数观察不同线缆数量㊁尺寸㊁负载电阻大小时线束上最大耦合电压电流的变化情况㊂最后,综合仿真结果进行拟合对比分析㊂笔者从改变线缆数量㊁尺寸㊁负载电阻等参数的角度,研究了车辆线束在电磁脉冲下的最大耦合电压电流的变化规律㊂本文可为车辆线束的电磁防护工作提供参考,对车辆线束电磁脉冲防护具有重要指导意义㊂参考文献:[1]秦风,蔡金良,曹学军,等.车辆强电磁脉冲环境适应性研究[J].强激光与粒子束,2019,31(10):19⁃27.QIN F,CAI J L,CAO X J,et al.Investigation on the Adaptability of Vehicle High⁃Intensity Electromagnetic Pulse Environment [J].High Power Laser and Particle Beams,2019,31(10):19⁃27.[2]胡宽,解旭彤,王伟,等.车内线缆的高空核电磁脉冲响应分析[J].电子科技,2020,33(1):29⁃33.32第1期孙灿,等:基于CST 的车辆线束电磁脉冲效应仿真研究42吉林大学学报(信息科学版)第42卷HU K,XIE X T,WANG W,et al.Analysis of High⁃Altitude Nuclear Electromagnetic Pulse Impact on Vehicle Cables[J]. Electronic Science and Technology,2020,33(1):29⁃33.[3]赵昱,霍亚飞.强电磁脉冲下车辆线束快速等效方法[J].吉林大学学报(工学版),2019,49(3):1009⁃1016. ZHAO Y,HUO Y F.Fast Equivalent Method for Vehicle Cables under High Intensity Electromagnetic Pulse Illumination[J]. 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477吉林大学学报(信息科学版)第41卷的研究热点[5⁃6]㊂在复杂的电磁环境中,车辆的电控系统极易受到干扰和破坏,对车辆安全性造成严重威胁㊂车辆所面临的大功率电磁辐射干扰主要有传播辐射㊁自然电磁辐射和人为电磁辐射[7],其中人为电磁辐射是现代化信息战争面临的关键性问题㊂人为电磁辐射的主要来源是电磁脉冲武器,它是一种性能独特㊁威力强大且软硬杀伤兼备的现代信息化作战武器,形成高空电磁脉冲(HEMP:High Altitude Electromagnetic Pulse),能对较大范围内的车辆内部线束及关键电子设备同时实施压制性和摧毁性的破坏[8⁃9]㊂笔者以某民用吉普车作为模型进行研究,考虑车辆关键金属结构㊁线缆和电子设备建立电磁仿真模型,对车辆线束电磁辐射敏感度问题进行深入研究㊂通过对车辆线束电磁响应的主要影响因素进行统计分析,得到不同参数下线缆感应电压和感应电流的峰值关系曲线,分析了线缆长度㊁距车底高度㊁相对距离㊁终端电阻㊁导体半径㊁绝缘层厚度等因素影响下车辆线缆耦合电磁干扰的统计规律,得到了相关的定性结论㊂研究结果可以为车辆线束的电磁兼容性设计提供参考㊂1　车辆线束电磁辐射敏感度特性仿真分析车辆线束作为车辆电路网络的主体,起着交换电子设备的数据信号和传递电源信号的作用,可以说没有车辆线束也就不存在车辆电路[10]㊂如图1a所示,车辆线束是由电线㊁联插件和包裹胶带构成㊂对整车而言,线束是以仪表板为核心分别向前㊁后延伸㊂车辆线束的分类可依据其基本功能,分为电池线束㊁发动机线束㊁变速箱线束㊁燃油喷嘴线束㊁仪表板线束㊁车身线束㊁车门线束和车灯线束等,如图1b 所示㊂车辆线束大多由铜质软线构成,根据实现不同的功能而选择不同的规格[11]㊂目前,国内外学者针对车辆线束电磁兼容问题的研究主要集中在车辆线束的串扰㊁电磁辐射和电磁辐射敏感度[12]㊂其中车辆线束的电磁辐射敏感度问题是车辆线束电磁兼容领域较为重要的研究方向,也是车辆电磁兼容性设计的主要预测目标[13]㊂图1　整车线束图Fig.1　Vehicle harness预测车辆线束电磁辐射敏感度需要利用实验手段获取大量样本数据,由于成本㊁实验场地的限制,针对该问题的预测较为困难㊂因而通过仿真分析获取线缆感应电压和感应电流,进而基于仿真数据预测HEMP环境下车辆线束系统的抗毁伤能力是一种不错的选择[14]㊂笔者以某民用吉普车为模型,对模型进行材料㊁零件和结构简化,以峰值为50kV/m的HEMP为激励源,建立仿真模型(见图2),开展辐照条件下车辆线束电磁辐射敏感度特性仿真分析㊂根据线缆的参数,设置线缆材料㊁直径和绝缘体半径的参数,文中所有线缆均采用铜单芯线,图3为铜单芯线横截面示意图,内层为铜芯,外层包裹绝缘层㊂选择线缆终端电阻为50Ω并接地㊂线束仿真如图4所示,将探针放置在线缆模型车辆的两端㊂由于笔者主要研究线缆辐照敏感度仿真,因此选择 transient co⁃simulation”进行场路协同仿真[15]㊂图5为感应电压随时间变化图,可看到随着时间增加,感应电压呈衰弱趋势㊂图6为感应电流随时间变化图㊂通过多组峰值数据可得到同一参数变化时的感应电压和感应电流变化趋势㊂ 图2　车辆线束电磁仿真模型 图3　线缆横截面示意图 Fig.2　Electromagnetic simulation model Fig.3　Cross section of cable of vehicle harness 图4　线束仿真图Fig.4　Harness simulation 图5　感应电压结果Fig.5　Results of induced voltage 图6　感应电流结果Fig.6　Results of induced current 2　车辆线束电磁辐射敏感度影响因素统计分析2.1　线缆长度的影响图7为感应电压与感应电流峰值随线缆长度变化的趋势图㊂随着线缆长度增长,线缆上的感应电压577第5期霍佳雨,等:基于CST 的电磁脉冲效应分析仿真实验研究和感应电流峰值都增大,且变化速率基本不变㊂说明线缆长度越长,HEMP 对车辆线束的威胁越大,实际布线时尽量选择最短路径以减少线缆长度㊂图7　感应电压与感应电流峰值随线缆长度变化趋势Fig.7　Variation trend of induced voltage and induced current peak value with cable length 2.2　线缆距车底高度的影响图8为感应电压与感应电流峰值随线缆距车底高度不同而变化的趋势图㊂图8　感应电压与感应电流峰值随距车底高度变化趋势Fig.8　Variation trend of induced voltage and induced current peak value with the height from the car bottom 随着线缆距离车底高度的增大,线缆上的感应电压和感应电流峰值都增大㊂说明距离车底越高,HEMP 对车辆线束的威胁越大,实际布线时尽量降低线缆距离地面的高度㊂2.3　相对距离的影响图9为感应电压与感应电流峰值随不同线缆相对距离改变而变化的趋势图㊂图9　感应电压与感应电流峰值随线缆相对距离变化趋势Fig.9　Variation trend of peak induced voltage and current with relative cable distance 随着线缆相对距离的增大,线缆上的感应电压和感应电流峰值都减小㊂说明线缆相对距离越小,HEMP 对车辆线束的威胁越大,实际布线时应尽量加大导线相对距离㊂2.4　终端电阻的影响图10为感应电压与感应电流峰值随终端电阻不同而变化的趋势图㊂随着终端电阻的增大,线缆上677吉林大学学报(信息科学版)第41卷的感应电压峰值不断增大,而感应电流峰值不断减小,二者的变化速率都逐渐减慢㊂说明在考虑不同终端电阻下HEMP 对车辆线束的威胁时,应综合考虑电压和电流两方面的防护,选取恰当阻值㊂图10　感应电压与感应电流峰值随终端电阻变化趋势Fig.10　Variation trend of induced voltage and induced current peak value with terminal resistance 2.5　导体半径的影响图11为感应电压与感应电流峰值随线缆导体半径不同而变化的趋势图㊂图11　感应电压与感应电流峰值随导体半径变化趋势Fig.11　Variation trend of peak value of induced voltage and induced current with conductor radius 随着线缆导体半径的增大,线缆上的感应电压和感应电流峰值都减小,且变化速率逐渐减慢㊂说明线缆导体半径越小,HEMP 对车辆线束的威胁越大,在实际布线时应尽量选择粗导体线缆㊂2.6　绝缘层厚度的影响图12为感应电压与感应电流峰值随线缆绝缘层厚度不同而变化的趋势图㊂图12　感应电压与感应电流峰值随绝缘层厚度变化趋势Fig.12　Variation trend of induced voltage and induced current peak value with insulation layer thickness 随着绝缘层厚度不断增大,线缆的感应电压和感应电流峰值基本不变,只是轻微上下波动㊂说明线缆绝缘层厚度与HEMP 对车辆线束的威胁无关,仅增加线缆绝缘层厚度并不能起到防护作用,因此布线时考虑线缆绝缘性即可㊂777第5期霍佳雨,等:基于CST 的电磁脉冲效应分析仿真实验研究877吉林大学学报(信息科学版)第41卷3　结　语笔者基于某民用吉普车辆模型,深入研究了车辆线束电磁辐射敏感度问题㊂分析了在典型强HEMP 作用下线束中的线缆长度㊁距车底高度㊁相对距离㊁终端电阻㊁导体半径和绝缘层厚度等参数对线缆中耦合电磁信号的影响,得到了具体的感应电压峰值和感应电流峰值㊂通过仿真实验研究可知,在满足实际工程需求下,尽量选择导体半径较大的线缆,并使线缆相对距离尽量加大,同时降低线缆的对地高度,并在布线时尽量选择最短路径以减小线缆长度㊂绝缘层厚度不会对感应电压峰值和感应电流峰值产生影响,仅仅增加线缆绝缘层厚度并不能起到防护作用,实际中为达到防护的目的,可使用防护罩进行屏蔽或采用编织丝网和金属箔组合封装线缆㊂笔者获得的仿真实验结果预测车辆线束的电磁辐射敏感度问题,为车辆的电磁兼容设计提供早期参考,从而降低研发成本,大大缩短研发周期㊂参考文献:[1]张青山,赵万章,张雪峰.电磁兼容与系统可靠性设计[J].吉林大学学报(信息科学版),2009,27(3):229⁃234. 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DCWTechnology Study技术研究35数字通信世界2023.051 仿真软件本文中采用电磁仿真软件Altair FEKO 进行仿真软件求解计算，该软件对线缆串扰问题能进行精确仿真求解。

该应用的核心算法为多导体传输线求解技术MTL ，可结合车辆3D 建模搭建系统的线缆串扰仿真模型。

2 基本原理理论上，常用的全波数值算法（如矩量法——MoM 、多层快速多极子技术——MLFMM 、有限元技术——FEM 等）能够精确求解包括线缆在内的任意复杂结构，但由于对线缆网格剖分得到巨大的未知量而使得全波求解线缆问题难于实现。

而多导体传输线（MTL ）技术是处理线缆问题最为有效的方法，任意复杂线缆束的多导体传输线模型是通过网格离散得到其分布电路参数网（Distributed Parameter Networks ），在线缆束走线方向，线缆上电压和电流的幅度和相位连续变化。

F E KO 软件提供的全波数值算法与多导体传输线混合求解技术（如MoM /MT L 、FEM /MT L 、MLFMM/MTL 等），是处理包含线缆在内的任意结构体EMC/EMI 问题最为成熟和有效的方法，可分析得到空间的电磁场分布以及进入或流出线缆束的端口电流[1]。

3 影响线缆串扰的因素3.1 屏蔽层仿真选用Cable 模型，通过改变屏蔽层的有无及厚度进行仿真，搭建模型如图1所示[2,3]。

地铁车载线缆串扰影响要素仿真冯丽娜1，邱玉成1，夏天童2，穆晓彤2（1.中车南京浦镇车辆有限公司，江苏 南京 210031；2.深圳市北航检测有限公司，广东 深圳 518052）摘要：很多复杂系统的电磁兼容和电磁干扰问题与线缆束有关，线束会受其他非屏蔽线缆或非理想屏蔽线缆的能量耦合影响，正确分析问题的关键是建立可靠的分析模型。

文章采用FEKO软件的矩量法与传输线法的混合仿真方法，分析几种常见情形下线缆间的串扰特性。

关键词：地铁车辆；线缆串扰；FEKO；MTL doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.05.011中图分类号：U 270.38 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2023）05-0035-03Simulation of Factors Influencing the Crosstalk of Metro Vehicle CablesFENG Lina 1, QIU Yucheng 1, XIA Tiantong 2, MU Xiaotong 2(1. CRRC Nanjing Puzhen Vehicle Co., Ltd., Nanjing 210031, China; 2.Shenzhen Beihang Testing Co., Ltd., Shenzhen 518052, China)Abstract: The electromagnetic compatibility and electromagnetic interference problems of many complex systems are related to cable bundles. The harness will be affected by the energy coupling of other unshielded cables or non-ideal shielded cables. The key to correct analysis is to establish a reliable analysis model. In this paper, the mixed simulation method of moment method and transmission line method of feko software is used to analyze the crosstalk characteristics between cables in several common cases.Key words: metro vehicles; cable crosstalk; Feko; MTL作者简介：冯丽娜（1986-），女，汉族，江苏邳州人，工程师，研究生，研究方向为城轨车辆CAE 分析。

第18卷 第2期 太赫兹科学与电子信息学报Vo1.18，No.2 2020年4月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Apr.，2020文章编号：2095-4980(2020)02-0313-05新能源汽车电力线缆串扰仿真分析与抑制方法杨兴超，李志勇，张占营*，陈卓，陈新美(许昌开普检测研究院股份有限公司，河南许昌 461000)摘 要：新能源汽车主要依靠电力驱动，其电力线缆传输高电压、大功率的瞬变信号，加之线缆本身的天线效应，使其成为电动汽车中最主要的电磁干扰发射源。

因此电力线缆极易对周围线缆产生串扰。

通过分析电力线缆辐射电磁干扰的来源，利用FEKO仿真工具建立了电力线缆和相邻线缆的简化模型。

通过改变仿真模型中线缆屏蔽层及金属线槽的设置，对比分析了这些因素对抑制串扰和干扰发射的影响。

根据仿真结果，得出了降低线缆屏蔽层阻抗和增加金属线槽的使用，有助于抑制线缆串扰的结论。

关键词：新能源；电力线缆；串扰；电磁兼容；FEKO仿真工具中图分类号：TN972文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2018382Simulation analysis and suppression method for the crosstalk of power cablesin the new-energy vehicleYANG Xingchao，LI Zhiyong，ZHANG Zhanying*，CHEN Zhuo，CHEN Xinmei(Xuchang KETOP Testing Research Institute Co., Ltd.，Xuchang Henan 461000，China)Abstract：The new-energy vehicles are mainly powered by electricity. Its power cables transmit the transient signals of high voltage and power. In addition, the antenna effect of the cable makes the cablebecome the dominant emission source of electromagnetic interference in electric vehicles. The power cablealso exerts the crosstalk on the surrounding signal cables. This research analyzes the source ofelectromagnetic interference in power cables. Then the simplified model of power cable and adjacent cableis established using FEKO tool. The effect of these factors on restraining crosstalk is compared andanalyzed by changing the settings of the cable shield layer and the metal groove in the simulation model.Finally, based on the simulation results, it is concluded that reducing the impedance of the cable shieldinglayer and increasing the use of the metal groove are helpful to minimize the cable’s crosstalk effects.Keywords：new energy；power cable；crosstalk；Electro Magnetic Compatibility；FEKO近年来，新能源电动汽车凭借能源效率高，无尾气排放等优点，成为汽车行业发展的热点之一，正获得越来越广泛的市场应用。

基于仿真的电磁辐射抗干扰措施及验证电磁辐射抗干扰措施是确保电子设备在电磁环境下正常运行的重要手段。

在电子设备的设计和制造过程中，通常会采取抗干扰设计措施来降低
电磁辐射所带来的干扰。

仿真技术可以有效地辅助电磁辐射抗干扰措施的设计和验证。

仿真技
术可以利用计算机程序对特定的电磁场条件和设备结构进行建模，并通过
仿真计算得到电磁场分布和设备的电磁响应。

然后可以基于仿真结果提出
相应的抗干扰措施，进行设计优化，并进行仿真验证。

针对电磁辐射抗干扰措施的设计和验证，通常可以采用下列仿真方法：
1.电磁场仿真：主要通过三维有限差分法（FDTD）和矩量法（MoM）
等数值方法，对电磁场进行建模和仿真计算。

2.设备成像仿真：采用三维组态仿真和CAD软件，对设备形状、尺寸
和布局进行建模和仿真计算。

3.线路级仿真：对于复杂电子线路，使用电路仿真软件对线路进行仿
真计算。

4.系统级仿真：通过建立电磁场和电子设备的系统模型，对整个系统
进行仿真计算，以验证抗干扰措施的有效性。

通过仿真技术，可以快速准确地评估电磁辐射抗干扰措施的效果。

可
以有效的降低设计和制造成本，并缩短开发周期。

线缆线束电磁兼容特性仿真分析薛松;张钰;刘恩博【摘要】本文针对半电波试验环境下多种线缆的仿真建模方法进行了研究,研究得出线缆辐射抗扰度的仿真分析方法.仿真使用CST软件进行,软件的线缆模块采用了二维传输线法和三维电磁全波算法进行结合计算.CST使用的是TLM+FITD时域积分方法,属于场-路结合的方法.通过建立几何模型、定义材料参数、添加负载及激励源、放置监测探头等步骤,最终仿真得出半电波平面环境下多种线缆上耦合电流的时域、频域特性.由本文仿真结果可知线缆的抗扰特性与其本身结构及屏蔽层结构都有关.基于本文研究所得仿真方法,可同样适用于其他系统载体如车载、机载等平台上的仿真分析.【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2018(000)008【总页数】4页(P52-54,35)【关键词】电磁场仿真;线缆辐射发射;线缆辐射抗扰;电磁兼容【作者】薛松;张钰;刘恩博【作者单位】南京熊猫汉达科技有限公司,江苏南京,210000;广州广电计量检测股份有限公司电磁兼容研究所,广东广州,510656;广州广电计量检测股份有限公司电磁兼容研究所,广东广州,510656【正文语种】中文1 引言1.1 研究背景电子设备EMC三要素包括干扰源、耦合路径和敏感设备[1]。

线缆线束作为电子设备的重要组成部分，不论是在辐射发射测试（CE、RE等）还是抗扰度测试（CS、RS等）中都是重要的耦合路径之一 [2]。

随着近年来通信系统的高速发展，信号频率不断提升，线缆线束对电子设备EMC 性能的影响更加突出，单纯靠经验已经不能满足高速电子设备的要求，通过仿真和测试相结合的方法对线缆进行选型和整改是目前业界主流的解决方案。

其中线缆线束的EMC特性仿真一直是一个难点，主要是线缆结构的复杂性和应用环境的多样性导致线缆仿真不能在实际测试中产生预期的指导作用。

随着EMC仿真的快速发展，线缆电磁兼容特性的仿真也逐渐被重视起来[3]。

通过仿真可以指导线缆线束的设计以及快速定位产品测试风险点，大大提高产品设计及测试效率，降低时间及物料成本，是线缆线束EMC性能研究的大趋势。

HyperWorks在路噪仿真分析中的应用HyperWorks Application in Road NoiseSimulation Analysis吴军强李龙(长安汽车工程研究总院CAE工程所、重庆、401120)摘要: 路面噪声是车内噪声的主要来源之一，本文运用Altair软件HyperWorks前后处理模块，采用随机响应的分析方法，对某设计车路面噪声进行了仿真分析优化，保证了其路噪性能优于参考车。

关键词: 路面噪声，随机响应，仿真，HyperWorksAbstract: Road noise is one of the main noise sources in vehicle. By the tools of Altair’s HyperWorks, using the method of stochastic dynamic responses analysis, finish the road noise simulation analysis and optimization of one devising vehicle ,it will make the desiving car better than the reference car in road noise.Key words:Road noise，Stochastic dynamic responses，Simulation，HyperWorks1 概述随着汽车设计水平及生产技术的不断提高，不同品牌汽车的使用性能和安全性能之间的差别越来越小。

相比之下，汽车的振动、噪声及舒适性等性能成为区分汽车品牌好坏的重要因素之一，它是衡量汽车制造质量的一个综合性问题。

业界将振动、噪声及舒适性统称为车辆的NVH问题，有关统计资料显示，整车约1/3的故障和车辆的NVH问题有关。

而各大公司有近20%的研发费用消耗在解决车辆的NVH问题上。

纯电动车辆电磁辐射干扰整改吴亚儒;张彦辉;吴兵兵;张欢欢【摘要】通过对某一纯电动车辆电磁场辐射骚扰特性(9KHz～30MHz)进行评估测试，针对测试结果进行辐射骚扰源分析，从整车角度提出相应的整改方案，整改后满足国家标准GB/T 18387-2008的要求。

%The characteristics of electromagnetic radiation disturbance (9KHz-30MHz) of a pure electric vehicle are tested and evaluated. Based on the test results, the radiation disturbance sources are analyzed. A corresponding solution on vehicle level is proposed, which can meet the requirements of national standard GB/T 18387-2008.【期刊名称】《安徽电子信息职业技术学院学报》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】3页(P13-15)【关键词】电动车;电磁兼容;磁场;整改【作者】吴亚儒;张彦辉;吴兵兵;张欢欢【作者单位】江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230000;江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230000;江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230000;江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230000【正文语种】中文【中图分类】T15电动汽车在全世界的发展如火如荼，在我们身边随时可以看到各种各样的电动车存在。

电动车以各种形式的电机作为行驶的驱动来源，在体积和成本因素推动下，目前市面上普遍使用的是交流电机，由动力电池通过逆变器供电。

纯电动汽车整车的动力来源都有赖于动力电池和驱动电机，因而用于将电池能量传递给电机的逆变器、电机控制器、与其相连的高压线缆以及电机本身上都会流过很大的电流（可达几百安培），且工况变化导致的输出功率变化会带来大幅快速的电压电流波动，从而造成严重的电磁辐射。