Диссертация (Методология моделирования сертификационных испытаний радиоэлектронных средств по эмиссии излучаемых радиопомех), страница 11

Чем нижечастота следования импульсов, тем выше должно быть пиковое значение импульса на44входе детектора для получения одних и тех же результатов измерений. Именно поэтомудля трактов измерительных приемников особое значение имеет динамический диапазон изапас по перегрузке, типовое значение которого составляет 20…30 дБ [22]. Высокиетребования к характеристикам измерительных приемников значительно влияют на ихстоимость и невозможность использования для измерений стандартных анализаторовспектра, не отвечающих требованиям по перегрузке.Основные требования к измерительному оборудованию для оценки эмиссииизлучаемых радиопомех определяются стандартами [46, 47, 48].

В них детально описанытребуемыесвойствакаскадовизмерительныхприемников,используемыхприсертификационных испытаниях.Изизложенногоследует,чтопоследовательность обработкисигналоввизмерительном приемнике может быть промоделирована на основе схемотехническихмоделей.Измерительныевторостепеннымисантенныпозицииявляютсянеобходимымимоделированиянапрактике,сертификационныхноиспытанийпреобразователями.

Кроме того, они не выполняют функции пространственнойизбирательности, как это следует из рис. 1.1 и 1.2. Даже в случае использования рупорныхантенн, характеризующихся высокой направленностью [49], значительное их удаление отОИ позволяет говорить о её слабом влиянии на результат измерений.

Поэтому моделиизмерительных антенн в контексте развития теории виртуальной сертификацииразработки не требуют.Общиевыводы.Вышеотмечалось,чтопроцедуравиртуальныхсертификационных испытаний по эмиссии излучаемых радиопомех может быть построенана основе математического моделирования ОИ, средств и условий проведения измерений.Как следует из содержания рассматриваемой задачи, при этом необходимо:1) рассчитать токи, текущие в проводниках РЭС и порождающие помеховоеизлучение, как функции времени;2) установить содержание и количественные характеристики трансформацииэлектромагнитного поля в пространстве с учетом взаимодействия с элементамиконструкции РЭС и свойств измерительной площадки;3) определить результирующую напряженность электромагнитного поля в местепредполагаемого размещения антенны;4) рассчитать показания измерительного приемника для выбранного режимадетектирования.Поскольку многие подходы к решению задач в области электродинамикиориентированы на конкретное значение частоты, а оценка помехоэмиссии является45узкополосной, то при решении отмеченных выше задач целесообразно говорить офиксированной частоте — частоте анализа.Для дальнейшего развития теории виртуальной сертификации и постановкиосновных решаемых в диссертационной работе задач следует рассмотреть существующиесистемы автоматизированного проектирования, позволяющие моделировать излучение ираспространение радиоволн.

На основе анализа таких систем следует оценить иобосновать потенциальную реализуемость виртуальных сертификационных испытаний.Необходимо также оценить пригодность классических схемных моделей длямоделирования измерительных приемников.1.4. Оценка возможности использования современных САПР длярешения задач ЭМС, а также для осуществления виртуальнойсертификации РЭС по помехоэмиссииКлассификациясовременныхсистемыавтоматизациипроектирования(САПР), потенциально пригодных для решения задач ЭМС. На сегодняшний день вотечественной практике конструирования РЭС практически не применяются программныеметоды анализа характеристик ЭМС. Крайне редко в процессе конструированияиспользуются специализированные средства контроля помехоэмиссии. Вместе с тем,использование современных методов проектирования РЭС с применением средствавтоматизации способствует повышению качества продукции и повышению еёконкурентоспособности.В настоящее время системы автоматизированного обеспечения ЭМС обычноявляются узкоспециализированным и интегрируются в среду разработки, например,печатных плат.

Обычно для использования заложенных в них методов конструкцияанализируемого узла должна иметь определенную структуру, электромагнитное описаниекоторой хорошо формализовано. Системы автоматизированного проектирования (САПР),ориентированные на решение частных задач ЭМС, можно классифицировать следующимобразом [50].1. САПР для обеспечения ЭМС печатных узлов. К ним относят систему OmegaPLUS, программу Signal Integrity из пакета P-CAD 200x и аналогичные средстваразработки. Они предназначены для обеспечения внутриаппартурной ЭМС путемвыполнения анализа целостности сигналов до изготовления реальных конструкций.Возможностиуказанныхсредствограничиваютсярасчетомпомехотражения,перекрестных помех и решением сходных задач.

Анализ обычно проводится на базеформализованных моделей линий передач и механизма их взаимодействия.462. САПР сверхвысокочастотных устройств, в т.ч. интегральных микросхем. Кним относятся системы типа Analog Office (разработка СВЧ интегральных микросхем),Microwave Office(разработка планарных СВЧ-устройств), Visual System Simulator(моделирование систем, работающих с широкополосными цифровыми сигналами).Назначением этих систем является анализ преобразований СВЧ-сигналов в отдельныхвидах электронных компонентов.

Сюда же можно отнести систему IE3D и аналогичные,предназначенные для моделирования электродинамических процессов, текущих вконструкциях, состоящих из нескольких слоев проводников и диэлектриков. Многие изподобных систем позволяют анализировать трехмерные объекты с размерами донебольшого блока, а также моделировать излучение антенных устройств.3. САПР трехмерного электромагнитного моделирования. Примерами являютсясистемы Remcom XFDTD и Wireless InSite. Первая предназначена для моделированияэлектродинамическихпроцессоввовременнойобласти.Уровеньсложностианализируемых объектов — от интегральных схем до фрагментов печатных плат.

ВтораяСАПР используется при анализе распространения радиоволн в условиях сложногорельефа местности.4. САПР на основе экспертных систем. Примером является встроенная впрограммудляпроектированияпечатныхплатCadstar[51]системаправилпроектирования, включая рекомендации по электромагнитной совместимости.

Такиесредства не применяются непосредственно при анализе электромагнитных процессов,однако способствуют повышению качества разработок в целом.При построении САПР, ориентированных на решение задач ЭМС, используетсядва основных подхода [26, 52, 53]. Первый из них заключается в создании систем,единственным предназначением которых является расчет электромагнитных полей.Примером является программный продукт Ansoft and Quantic фирмы INCASES,позволяющий проводить локальный анализ излучения некоторых проводников печатныхплат в ближней зоне на основе расчета распределения тока в линиях передачи,образованных проводниками и слоями металлизации.

Второй принцип заключается всовместномрешении вСАПРчастныхпроблемЭМС и ряда других задачконструирования.Из изложенного следует, что наиболее подходящим типом САПР для решениязадачи виртуальной сертификации РЭС по уровню излучаемых помех являются системыэлектродинамического моделирования.Оценкавозможностииспользованиясовременныхсистемэлектродинамического моделирования для оценки уровня излучаемых радиопомех.47Наиболее распространенными системами электродинамического анализа являются пакетыMicrowave Office, HFSS и MMANA.

Эти системы отражают уровень развития ивозможности аналогичных программных продуктов.Система Microwave Office компании Applied Wave Research [54] позволяетмоделировать схемы, состоящие из сосредоточенных и распределённых элементов схем иэлектромагнитныхмоделирование,структур.Длямоделированияусовершенствованныйможногармоническийиспользоватьбаланс,рядылинейноеВольтера,электромагнитное моделирование и дополнительный имитатор HSPICE. Имеетсявозможность настройки и оптимизации проектов, причем все изменения автоматическипереносятся на топологию.В системе Microwave Office значительный упор сделан на сокращениедлительности моделирования.

Реализованные в ней методы дают возможность приизменении характеристик топологии получать результат практически в реальном времени,что является ее бесспорным достоинством. Пакет EMSight, входящий в состав системы,предназначен для анализа электромагнитного поля произвольных многослойныхструктур. Он может анализировать цепи с неограниченным числом слоев и портов, атакже с межслойными переходами. Кроме того, имеется ряд форм «традиционного»представления расчетных данных, таких как диаграммы Смита, графики в прямоугольнойи полярной системах координат и таблицы.Программа HFSS компании AnSoft [55] предназначена для анализа трехмерныхСВЧ-структур, в том числе антенн.

Электродинамическое моделирование в HFSSосновано на методе конечных элементов. Решение граничной задачи ищется в частотнойобласти. Использование метода конечных элементов позволяет применять HFSS прирешении широкого круга задач — от анализа волноводных и полосковых структур домоделирования антенн и сложных невзаимных устройств.

HFSS позволяет с высокойточностью рассчитывать внешние параметры СВЧ-многополюсников — матрицырассеяния, импедансов и адмитансов. Это служит основой для интегрирования HFSS сдругими программами проектирования реализующими, например, решение нелинейныхзадач. Визуализация результатов предусматривает построение графиков в декартовых,полярных координатах, диаграмм Смита, диаграмм направленности и т.д., а такжеанимацию распределений электромагнитного поля и электрического тока. HFSS позволяетрассчитывать основные характеристики антенн, в том числе коэффициент усиления,трехмерныедиаграммынаправленностинаправленности по уровню -3 дБ и т.д.длядальнейзоны,ширинудиаграмм48Программа MMANA [56] предназначена для моделирования характеристик антенниихоптимизации.Прирасчетахучитываетсядиаметрпроводников.Основувычислительного ядра составляет метод моментов.

MMANA позволяет представлятьрезультаты моделирования в графическом виде, включая трехмерное отображение. Такжеимеется возможность расчета некоторых характерных элементов СВЧ-устройств,выполненных на основе отрезков коаксиального кабеля.Из представленного описания видно, что функции перечисленных САПРнаправлены на решение задач, отличных от анализа излучаемых радиопомех РЭС.Безусловно, отдельные элементы топологии, например, линии передачи, могут бытьрассчитаны с этой позиции, однако для этого необходимо в качестве исходных данныхзадавать вид протекающих в них сигналов. Формы сигналов при проектировании могутбыть выявлены при помощи схемотехнического моделирования во временной области.Таким образом, возникает необходимость использования в проекте не толькотопологической, но и схемной модели, которая должна быть построена пользователем.Этоможетпривестиспособствоватькбольшимснижениюпогрешностям,эффективностивременнымиспользованиязатратам,будетрассмотренныхавтоматизированных систем электродинамического анализа.Второй проблемой является то, что анализ радиопомех и оценка их уровня должнывыполняться на частотах от 9 кГц до 18 ГГц (диапазоны частот А — Е по СИСПР).Использование электродинамических моделей и расчетных методов, ориентированных наСВЧ-диапазон, для указанной полосы частот не будут в полной мере эффективными имогут привести к появлению дополнительных вычислительных погрешностей.