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利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用
2024.02.22

1 摘要

电磁屏蔽主要是用来隔离空间电磁场的影响,从而有效的控制电磁波从某一区域向另一区域进行辐射传播,通常采用导电性导磁性较好的材料把所需屏蔽的区域与外部隔离开。屏蔽体的有效性是用屏蔽效能来度量的,屏蔽效能定义为:电磁场中同一地点没有屏蔽存在时电磁场强度E1与有效屏蔽时的电磁场强度E2的比值,它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度。


利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用(图1)


电磁屏蔽是解决电子设备电磁兼容问题的重要手段之一,大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决,特别是随着电路工作的频率日益提高,单纯依靠线路板设计往往不能满足电磁兼容标准的要求。电子设备的屏蔽设计与传统的结构设计有许多不同之处,如果没有考虑电磁屏蔽问题,产品将很难满足电磁兼容性要求。所以在设计电子产品时,必须从一开始就考虑电磁屏蔽问题。


现代电子产品研发设计中,电磁仿真日益成为不可或缺的研发手段之一。除了可以利用全波三维高频电磁场仿真工具Ansys HFSS,也可利用Ansys EMC Plus进行电磁屏蔽效能预测。


Ansys EMC Plus包含功能强大的三维有限差分时域(FDTD)求解器以及多导体传输线求解器,针对平台级的雷电,EMP,静电以及任何类型的EMC和E3问题进行电磁场分析。软件支持电磁场求解器和多导体,多屏蔽,多分支电缆线束的传输线求解器的混合求解。


本文就基于Ansys EMC Plus仿真工具,介绍如何分析电磁屏蔽效能。


2 仿真介绍

Ansys EMC Plus仿真工具集成在Ansys Discovery界面里,这里以如下图示的开口金属腔体模型为例,展示EMC Plus电磁屏蔽效能仿真过程。


利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用(图2)


2.1 定义仿真域

启动Ansys EMC Plus程序,打开在Discovery中建好的box模型。点击EMA3D页面,找到Domain项并点击定义仿真域。


利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用(图3)


在模型工作区会弹出如下窗口,设置好最低频率和最高频率,仿真步进和截止时间会同步更新。并设置仿真区域最小和最大坐标值。


设置好后点击如下图标确定完成仿真域设置。


利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用(图4)
利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用(图5)


2.2 定义辐射源

在EMA3D页面,点击Plane Wave激励,在模型工作区会弹出设置窗口,设置该激励的角度方向参数如下图示,点击绿色勾图标完成辐射源设置。


利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用(图6)


2.3 定义模型材料属性

在EMA3D页面,点击Materials下的Isotropic选项。


利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用(图7)


在模型区点击弹出窗口中的Library,在Local页里新建一个材料,点击OK确定。


利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用(图8)


点击Name右侧框将名称改为Aluminum,并将材料属性中电导率改为1.2e7。在模型左侧的选择项中选择Select Surface,然后点击左侧模型列表中的Surface模型,最后点击绿色勾完成模型材料定义。


(此处我们也可以定义材料的颜色,推荐不同材料用不同颜色来区分。点击材料左侧的眼睛图标可开启或关闭材料属性颜色的显示)


利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用(图9)


2.4 创建电磁场探测探针

在EMA3D页点击Field-Boxed Region,创建电磁场探针区域。


利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用(图10)
利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用(图11)


在弹出的菜单中选择场类型为电场,区域坐标设置如下图,设置好后点击绿色勾完成设置。



2.5 模型的网格剖分

在EMA3D页点击Mesh,稍等片刻即可完成模型的网格剖分,如下图示。


利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用(图12)


2.6 屏蔽效能仿真

点击Mesh右侧的Start按钮,软件会自动先进行仿真前检查,有问题会在Warnings框里显示。没有问题即可点击Run按钮进行仿真。


利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用(图13)


2.7 结果查看

仿真完成后,右键点击软件界面左侧仿真树中Results-Domain-Field Probe1,选择Compute Field Statistics进行后处理。在弹出的窗口中选择Plane_Wave.dat仿真结果文件,并勾选XYZ方向进行计算。


利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用(图14)
利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用(图15)


计算完成后,右键点击Visualization-2D Plots-Field Probe 1-Shielding Effective,选择Show,即可看到屏蔽效能随频率变化的最大值、均值、最小值曲线。


利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用(图16)
利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用(图17)

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利用EMC Plus进行电磁屏蔽效能仿真应用(图18)


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