Моделирование ЭМП, с чего начать? Опции

[ness]

Здравствуйте!

Я учусь в аспирантуре и передо мной стоит следующая задача: необходимо построить в
ANSYS модель некого электронного прибора, который состоит из
нескольких печатных плат, с установленными элементами и соединительных
кабелей, и рассчитать напряженность электрического/магнитного полей,
создаваемых этим прибором.
Каков, на ваш взгляд, алгоритм решения данной задачи? С чего начать?
Я новичок в ANSYS, и поэтому прошу вас также порекомендовать мне литературу
по моделированию ЭМП в ANSYS.

Так же прошу высказываться по поводу целесообразности данной задачи. Может задачу по моделированию ЭМП электронных приборов можно решить с помощью других средств?

[ITEE]

Здравствуйте!

Я учусь в аспирантуре и передо мной стоит следующая задача: необходимо построить в
ANSYS модель некого электронного прибора, который состоит из
нескольких печатных плат, с установленными элементами и соединительных
кабелей, и рассчитать напряженность электрического/магнитного полей,
создаваемых этим прибором.
Каков, на ваш взгляд, алгоритм решения данной задачи? С чего начать?
Я новичок в ANSYS, и поэтому прошу вас также порекомендовать мне литературу
по моделированию ЭМП в ANSYS.

Так же прошу высказываться по поводу целесообразности данной задачи. Может задачу по моделированию ЭМП электронных приборов можно решить с помощью других средств?

Расчет излучения нескольких печатных плат соединенных проводами между собой в 3D задача очень интересная, но в то-же время и очень сложная для моделирования. Позвольте несколько вопросов:
- Диапазон частот?
- Какова требуемая точность расчета и критерии валидации результатов?
- Имеете ли вы моделируемый прибор в прямом наличии или только спецификации?
- Каким образом предпологается посторение трехмерной модели - у вас имеются готовые входные файлы или будет строится с нуля вручную?

Я думаю необходимо начать с моделирования упрощенной задачи и сравнить результаты моделирования ANSYS-ом и другими программными продуктами.

[ness]

- Диапазон частот?

в устройстве используется радиоприемопередатчик стандарта GSM, так что верхний предел - 1900 МГц, а нижний - 8 МГц, частота тактового генератора микроконтроллера, а остальное - постоянный ток...

- Какова требуемая точность расчета и критерии валидации результатов?

про точность вообще пока речи нет, главное - понять и реализовать принцип решения задачи. Критерий валидации - натурные испытания на ЭМС, которые были проведены.

- Имеете ли вы моделируемый прибор в прямом наличии или только спецификации?

Имею в наличии, есть вся конструкторско-технологическая документация.

- Каким образом предпологается посторение трехмерной модели - у вас имеются готовые входные файлы или будет строится с нуля вручную?

К сожалению, готовой модели у меня нет, так что придется модель делать самостоятельно, что осложняет задачу - я практически не занимался 3D-моделированием.

Я думаю необходимо начать с моделирования упрощенной задачи и сравнить результаты моделирования ANSYS-ом и другими программными продуктами.

А как упростить? Сначала построить модель только для проводников к примеру, и потом для каждого элемента? А вот к примеру, как рассчитать поле, создаваемое микроконтроллером? ведь оно зависит от хода выполнения программы? или оно пренебрежимо мало?

[ITEE]

Достоверный расчет ЭМП создаваемых реальной печатной платой готового устройства задача практически не имеющая решения на сегодняшний день. Существующие программные средства могут кое-как потянуть специальные простые модельные платы с малым количеством дорожек и элементов, не более. Возможно также проводить отдельный анализ излучения конкретной выбранной системы - проводов, выбранных активных дорожек и т.п., но не всей системы вцелом.

Я думаю более удобной задачей являлась бы задача восприимчивости устройства к внешнему полю - тогда смоделировав корпус устройства и расположение в нем упрощенных плат и проводов можно было-бы с более-менее нормальной точность оценить уровень полей внутри корпуса.

Рассчитать поле создаваемое микроконтроллером на мой взгляд невозможно, существуют подходы в которых микроконторллер может быть включен в рассмотрение электро-динамической задачи на основе измеренных полей, создаваемых им при реальной работе. Поле вокруг контроллера/чипа измеряется специальным сканером и вносится как источник излучения в расчетную модель.

Задача у вас сложная и долгая, так что будет очень интересно быть в курсе ваших успехов и этапов её решения, так что пишите, делитесь новостями!

[ness]

Существующие программные средства могут кое-как потянуть специальные простые модельные платы с малым количеством дорожек и элементов, не более. Возможно также проводить отдельный анализ излучения конкретной выбранной системы - проводов, выбранных активных дорожек и т.п., но не всей системы вцелом.

Вы не могли бы привести примеры таких программных средств? Вы утверждаете, что вся современная электроника проверяется на ЭМС экспериментальным способом?

Я думаю более удобной задачей являлась бы задача восприимчивости устройства к внешнему полю - тогда смоделировав корпус устройства и расположение в нем упрощенных плат и проводов можно было-бы с более-менее нормальной точность оценить уровень полей внутри корпуса.

Да, пожалуй, целесообразнее начать с этого... тем более что это одна из основных задач ЭМС

Рассчитать поле создаваемое микроконтроллером на мой взгляд невозможно, существуют подходы в которых микроконторллер может быть включен в рассмотрение электро-динамической задачи на основе измеренных полей, создаваемых им при реальной работе. Поле вокруг контроллера/чипа измеряется специальным сканером и вносится как источник излучения в расчетную модель.

Да, тогда вся привлекательность идеи моделирования ЭМП устройства пропадает, ведь если мы можем отсканировать поле микроконтроллера, то лучше отсканировать поле всего устройства целиком, и не заморачиваться с созданием модели.

Задача у вас сложная и долгая, так что будет очень интересно быть в курсе ваших успехов и этапов её решения, так что пишите, делитесь новостями!

Обязательно! Спасибо за ответы!

[ITEE]

Вы не могли бы привести примеры таких программных средств? Вы утверждаете, что вся современная электроника проверяется на ЭМС экспериментальным способом?

Если под электроникой подразумевать отдельно взятый прибор, и под EMC уровень его излучения, то пожалуй да. Моделирование здесь отстает еще значительно. Программными средствами можно производить анализ под-систем и наблюдать определенные закономерности при модификации моделируемой системы, что может помочь в случае если прибор не проходит EMC тест и необходимо установить причину этого и исправить. После чего необходим повторный экспериментальный EMC тест.

Программные средства по разработке печатных плат могут автоматически проверить ряд правил разводки платы например и заранее еще на этапе её разработки предоставляют возможность её улучшения в плане EMC. Также вроде вполне успешно моделируются задачи анализа целостности сигналов (signal integrity) на сложных печатных платах. Но достоверно рассчитать уровень электромагнитного излучения и на этом основании пройти EMC тест - мне такое не представляется возможным.

Да, пожалуй, целесообразнее начать с этого... тем более что это одна из основных задач ЭМС

Точно. Вот кстати было здесь уже обсуждение примерно в этом-же направлении - Электродинамический анализ металлического корпуса с щелями - анализ распределения полей внутри корпуса прибора.

Да, тогда вся привлекательность идеи моделирования ЭМП устройства пропадает, ведь если мы можем отсканировать поле микроконтроллера, то лучше отсканировать поле всего устройства целиком, и не заморачиваться с созданием модели.

Нет, ну почему-же. Моделировать нужно. В вашем случае наверное можно проанализировать влияние различных типов кабелей соединяющих устройства на итоговое ЭМП. Или влияние расположения этих кабелей. Или влияние вентиляционных щелей. Эффективность экранирования корпусом. Я думаю поисследовать чего найдется

Кстати, насчет ANSYS-а. Я с этим продуктом практически не знаком - если уж вам поставили задачу что-то такое смоделировать в нем, наверное какие-то возможности у него есть. Было бы интересно что-нибудь узнать.

[ness]

Программные средства по разработке печатных плат могут автоматически проверить ряд правил разводки платы например и заранее еще на этапе её разработки предоставляют возможность её улучшения в плане EMC. Также вроде вполне успешно моделируются задачи анализа целостности сигналов (signal integrity) на сложных печатных платах. Но достоверно рассчитать уровень электромагнитного излучения и на этом основании пройти EMC тест - мне такое не представляется возможным.

Да, "обрадовали" вы меня... Предстоит серьезный разговор с научным руководителем... Хорошо хоть только недавно начал учиться.

Кстати, насчет ANSYS-а. Я с этим продуктом практически не знаком - если уж вам поставили задачу что-то такое смоделировать в нем, наверное какие-то возможности у него есть. Было бы интересно что-нибудь узнать.

Да, действительно, у ANSYS есть возможности для моделирования ЭМП, даже целый модуль под названием Icewave. Однако я тоже с ANSYS практически не знаком, выполнял только учебные примеры четко по инструкции, а модуля Icewave у меня вообще нет. Где бы его найти, а главное, описание к нему? Моя задача осложняется еще и тем, что я основательно подзабыл теорию электромагнитного поля. Какую бы вы рекомендовали литературу по этой тематике?
Вот хотя бы найти ответ на такой вопрос: что такое s- и z-параметры?