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.

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

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

Имею в наличии, есть вся конструкторско-технологическая документация.

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

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?

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!

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

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

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.

Обязательно! Спасибо за ответы!

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.



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



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.

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


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?

http://www.google.ru/search?complete=1&...mp;aq=f&oq=
http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=23425
http://www.vestnik.vsu.ru/pdf/physmath/2005/01/bobreshov.pdf
http://window.edu.ru/window_catalog/pdf2tx...32&p_page=2

ЭТО НАДО ЗНАТЬ


По поводу программных продуктов, их действительно очень много, только при решении подобной задачи большую проблему представляет доступ к очень серьёзным вычислительным ресурсам. Обычный, пусть даже очень мощный, компутер не потянет вашу задачу. Вам надо будет решать проблему как распараллелить процесс решения.

Буду значит начинать с теории.

А у вас есть опыт решения подобных задач?

Могу вас "обрадовать" ещё сильнее.
1) У меня вообще большие сомнения, что ансис справится даже с упрощённой задачей.
По крайней мере, у студентов, проходивших этим летом практику, ничего путного не получилось, хотя их обучают как раз моделированию в ансис. И их преподаватели тоже не смогли им помочь.
2) Во вторых, как мне представляется, даже специально заточенные под ЭМС программы, типа эмсстудио, мягко говоря лукавят. Те картинки, которые я видел, определённо относятся к непрерывному сиусоидальному источнику, что среди помех встречается крайне редко.

Вообще, я бы посоветовал начать с малого, посчитать излучение одновитковой катушки и конденсатора. Это по крайней мере проверяемо, м можно будет решить, стоит ли вообще двигаться в этом направлении.

Я бы не рекомендовал использование ANSYS для сложной электродинамики. Если это не принципиально, то лучше исползовать специализированные программы CST Studio, HFSS, Feko. Но даже в них с Вашим частотным диапазоном, в сложных конструкциях плат, ла еще и кабелей вероятность того, что компьютер потянет расчееты ничтожна. Те ограничения и советы по упрощзению структур расчета, которые Вам давали, очень верны. А программы - попробуйте, поэкспериментируйте.

Задача на мой взгляд практически не решаемая (если требуется получить адекватные результаты).
Обычно моделируют небольшие критические узлы.
А при разработке больших устройств бывает проще и быстрее разработать устройство, с применением общих принципов понижения помех (уменьшение площади циркуляции токов и тд.) и моделированием небольших узлов (скажем с большими импульсными токами и большой крутизной). А потом провести измерения.
У буржуев измерения проводятся в безэховой камере GDEM типа (или JDEM) анализатором спектра. Методики проведения и нормы для телекоммуникационного оборудования можно найти на сайте ETSI.org

Тут надо порекомендовать скорей всего связку пакетов для решения такой задачи.
Можно использовать, например HFSS и Q3D Extractor как программы анализа методами FEM 3D/2D структур и Designer&NEXXIM для связки PSpice моделей в единой среде. Что касается Печатных плат, то их придется для использования общего интерфейса между программа от Ansoft использовать пакет анализа PCB и корпусов ИС под названием SIWave. Кабельные сборки не стоит считать в 3D, а взять их из моделей Designer или в крайнем случае нарисовать профиль и подключить их как многополюсники в среду Designer, задав соответственно длинну. Профили линий передач анализируют по Q3D/Q2D Etxraction так же по ссылкам из Designer`а.
Единственно, что частотный диапазон надо учитывать при моделировании с помощью полевых решателей.

.. может этот прольет свет на способ решения Вашей задачи.
Суть такая:
1) Многослойную печатную плату с корпусом ИС посчитать в ANSOFT SIWave для анализа излучения/наводок токоведущих слоев друг на друга и отражений от неоднородностей. В том числе, произвести анализ не резонансы шин GND/Power и падений напряжений. Считает пакет методом МоМ и FEM. Надо учесть, что это не трассировщик ПП! Т.е. Вашу ПП надо импортировать из к.л. пакета, например Cadence. Назначить порты и свойства материалов. Считает в частотном диапазоне.
2) Подключить через линк в пакету Ansoft Designer&NEXXIM и в нем назначит источники на те или иные порты. Считает он как в частотном, так и во временно режиме. Т.е. можно получить как спектры, S/Y/Z-параметры и их производные, так и временные зависимости. Всякие там неоднородности можно промоделировать (коннекторы/переходы) или в 3D средствами HFSS, или извлечь т.н. W-елементы средствами Q3D/Q2D Exctractor`мом и использовать модель в Designere.
3) Поля, создаваемые элементами ПП берут из SIWAVE по ссылке в HFSS и на оборот, в зависимости от того, что на что влияет и какой элемент анализируется (радиатор на микросхеме переизлучает или антенна в составе миниатюрного влияет по трассировке ПП на электромагнитную обстановку и работу в целом изделия). Поля задаются как внешние возбуждающие, рассчитанность в полевом решателе HFSS/MAXWELL/SIWave "Near Field Wave".