一种快速评估PCB间耦合参数的方法技术

本发明专利技术公开了一种快速评估PCB间耦合参数的方法，通过获取需要评估耦合参数的两个PCB的近场磁场信息，建立两个PCB的磁偶极子等效模型，确认需要评估耦合参数的两个PCB所处相对位置信息，放入辐射源PCB与受扰源PCB等效模型，使用假想惠更斯面，包围受扰源PCB，移走受扰源PCB，分割假想惠更斯面，计算各面元外表面磁场，移走辐射源PCB，将受扰源PCB放入假想惠更斯面内，分割假想惠更斯面，计算各面元内表面磁场，运用互易原理，对前项后项公式推导，计算两个PCB间耦合参数。本发明专利技术的方法获取需要评估耦合参数的两个PCB的近场磁场信息，便可快速评估出两个PCB间的耦合参数，具有评估速度快、不受测试场地与设备条件限制、不需实际测试等优点。测试等优点。测试等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种快速评估PCB间耦合参数的方法


[0001]本专利技术属于电子设计领域，具体涉及一种快速评估PCB间耦合参数的方法。

技术介绍

[0002]随着电子技术的发展，现代的印刷电路板不断趋于高频、高集成度、小型化，在PCB系统内部问题干扰严重的同时，由此引发PCB外部的干扰问题也越来越严重，由于PCB往往是一个系统的子系统或者重要组成部分，它既扮演着干扰源的角色，发射出电磁干扰能量，又扮演着敏感源的角色，被周围设备或系统干扰，而耦合参数是评估PCB间电磁干扰的重要指标。
[0003]在PCB的研发后期，会涉及到PCB外部的电磁干扰评估。传统方法通常需要将两个处于工作状态的PCB放置在一起，使用矢量网络分析仪进行测量。若现有两个PCB在不同地方制造，则它们之间耦合参数的测量难以实现。
[0004]现有的PCB近场扫描技术不断发展，如使用频谱仪扫描磁场幅值三次迭代的方式进行测量，使用矢量网格分析仪器进行测量，这些使PCB近场的磁场数据获取变得简单。
[0005]现在已有一些专利提到了一些关于电磁干扰评估的方法，如CN114065479A公开了一种基于互易原理的电磁干扰评估的仿真方法和计算机设备，该方法使用仿真方法、装置、芯片、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品，能够在终端设备研发前期提前干扰问题进行评估，判断干扰电流是否超过了预设值，减少了天线产品的设计的改版次数，缩短了研发周期，降低了研发成本。该方法仍存在一些不足，如只适用于天线的电磁干扰评估，对仿真的依赖性比较高。
[0006]现有技术的获取PCB间耦合参数的方法，实验方法一般需要在暗室中进行，且需要两块PCB同时处于试验环境下，实现起来比较复杂。另外耦合参数的计算可以通过全波仿真的方法获得，但对于两个结构复杂的PCB耦合参数的计算，前期的建模以及仿真计算需要花费大量的时间，有些更复杂的PCB的计算甚至不可能完成。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种快速评估PCB间耦合参数的方法，通过获取需要测量耦合参数的PCB的辐射近场信息，建立磁偶极子等效模型的方式，辅以互易原理，快速评估出相应频段的两个PCB间耦合参数。
[0008]本专利技术的技术方案为：一种快速评估PCB间耦合参数的方法，具体步骤如下：
[0009]步骤S1、使用全波仿真或近场扫描的方式，获取需要评估耦合参数的两个PCB的近场磁场信息；
[0010]步骤S2、使用磁偶极子等效建模方法，将两个PCB进行等效建模；
[0011]步骤S3、确认需要评估耦合参数的两个PCB所处的相对位置信息；
[0012]步骤S4、建立数学模型，放入辐射源PCB与受扰源PCB的等效模型，使用假想的惠更斯面罩住受扰源PCB，移走受扰源PCB，计算辐射源PCB的等效模型在惠更斯面外表面的切向
电磁场；
[0013]计算方法为：将惠更斯面分割成足够小的面元，计算各个面元外表面的切向电磁场，进而得到惠更斯外表面的切向电磁场。
[0014]步骤S5、移走辐射源PCB的等效模型，将受扰源PCB的等效模型放入步骤S4的假想的惠更斯面中，计算受扰源PCB在惠更斯面内表面的切向电磁场；
[0015]计算方法为：将惠更斯面分割成足够小的面元，计算各个面元内表面的切向电磁场，进而得到惠更斯内表面的切向电磁场。
[0016]步骤S6、根据步骤S4与步骤S5中提到的假想的惠更斯面的内、外表面切向电磁场，使用互易原理，计算两个PCB间的耦合参数。
[0017]进一步地，步骤S1中所述的近场扫描方式包括使用频谱仪扫描、矢量网络分析仪、示波器等扫描方式。
[0018]进一步地，步骤S1中所述的近场磁场信息包括磁场幅值与相位信息。
[0019]进一步地，步骤S2中所述的磁偶极子等效建模方法包括但不限于人工神经网络算法、最小二乘法、正则化方法、遗传算法、粒子群优化算法。
[0020]进一步地，步骤S3中所述的相对位置，包括两个PCB的尺寸大小信息与距离远近信息。
[0021]进一步地，步骤S6所述的使用互易原理，在前项推导问题与后项推导问题中惠更斯面内、外表面切向电磁场的关系式具体为：
[0022][0023]其中，上标“fwd”表示前向问题，“rev”表示后向问题，J和M分别表示电流源和磁流源。“a”表示激励源端口，“c”表示假想的惠更斯面，表示后项推导中假想惠更斯面的内表面的切向电场，表示前项推导中假想惠更斯面的外表面的电流，表示后项推导中假想惠更斯面的内表面的切向磁场，表示前项推导中假想惠更斯面的外表面的电流，表示前项推导中激励源产生的电场，表示后项推导中激励源的电流源，表示前项推导中激励源产生的磁场，表示后项推导中激励源的磁流源。
[0024]进一步地，使用互易原理的基本关系式后，并对公式进行化简后，可以使用电场和磁场替代电流源和磁流源，可得耦合电压的计算公式为：
[0025][0026]其中，Z
in
、Z
L
分别为受扰源PCB(M型微带线)激励时的输入阻抗和辐射源PCB(预警板)激励时的负载，一般均设为50Ω，为受扰源PCB(M型微带线)的激励电压，为惠更斯盒子表面分割后各个面元的单位法线矢量，S
cell
为面元面积。
[0027]进一步地，得到耦合电压后，设辐射源PCB(预警板)输入电压为U
in
，再由使用的基本的耦合参数的计算式为即可计算出耦合参数。
[0028]本专利技术的有益效果：本专利技术的方法通过获取需要评估耦合参数的两个PCB的近场
磁场信息，建立两个PCB的磁偶极子等效模型，确认需要评估耦合参数的两个PCB所处相对位置信息，放入辐射源PCB与受扰源PCB等效模型，使用假想惠更斯面，包围受扰源PCB，移走受扰源PCB，分割假想惠更斯面，计算各面元外表面磁场，移走辐射源PCB，将受扰源PCB放入假想惠更斯面内，分割假想惠更斯面，计算各面元内表面磁场，运用互易原理，对前项后项公式推导，计算两个PCB间耦合参数。本专利技术的方法获取需要评估耦合参数的两个PCB的近场磁场信息，便可快速评估出两个PCB间的耦合参数，具有评估速度快、不受测试场地与设备条件限制、不需实际测试等优点。
附图说明
[0029]图1是本专利技术的一种快速评估PCB间耦合参数的方法的流程图。
[0030]图2是本专利技术实施例中提供的CST中的M型微带线PCB仿真模型。
[0031]图3是本专利技术实施例中提供的预警板PCB的实物模型。
[0032]图4是本专利技术实施例中提供的M型微带线PCB的等效模型。
[0033]图5是本专利技术实施例中提供的预警板PCB的等效模型。
[0034]图6是本专利技术实施例中提供的需要评估耦合参数的两个PCB的结构与相对位置示意图。
[0035]图7是本专利技术实施例中提供的互易原理的前项推导的过程。
[0036]图8是本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速评估PCB间耦合参数的方法，具体步骤如下：步骤S1、使用全波仿真或近场扫描的方式，获取需要评估耦合参数的两个PCB的近场磁场信息；步骤S2、使用磁偶极子等效建模方法，将两个PCB进行等效建模；步骤S3、确认需要评估耦合参数的两个PCB所处的相对位置信息；步骤S4、建立数学模型，放入辐射源PCB与受扰源PCB的等效模型，使用假想的惠更斯面罩住受扰源PCB，移走受扰源PCB，计算辐射源PCB的等效模型在惠更斯面外表面的切向电磁场；步骤S5、移走辐射源PCB，将受扰源PCB的等效模型放入步骤S4的假想的惠更斯面中，计算受扰源PCB在惠更斯面内表面的切向电磁场；步骤S6、根据步骤S4与步骤S5中提到的假想惠更斯面的内、外表面切向电磁场，使用互易原理，计算两个PCB间的耦合参数。2.根据权利要求1所述的一种快速评估PCB间耦合参数的方法，其特征在于，步骤S1中所述的近场扫描方式包括使用频谱仪扫描、矢量网络分析仪、示波器等扫描方式。3.根据权利要求1所述的一种快速评估PCB间耦合参数的方法，其特征在于，步骤S1中所述的近场磁场信息包括磁场幅值与相位信息。4.根据权利要求1所述的一种快速评估PCB间耦合参数的方法，其特征在于，步骤S2中所述的磁偶极子等效建模方法具体为人工神经网络算法、最小二乘法、正则化方法、遗传算法、粒子群优化算法。5.根据权利要求1所述的一种快速评估PCB间耦合参数的方法，其特征在于，步骤S3中所述的相对位置，包括两个PCB的尺寸大小信息与距离远近信息。6.根据权利要求1所述的一种快速评估PCB间耦合参数的方法，其特征在于，所述的PCB的近场磁场的幅值与相位信息获取方式包括但不局限于矢量网格分析仪电磁场、频谱仪扫描幅值近场扫描方法，或使用CST、HFSS...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂宝林，张伟，王金坪，王佳宝，杜平安，于亚婷，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：