一種含外加場耦合的線纜等效電路建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種存在外加場禪合條件的線纜系統(tǒng)等效電路建模方法。更特別地 說，本發(fā)明針對(duì)任意符合或近似符合線性特性的線纜系統(tǒng)，在存在外加場禪合的條件下可 建立包含源器件的等效電路模型。
【背景技術(shù)】
[0002] 電子系統(tǒng)中廣泛使用線纜進(jìn)行能量和信號(hào)傳輸。在外加場存在的條件下，線纜會(huì) 禪合外加場的電磁能量，在線纜終端處產(chǎn)生禪合電壓和電流，可能干擾電子系統(tǒng)的正常工 作。因此，對(duì)包含外加場禪合的線纜系統(tǒng)進(jìn)行建模十分必要，目前主要方法包括如下兩種： 1)部分單元等效電路(PEEC)建模，該方法基于電磁場積分方程直接將場關(guān)系用電阻、電容、 電感進(jìn)行表征，同時(shí)外加場禪合等效為電壓源，但其構(gòu)建的電路模型復(fù)雜度與全波算法相 當(dāng)，效率過低;2)傳輸線理論方法，該方法基于傳輸線假定，將線纜等效為電阻、電感和電容 的串并聯(lián)，外加場禪合等效為串聯(lián)電壓源和并聯(lián)電流源;其具有等效電路結(jié)構(gòu)簡單，物理意 義明確等優(yōu)點(diǎn)，但通用性和普適性較差，只能用于較為規(guī)則的線纜系統(tǒng)。
[0003] 目前已有研究通過矢量擬合方法進(jìn)行電路等效，此類方法既具有較低的復(fù)雜度和 較高效率，又具有較好的通用性和普適性。然而已有此類模型中均未包含外加場禪合效應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 線纜系統(tǒng)是一種典型的線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)指所有可能的輸入變量和初始狀態(tài)都 滿足疊加原理的系統(tǒng)。對(duì)于電子系統(tǒng)而言，線性系統(tǒng)可W保證在輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相比 不產(chǎn)生新的頻率分量，從而使得系統(tǒng)中任意端口間的電流和電壓關(guān)系可W用系統(tǒng)函數(shù)進(jìn)行 表示。線纜系統(tǒng)的線性特性是本方法能夠成立的基礎(chǔ)。
[0005] 為了描述存在外加場禪合條件下的線性電子系統(tǒng)的完整特性，本發(fā)明基于矢量擬 合等效方法，提出一種包含外加場禪合的等效電路建模方法。其主要過程為通過數(shù)值仿真 或?qū)崪y獲取存在外加場條件下端口參數(shù)數(shù)據(jù)，通過擬合和電路轉(zhuǎn)化最終獲取線性電子系統(tǒng) 的等效電路模型。
[0006] 本發(fā)明提供的等效電路建模方法包含如下步驟：
[0007] 第一步，通過數(shù)值仿真或?qū)崪y獲取數(shù)據(jù)，建立電子系統(tǒng)的包含電流源或電壓源的 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模型，W "導(dǎo)納矩陣+電流源向量"或"阻抗矩陣+電壓源向量"的形式給出；
[000引第二步，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模型得到基本電路結(jié)構(gòu):對(duì)于"導(dǎo)納矩陣+電流源向量"的形 式轉(zhuǎn)化為Π 型電路結(jié)構(gòu)，而"阻抗矩陣+電壓源向量"的形式則轉(zhuǎn)化為T型電路結(jié)構(gòu);所述的 Π 型電路結(jié)構(gòu)和T型電路結(jié)構(gòu)中，在各端口處存在并聯(lián)電流源或串聯(lián)電壓源。
[0009]第Ξ步，利用矢量擬合方法(Vector Fitting),將基本電路結(jié)構(gòu)中的各器件量值 由頻譜數(shù)據(jù)形式轉(zhuǎn)化為零極點(diǎn)式形式，各端口器件導(dǎo)納需與并聯(lián)的電流源同時(shí)進(jìn)行擬合， W保證具有相同的極點(diǎn)；各端口器件阻抗需與串聯(lián)的電壓源同時(shí)進(jìn)行擬合，W保證具有相 同的極點(diǎn)。
[0010] 第四步，將零極點(diǎn)式形式存在的各器件量值轉(zhuǎn)化為包含電流源/電壓源器件的等 效電路。
[0011] 對(duì)各端口處電流源與并聯(lián)的導(dǎo)納同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，W得到包含電流源的等效電 路，對(duì)各端口處電壓源與并聯(lián)的阻抗同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，W得到包含電壓源的等效電路。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)或有益效果在于：
[0013] (1)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模型具有良好的通用性，便于與其他仿真工具的連接進(jìn)行聯(lián)合仿真；
[0014] (2)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模型可W同時(shí)描述時(shí)域和頻域特性，避免了復(fù)雜的時(shí)域-頻域轉(zhuǎn)換問 題；
[0015] (3)本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模型僅包含基本的電阻、電容、電感和電壓源或電流源，不 存在物理意義未知的復(fù)雜器件，提高了模型的通用性并降低了計(jì)算復(fù)雜度。
【附圖說明】
[0016] 圖1為Π 型基本電路結(jié)構(gòu)；
[0017] 圖2為阻抗與電流源并聯(lián)的電路結(jié)構(gòu)；
[0018] 圖3為Y與Is實(shí)數(shù)項(xiàng)與一階項(xiàng)對(duì)應(yīng)等效電路；
[0019] 圖4為實(shí)數(shù)極點(diǎn)部分對(duì)應(yīng)等效電路；
[0020] 圖5為共輛復(fù)數(shù)極點(diǎn)對(duì)部分對(duì)應(yīng)等效電路；
[0021] 圖6為外加場福照下的線纜系統(tǒng)；
[0022] 圖7為擬合前后幅度電流源和導(dǎo)納幅度對(duì)比；
[0023] 圖8為擬合前后電流源和導(dǎo)納相位對(duì)比；
[0024] 圖9為時(shí)域激勵(lì)信號(hào)波形；
[0025] 圖10為等效電路(SPICE)模型與CST時(shí)域仿真結(jié)果對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0027] 本發(fā)明提供一種含外加場禪合的線纜等效電路建模方法，包括如下步驟：
[0028] 步驟1:網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模型建立；
[0029] 在存在外加場禪合效應(yīng)的條件下，本發(fā)明采用的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模型包括兩種：1)導(dǎo)納 矩陣+電流源向量；2)阻抗矩陣+電壓源向量。W二端口網(wǎng)絡(luò)為例，其"導(dǎo)納矩陣+電流源向 量"形式的表達(dá)式為：
[0030]
[003。 此處Ii、l2分別為二端口網(wǎng)絡(luò)兩端口處的電流值，Vi、V2分別為兩端口處的電壓值。 ￥11、柏、￥21、￥22構(gòu)成導(dǎo)納矩陣。13謝132分別為由外加場引起的兩端口處的等效電流源，構(gòu)成 電流源向量。此時(shí)，該線性電子系統(tǒng)的特性可由導(dǎo)納矩陣和電流源向量代表和描述。
[0032]導(dǎo)納矩陣和電流源向量由數(shù)值仿真或?qū)崪y直接或間接獲取。W數(shù)值仿真為例，絕 大部分?jǐn)?shù)值仿真軟件提供散射矩陣輸出，該散射矩陣可直接轉(zhuǎn)換為導(dǎo)納矩陣。甚至部分仿 真軟件(如CST)可直接提供導(dǎo)納矩陣參數(shù)輸出。對(duì)于電流源向量的獲取，可令端口處阻抗為 零，此時(shí)仿真得到的各端口電流即為等效電流源，可構(gòu)成電流源向量。
[0033] 本步驟中所獲取的導(dǎo)納矩陣和電流源向量參數(shù)W頻譜數(shù)據(jù)的形式存在。
[0034] 步驟2:基本電路結(jié)構(gòu)建立；
[0035] 對(duì)于步驟1中得到的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模型，需進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為基本電路結(jié)構(gòu)。其中，導(dǎo)納矩 陣+電流源向量的形式可轉(zhuǎn)化為Π 型電路結(jié)構(gòu)，"阻抗矩陣+電壓源向量"可轉(zhuǎn)化為T型電路 結(jié)構(gòu)。W公式（1)對(duì)應(yīng)的二端口網(wǎng)絡(luò)為例，其Π 型電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1中各參量與公式 (1)各參量的關(guān)系如公式(2)所示。圖1中Isi和Is2與公式(1)中相同，因此不單獨(dú)注明。
[0036] Yc = -Yi2 = -Y2i
[0037] Υι = Υιι+Υ?2 (2)
[003引 Υ2 = Υ22+Υ21
[0039 ] 其中，Υ。為二端口網(wǎng)絡(luò)中端口 1和端口 2的跨接阻抗;Yi和Υ2分別為二端口網(wǎng)絡(luò)中端 口 1和端口 2的對(duì)地阻抗。
[0040] 圖1中所示的基本電路結(jié)構(gòu)可分為Ξ個(gè)部分，即圖中的化rtl 和化。 Parti和化的3作為端口 Podl、Pod2處的部分，存在并聯(lián)等效電流源Isi和Is2,運(yùn)也是外場 禪合存在導(dǎo)致的結(jié)果。Part2作為禪合部分，則不存在電流源或電壓源。運(yùn)Ξ部分可表示為 如圖2所示化d端的電流源Is與導(dǎo)納Y并聯(lián)的電路結(jié)構(gòu)(對(duì)于化的2,相當(dāng)于令電流源ls = 0)。 此時(shí)，所有參數(shù)仍然W頻譜數(shù)據(jù)的形式存在。因此，接下來需要進(jìn)行進(jìn)一步的轉(zhuǎn)化。由于Ξ 部分都可W由圖2的通用結(jié)構(gòu)表示，因此僅針對(duì)圖2進(jìn)行分析，而不對(duì)Ξ部分進(jìn)行分別的重 復(fù)性說明。
[0041 ]步驟3:矢量擬合獲取零極點(diǎn)式形式；
[0042]對(duì)于圖2的通用電路結(jié)構(gòu)，利用矢量擬合方法可W轉(zhuǎn)化為如下W復(fù)頻域(S域)表示 的零極點(diǎn)形式表達(dá)式：