复杂通信机箱内高速连接器电磁干扰建模与仿真

摘要

复杂通信机箱的数值建模与宽带响应分析是最复杂的电磁仿真场景之一。当机箱内部加载复杂干扰源，如传输多路随机信号的高密度高速连接器时，机箱的泄漏风险则更加难以预估。本文致力于机箱系统级高效精确的电磁兼容数值建模方案研究，包括干扰源建模与分析、干扰源与机箱的高效仿真方法，以及复杂干扰源存在时的机箱泄漏风险评估模型。 首先，完成了复杂连接器的数值建模，包括吸波材料、寄生电容的建模。此外，引入子结构特征模理论研究干扰源的谐振和电磁辐射特性，并设计了数值实验来验证了子结构特征模在实际设计中的应用前景。与传统特征模方法相比，子结构特征模方法计算效率高，模式少，更具鲁棒性和准确性。 其次，真实机箱内部电路含有多种电磁参数未知的有耗媒质，而目前的空机箱或简单填充机箱模型与真实机箱谐振特性相去甚远，缺少工程意义。对此，本文提出一种有耗背景传输媒质等效模型以模拟机箱内部损耗。对于复杂通信机箱，本文创新性地将机箱等效为混响室结构，基于混响室 Q 值测试理论为背景传输媒质模型提供参数设置依据。该测算融合的参数设置方法使得数值模型与实际测试模型在损耗特性上相近，避免了当前机箱模型过于简化的弊病，同时加快以能量收敛门限为判决标准的时域算法的收敛速度。 然后，为解决离散芯片管脚、连接器精细Pin脚与电大尺寸机箱带来的多尺度网格问题，本文基于等效原理，提出一种协同仿真方案:即先提取局部机箱模型中的等效近场源，再将其代入机箱进行二次仿真。由于避免了一体化仿真时精细结构剖分导致的网格数激增问题，整体仿真时长大大降低。 最后，为简化分析连接器的多路信号随机传输效应，基于阵列天线理论中的有源叠加原理，提出先建立连接器随机信号传输的蒙特卡罗统计模型，再通过提取满足给定泄漏概率条件下的近场源来与机箱进行协同仿真以分析机箱的泄漏风险。该方法同样适用于多种干扰源并存时的协同仿真和辐射风险预估。

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