丛书15-算例18：悍马车线缆EMP辐照敏感度(RS)仿真

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EMP 信号已在 CST 中内置了：
对于各个引脚，单线两个引脚各接 50Ohm 电阻接地；同轴线内导体两引脚各接 50Ohm 电阻接地，外导体直接接地； 双绞线两信号线对接，负载 100Ohm 电阻。全部连接完毕后的视图如下：
至此，关于悍马车在遭受强电磁脉冲（EMP）打击时其上线缆线束上感应起来的瞬态冲击电压电流仿真的物理设置 已经结束，下面进行求解器设置。 启动 EMP 瞬态电磁仿真
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仿真时间内存统计
电缆 Modelling 网格数 仿真时间 使用内存 辐射发射 网格数 仿真时间 使用内存 TLM 求解器 3,341,250 3h 22m 86.17MB 1m 8s 电缆 2D TL 求解器
总结
以上采用 CST 电缆工作室™对车载平台遭受强电磁脉冲 EMP 信号辐照时其上线缆线束上感应起来的瞬态冲击电压电 流以及车上机箱设备中的瞬态电磁场进行了时域场路协同仿真。 这是一个典型的 GJB1389 系统级瞬态电磁效应仿真预估。 仿真结果准确可信，仿真耗费资源极少，整个仿真在 Dell T5500 工作站(Intel Xeon E5506, 8G 1333Hz RAM)完成，耗费时 间一共 3hr 22min。
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几何建模
上图所示的结构为悍马车内的控制单元，我们将其命名为 1-6，其中 6 个单元分别代表： (1) 车载显示控制面板 (2) 雷达 RF、信号处理单元 (3) 电子对抗单元 (4) 随动控制单元 (5) 数据库、车载计算机 (6) 车载动力配电设备
其中 2-6 单元都与车载显示控制面板 1 有电缆相连，且 2-6 单元间有的相连。各单元连线中包括了单线，双绞线，同 轴线，双屏蔽双绞线，且有的线束捆扎中含有多种线型。Wire x-y 代表从单元 x 到单元 y 的线束。 启动 CST 设计环境™后，选择 CST 电缆工作室™。
提取线束的等效分布参数模型 在 CST 电缆工作室中进行场仿真，建立 TL 网格耗时 18s，2D 场求解耗费 45s，导出 TL 模型耗费 5s，最终得到下 图所示的网络模型。
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查看结果
机箱内电场探针结果 可以通过单击 Navigator TreeTLM ResultTime Domain/Frequency 查看探针上的时域/频域结果。
如 5 号（左）和 4 号机箱（右）中的电场场强探针的时域信号
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其各自的电场场强频谱见下
车上线缆上的感应电压电流 单线（左图）和屏蔽同轴线（右图）上的瞬态感应电流：
可以明显看到单线的感应电流是同轴线感应电流的 10-20 倍，即 20-23dB 的差值。表明屏蔽同轴线对于 EMP 信号相 对于单线有约 20-23dB 的屏蔽效果。 车身表面上的冲击电流 下面四张图分别是 1.97ns，21，988ns，47.971ns，97.997ns，通过彩色显示，可以明显看到一个 EMP 信号从 0 到峰 值再到最小值通过车体的过程：
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导入模型 在 CST 电缆工作室™中可以直接建模，也可以导入三维悍马车模型，为了方便这里直接导入悍马车模型。CST 电缆 工作室™支持 SAT，STL ，OBJ，IGES 等通用格式，也支持如 Pro/E，CATIA 等 CAD 格式，您可以根据需要灵活选择。 导入的模型可以直接仿真，无需进行繁琐的修复，这是 CST 软件区别于许多基于有限元法或矩量法软件最有特点之处之 一。其他软件则需要浪费大量的时间用于导入模型的删减和修补，否则无法划分网格，更不用讲仿真了。 导入模型后视图如下：
我们还要考查机箱内的电磁干扰，为此要得出由于这些线缆线束上信号在机箱内部所感应出的电场场强，以及在机 箱内线缆所感应的杂声电压和电流。所以仿真中车载机箱机柜上的各种形式的散热孔缝、搭接、接线端子、插座等均要 进行正确建模。CST 的精简模型库拥有各类孔缝、搭接、螺钉等等的等效模型，将其置换后，便可以不用划分网格，提 高仿真效率和精度。 以机箱 1 为例，将搭接缝隙等效为精简模型。
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机箱的孔缝数建模软件只能建立线缆线束的几何路径，而没有这些线缆的电特性，如导线材料的电导率、绝 缘层的介电常数、同轴线屏蔽层的金属丝材料、线径、多少股编织而成等等，这些电特性全部需要在 CST 中定义。 这里我们共创建 9 组线束，定义的线缆分别是 Wire6-1，Wire6-2，Wire6-3，Wire6-4，Wire6-5，Wire4-1，Wire5-1， Wire2-1，Wire3-1。其线型如下：网线、双绞线、同轴线，单线等。
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算例 18：悍马车线缆 EMP 辐照敏感度（RS）仿真
1980 年 AMG 承接美国军方一宗军车设计任务，设计出悍马越野军用汽车。1983 年美国 LTV 公司从美国汽车公司手 中购入 AMG 汽车公司。1992 年，AMG 又转入了 Renco 集团。同年，借助于在海湾战争中的优异表现，第一辆民用悍马 面世，即悍马越野车，立刻赢得了众多青睐。由于优异的运行性能，被业内外人士誉为“越野”车王。 在这里，我们利用悍马车模型作为小型系统级仿真载体，对车载平台遭受 EMP 辐照时其上线缆线束所受到的瞬态冲 击效应进行仿真分析。 通过三个悍马车的算例，我们将对 CE、RE、RS 三大类 EMC 问题进行精确全波电磁仿真，包含： 1）车载每个线缆上有不同周期、不同电平、不同波形的任意信号（局域网数字信号、电机控制信号、传感器反馈信 号、动力伺服系统驱动电源等等）正常工作情况下（即同时工作时）观察各线缆上的互耦噪声电压电流（传导发射 CE）； 2）车载设备在正常工作情况下，这些信号对外辐射，对其他设备通过辐射发射所引起的干扰（辐射发射 RE）； 3）在外界强电磁脉冲（EMP）、强射频场（HIRF）、雷击（Lightning）、静电放电（ESD）等瞬态和稳态电磁辐射 场下整车设备和线缆线束的辐射敏感度（RS）。 尽管算例是以悍马车为载体，但是整个仿真完全独立于平台，可以是车、坦克、飞机、舰船、卫星等各类平台。 本算例着重车载线缆 RS 的仿真。 仿真统计信息 电缆 Modelling 网格数 仿真时间 使用内存 辐射发射 网格数 仿真时间 使用内存 TLM 求解器 3,341,250 3h 22m 86.17MB 1m 8s 电缆 2D TL 求解器
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定义强电磁脉冲 EMP 本例中激励信号为国军标 GJB1389 也即美军标 MIL-STD464A 中的强电磁脉冲（EMP）信号，峰值场强为 50kV/m， 而 EMP 信号的能量大都集中在 30MHz 以下，因此将仿真的频率范围定义到 75MHz 就能够包含 EMP 信号的主要能量。 定义好后的 EMP 从车的右边照射过来，如下图：
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单击
或菜单栏中 Simulation Update 启动仿真即可。
仿真结束，查看 Logfile，对于一个复杂的悍马车车载数十根线缆的复杂问题，CST 电缆工作室™ 仿真时间为 3hr 22min，耗费内存 105.268MB。一次仿真得出所有线缆上所有端口处的瞬态冲击电压电流及其频谱。
精细结构采用精简模型等效 由于要充分考虑窗户的金属网的电磁波透射以及机箱机柜的缝隙，孔阵对电磁波透射的影响，因此需要对这些地方 进行定义。如：车窗上装有 25 目的金属屏蔽网，采用 CST 特有的丝网精简模型，能够大大地降低仿真时间和内存需求， 同时还能提高仿真精度，这是 CST 特有的技术，特别适用于精细电磁结构的电磁泄漏的仿真。
在仿真中选择 TLM Solver 全波电磁辐射求解器，再选择辐射敏感度 Irradiation 的仿真任务。
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