電磁兼容分析與優化軟件設計淺析

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摘要：由于TPM高密度集成和千伏級工作電壓要求，模塊內部的電磁兼容問題尤為突出。本文采用C＃編程語言以及VBA宏語言，實現了一款電磁仿真分析與優化的軟件設計，并通過電路輸出紋波研宄驗證了其對模塊內行波管相位穩定度的影響并給出改進意見，對TPM電磁兼容設計具有指導意義。

關鍵詞：TPM；仿真平臺；電磁兼容；C＃；紋波。

1引言

太赫茲微波功率模塊（TerahertzPowerModule，TPM）是一種工作于太赫茲頻段的高密度集成功率設備，常用于衛星通信等領域。內部由于整合了高密度集成電源、行波管和固態放大器等器件，導致了內部電磁環境異常復雜，由于輻射和傳導等因素設備常常工作異常甚至損壞。因此電磁兼容問題的預測，定位干擾源，通過布局布線，加入濾波等手段對此類問題進行優化整改十分重要。對TPM在復雜電磁環境下的分析和研究需要專業的仿真軟件，CST作為一款電磁仿真軟件，雖然能夠對板級、系統級和設備級的電磁兼容問題仿真分析，但是由于其理論步驟和過程過于復雜且針對性較弱，因此本文基于VBA宏語言的CST控制技術，通過CST開放的Matlib／VBA以及Python等接口實現二次開發，完成了對電磁兼容問題仿真功能的集成與自動化分析，并且能夠對數據進行后處理操作。軟件平臺采用C＃語言設計，通過VBA語言在CST的基礎上開發調用I1－3］，從而開發一款針對TPM的電磁仿真分析軟件，通過典型案例介紹展示了軟件的設計思路，功能和實現方法，并重點分析了模塊內電源輸出紋波對工作穩定度的影響，為高密度功率模塊設計提供指導。

2軟件設計方案

2．1仿真軟件具備功能

為了能夠對TPM內部復雜電磁環境如傳導發射及輻射發射特性進行分析，本文設計的仿真軟件具備以下的功能：（1）模型預處理軟件平臺模型預處理的任務主要是實現模型構建。（2）數據后處理系統的數據后處理功能主要是根據用戶的自身需求，獲取待處理目標二維或三維數據的結果。軟件可以實現例如線形、標題和圖例的修改，二維坐標、對數坐標、傅里葉變換。通過對S參數、近遠場分布和瞬態電流／電壓的仿真結果分析，從而預測目標輻射敏感區域，傳導干擾數值進行改進優化。

2．2仿真軟件的設計與實現

軟件〒＾舍幾用IDEMicrosoftVisualStudio2019作為集成開發環境，包含C＃、C鐘等在內的多種編程語言，．Net可實現跨平臺開發。使用C＃編寫軟件平臺；通過VBA控制CST進行建模仿真＾使用Python編程語言進行數據后處理？該軟件乎臺整體采用分屋設計思想3乎合根據執行功能不同分為視嵐層，（View）、控制雇（Control）、模拱j｜｛Model）？視厲崖的座要功態包括參數設置、流程控制、數據導出和顯示等交互界曲1；控制層的主要功能包括調用C＃編寫的類庫，調用TPM傳導模塊和TPM輻射模塊的業務邏輯，傳導模塊和輻射模塊包含電路模型的創建，參數修改、探針添加、數據處理等；模塊層X分為模型預處理、模型計算、數據后處理以及電磁兼容問題分析。模型預處理包含實際模型建立，部分參數更改巻？模：型計算包含CSTPCBStudio、CSTMICROWAVEStudio、CSTCABLESTUDIO作室功能；數據磨處理及電磁分析模塊一方面包會愚對NavigationTree的一系列操作即導出相應的ASCII數據文件以及對相應數據進行處理生成對應結果，另一友面包含對處理結果的分析，用來預測目標的電磁兼容問題《本軟件甲臺的設計結構如圖1所示：TPM：X作需．要輸入的參數主要包括f工作電壓、工作電流和蟲作頻率等，部分參數設置如圓2所示：根據電路模型輸入理想參數（輸入電壓、輸入電流、頻率班行仿真s例如厲3所示管腳電流：

3TPM模塊輸出紋波與穩定度

M前TPM中行波管輸入功率的不穩定性、負載阻抗變化造成的相位不穩定性可以通過使用隔離器解決W。而脈沖行波管放大器設計過程中各極供電的電源電壓穩定性急需解決M。與陰極電壓相比，燈絲、收集極電壓等穩定性對相位穩定度的影響低幾個數量級，即本文研究不涉及收集極電壓和燈絲電壓穩定性的影響，而系統定置地分析了脈沖行波管放大器陰極電壓對TWT相位穩定度的影響，并且通過對比分析得也了效果更好的改進方式。如圈4所示為TPM內部組件高密度集成電源的輸出電壓22kV，為行波管提供禽作堆壓，，其中雜散著60V的紋波電壓，在賣際研究中，陰極電壓的不穩定性（紋波）＆在一定范圍內的，用有限變化Acp和AUk來表示，慢波線電長度為N（單位波長），所以由子EPC陰極輸出端不穩定將導致行波管產生的相移增量表示為Acp，由公式⑴可得5A＜pk？－0．58＾－iV－—式⑴Uk其中0．5871通常估算為104，實際計算時N取大功率行波管典型值＾由仿真可以看出陰極輸出電壓到達22kV，將在陰極產生約60V的紋波電壓，從而產生約14．18a的相移偏移』弘影響輸－出質：量如廣5所示6圖6紫色和藍色波形分別是輸出LC．型濾波電路和vt獲濾波電路后的輸出波形，録色波開I是未經任何改進的輸出波形，從圖中可以看到it型濾波電路相比LC型濾波更加有效的降低了紋波峰值。仿真測量LC型濾波電路后的輸出紋波峰值為7．56V，對相位增暈的最響約為1．79。型．濾波電路后的輸出紋波峰值為5．168V，對相位增憊的影響約為1．22°如圖7所示相較于LC型濾波抑制了約0．6°，所以本文最終選定使用itil濾敏路進行優化抑制。

4結論

通過利用CST的VBA、Pythaa接口在CST的基礎上進行二次開發，采用0＃語作為基礎實現了伉真〒臺搭建，并利用該軟件〒臺分析了TPM內電源輸出紋波對工作穩定度的影響，針對穩定度問題進行整改對比，為實現TPM正常X作提供了指導。

作者:田振峰 張金玲 康軍磊 王德 王晨晨 單位:北京郵電大學