[发明专利]电磁波作用PCB上微带线的电磁干扰时域分析方法

说明书

本发明提供了一种电磁波作用PCB上微带线的电磁干扰时域分析方法，首先，采用传输线方程构建电磁波作用PCB上微带线的电磁耦合模型，传输线方程的建模精度取决于微带线的单位长度分布参数和等效分布源项。因此，根据微带线的结构尺寸，结合经验公式，计算得到微带线的单位长度分布参数。然后，采用时域有限差分(FDTD)方法结合亚网格技术对PCB的基片和接地板进行建模，计算得到微带线的激励场，并引入到传输线方程作为等效分布源项。建立好传输线方程之后，采用FDTD方法的中心差分格式进行离散，从而迭代求解得到微带线和端接电路上的瞬态响应。本发明避免了对微带线结构的直接建模，可以有效改善传统全波算法在模拟PCB上微带线电磁耦合时剖分所需网格量较大而导致计算效率低下的问题。

技术领域

本发明涉及PCB板上微带线的电磁干扰分析方法，提出高效的时域混合算法，适用于电磁波对微带线电磁干扰的快速模拟与分析。

背景技术

随着4G、5G通信技术的快速发展，使得通信、电子等领域使用的电子设备集成度越来越高。电子设备中的电路将半导体器件和微波、毫米波芯片等集成到PCB板上，各器件和芯片之间通过微带线进行数据传输和通信。对于PCB板电路而言，能够承受的功率比较小，在空间强电磁辐射源的作用下，将通过微带线耦合产生电磁干扰信号，进而对PCB板上的元器件造成干扰甚至是破坏。为此，需要分析电磁波对PCB板上微带线的电磁干扰特性，进而提出有针对性的干扰抑制方法。考虑到PCB板电路结构复杂，直接进行微带线的电磁干扰测试比较困难。因此，需采用数值算法进行模拟，以寻求微带线的电磁耦合规律。

目前，分析微带线的电磁干扰最常用的方法是全波算法，例如，时域有限差分(FDTD)方法、矩量法(MOM)，等等。其中，FDTD方法是一种应用广泛的时域算法，其非常适用于宽频带信号在空间传播、辐射和耦合的数值模拟。采用FDTD方法对微带线进行网格剖分，然后按照时间步进的方式即可迭代求解得到电磁波在微带线上耦合产生的瞬态响应。但是，FDTD方法用于微带线电磁耦合分析的劣势在于需要对微带线直接进行网格剖分，由于微带线的结构比较精细，必然会造成网格需剖分得很细而导致网格量增加，造成计算资源的浪费。因此，迫切需要研究一种高效的时域混合算法，能够在避免对微带线直接建模的前提下，快速计算得到电磁波在微带线和端接电路上耦合产生的瞬态响应，并能保证与全波算法可比拟的计算精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术处理微带线电磁干扰时耗费大量计算资源的缺点，提供一种高效的时域混合算法，能够快速地模拟和分析电磁波对微带线的电磁干扰问题。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，电磁波作用PCB上微带线的电磁干扰时域分析方法，包括以下步骤：

采用传输线方程，构建电磁波作用PCB上微带线的电磁耦合模型；

结合经验公式，根据微带线的结构参数，提取微带线的单位长度分布参数；

对移除了微带线的PCB板结构进行建模，计算微带线周围空间的电磁场分布，作为等效分布源项引入到传输线方程；

采用FDTD方法对传输线方程进行差分离散，迭代求解得到微带线和端接负载上的电压和电流瞬态响应。

本发明将FDTD方法的时域全波模拟的优势与传输线方程高效建立场线耦合模型的特点结合起来，并引入相应的网格技术，形成一种高效的数值计算方法，该方法首先根据传输线方程的思想，建立电磁波对微带线的电磁耦合模型。通过经验公式，根据微带线的结构参数，提取微带线的单位长度分布电感和电容参数，然后采用FDTD方法结合亚网格技术对移除了微带线的PCB板结构进行建模，仿真得到微带线周围的切向电场分量和垂直电场分量，从而引入到传输线方程作为等效分布电压源和电流源项。最后，采用FDTD的中心差分格式对传输线方程进行离散，迭代求解得到微带线和端接负载上的瞬态电压和电流响应。