نرم افزارهای CAD برای مطالعه سازگاری الکترومغناطیسی
در این بخش به طراحی محصول از لحاظ EMC به کمک کامپیوتر پرداخته می شود.
نرم افزارهای CAD
یک گزینه ی بسیار مناسب برای طراحان ابزار CAD می باشد که تشعشعات RF و حساسیت مدار را با دقت کافی
که مناسب مراحل اولیه ی طراحی است، پیش بینی می کند. با انجام این کار تکنیک های
EMC قابل پیاده سازی است و می تواند هزینه های تغییرات در مرحله ی تولید را کاهش دهد.
دلیل اینکه این موضوع این است که چنین ابزاری هنوز ساخته نشده لیکن با این حال بسیاری از مسائل با
استفاده از نرم افزارهای محاسبات الکترومغناطیسی قابل حل هستند.
اما گرچه اینگونه نرم افزارها برای متخصصان EMC مناسب هستند ولی برای طراحان محصول کافی و کارآمد نیستند.
گروه های بسیاری در حال توسعه ی نرم افزاری هستند که نیاز به تخصص کمتری در این راستا دارد.
با این وجود این محققان با مشکلاتی روبرو هستند از جمله:
- مدلسازی یک مجموعه از المان های الکترومغناطیسی ساده است اما وقتی تعداد این المان ها به مقدار n افزایش می یابد، حافظه ی محاسباتی به مقدار و زمان محاسبات به مقدار افزایش می یابد. بنابراین وجود محدودیت ها در سرعت و حافظه ی کامپیوتر یکی از مشکلات موجود است.
- با افزایش فرکانس، سایز المان باید برای رسیدن به دقت مناسب کاهش پیدا کند. خیلی از روش های محاسباتی در حوزه ی فرکانس کار می کنند و محاسبات باید به ازای هر فرکانس تکرار شود.
- اتصال سیم ها و کابل ها تاثیر قابل توجهی روی کوپلینگ دارند و باید مدل شوند.
- جریان های مدار می تواند با در نظر گرفتن مسیر ها و امپدانس های مدار از لحاظ تئوری مدلسازی شوند اما این مقدار می تواند به میزان قابل توجهی با مقدار جریان ها در مدار واقعی متفاوت باشد. به عنوان مثال دامنه ی هارمونیک های کلاک مرتبه ی بالا به مقدار rise timeبشدت وابسته است. این در حالی است که مولفه ی rise time با مقدار خازن های مدارقابل تغییر است.
مدلسازی پکیج:
نرم افزارهای موجود که برای اهداف مدلسازی الکترومغناطیسی در دسترس هستند
به منظور مسائل کوپلینگ EMIدر کاربردهای مشخصی توسعه یافته اند. هر مسئله ی EMC را می توان
به سه بخش منبع تداخل، مسیر کوپلینگ و گیرنده (یا قربانی) تداخل تقسیم کرد. ساختار مسیر اتصال مکانیزم
هدایتی یا تابشی و یا هر دوی آنها باشد که عموما قابل تجزیه و تحلیل هستند. به عنوان مثال ولتاژ و یا جریان
موجود در کانکتور می تواند ناشی از تزویج بین ساختار و یک میدان خارجی باشد.
یکی از کاربردهای مدلسازی پکیج می تواند مدلسازی جریان سطحی روی بدنه ی هواپیما باشد
که تحت معرض میدان صفحه ای قرار گرفته است و جریان هایی که در کابل ها به سمت بدنه جاری هستند، مشخص شوند.
کاربرد دیگر آن مشخص شدن انتقال انرژی RFاز طریق منافذ شیلد است.
کدهایی که برای مدلسازی الکترومغناطیسی در این موارد قابل استفاده هستند از روش FDTD، MOM،
مدلسازی خط انتقال و یا FEM برای حل معادلات ماکسول استفاده می کنند. هر کدام از این
روش ها مزیت خاص خود را دارد
به عنوان مثال روش MoM مشکلات کوپلینگی که در سیم ایجاد می شود
به عنوان مثال در آنتن، را به خوبی تحلیل می کند. درحالیکه روش مدلسازی خط انتقال و یا روش FEM بیشتر
مناسب مسائل با محیط ناهمگن و یا هندسه ی پیچیده هستند، مانند تعیین جریان های سطحی روی محفظه.
در مواردی باید حتی برای حل مسائل ساده تقریب زده شود تا مساله با تلاش قابل قبول حل شود.
به عنوان مثال تزویج میدان نزدیک بسیار پیجیده تر از میدان دور است به دلیل اینکه ماهیت منبع به شدت
موج را تحت تاثیر قرار می دهد. اندازه ی پنجره های موجود در شیلدینگ یک مساله ی بحرانی است
زیرا پنجره هایی که از لحاظ الکتریکی بزرگ هستند( اندازه در مقایسه با طول موج) مناطق داخل و
خارج شیلدینگ باید در محاسبات لحاظ شوند، در حالیکه مدلسازی روزنه های کوچک بسیار ساده تر است.
مشکل اصلی در استفاده از پکیج های نرم افزاری برای موارد طراحی محصولات تجاری این است که این پکیج ها
برای اهداف متفاوت تری از جمله تحقیق در مسائل EMC خاص طراحی شده اند که از لحاظ تکنیکی طراحی
متفاوت تری ( از جمله ساختار مکانیکی، کابل کشی، کانکتورها و محفظه ی شیلدینگ در آنها
به دقت طراحی شده اند) نسبت به محصولات تجاری دارند.
نرم افزار CAD برد:
بعضی از بسته های طراحی مدار و پکیج های طراحی برد موجود، تحلیل های خطوط انتقال
را برای مدارهای منطقی سرعت بالا و با در نظر گرفتن پارامترهای خطوطی که با هندسه
و دی الکتریک برد محاسبه شده اند را، ارائه می دهد. توسعه دادن این توانایی به حوزه
مشخصات RF برد که با محیط خود در ارتباط و تعامل است کار پیچیده ای است.
یک روش کلی تقسیم مساله به چند بخش مانند برد، کابل های داخلی، محفظه و
کابل های خارجی است و سپس برای هر بخش روش عددی متناسب اعمال شود و در نهایت
با در نظر گرفتن خروجی ها جمع بندی نهایی حاصل شود.
پیش بینی تشعشع:
نرم افزارهایی موجود هستند که میزان تشعشع را با انجام محاسبات پیش بینی می کنند.
اینکار مثلا با استفاده از تحلیل ساختار خط انتقال بردهای چند لایه دارای صفحه زمین و
بردهایی با مسیر بازگشت مجزا برای تشعشعات میدان نزدیک ،انجام می شود.
روش دیگر ادغام جنبه های EMC با بخش های مکانیکی طراحی است که می تواند به طور خودکار بویژه در
مباحث حرارتی مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال، طراحی سایز و جایگذاری هیت سینک و
پنجره های تهویه در یک محفظه ی فلزی دو ویژگی EMC و گرمایی را تحت تاثیر قرار می دهد. نرم افزارهای CAD
نرم افزارهای CAD
بدون دیدگاه