关键电磁设备的强电磁脉冲耦合效应仿真方法
电子设备因其固有的“前门耦合”及“后门耦合”通道，极易受到诸如高空核爆电磁脉冲(HEMP)、高功率微波(HPM)等的电磁干扰，从而导致设备功能降级甚至毁伤。如何快速、准确地评估电磁脉冲经耦合通道侵入电子设备的能量，以确定防护指标和器件选型，则是实现电磁脉冲有效防护的关键环节，也是实际工程所面临的一大挑战。
背景介绍
由于传统实物测试方法存在时间周期长、资金费用高等缺点。而利用仿真手段，在产品设计初期，可定量地预估防护对象在电磁脉冲辐照下受到的电磁干扰能量，为防护指标的制定和防护措施的选用提供有效支撑，减小传统实物验证的迭代次数，甚至评估实物验证所不能开展的测试项目，最终可大幅降低经济和时间成本。
本案例以作为“前门耦合”的天线为例，介绍利用ANSYS HFSS仿真天线感应电磁脉冲能量的一般流程，以期提供一种有效的天线电磁脉冲感应能量的评估方法。
两种典型的电磁脉冲
评估天线感应电磁脉冲能量大小，前提是明确电磁脉冲激励。通过参照IEC61000-2-9和相关文献，可以给出HEMP和HPM两种典型电磁脉冲的时域波形表达式：
HFSS仿真流程
3.1 求解类型
由于要模拟的是时域电磁脉冲激励产生的耦合效应，将Solution Type设置为Transient，Driven Options设置为Composite Excitation，才能在后续的激励设置中定义所需的时域脉冲波形。
3.2 天线建模
利用HFSS Antenna Toolkit,实现88MHz单极子天线和3.5GHz贴片天线的快速建模。如下图所示：
3.3 添加入射平面波
3.3.1 插入平面波激励(Incident Wave Source)
在Antenna Toolkit生成的HFSS Design中，添加平面波激励。
注：在添加平面波激励前，需将原来的激励删除，并将端口设置为 Lumped RLC边界(50Ω)。
3.3.2 设置激励源位置和入射方向
î 88MHz单极子天线
3.5GHZ贴片天线
3.3.3 定义时域波形
î HEMP时域波形
HPM时域波形
3.4 仿真设置、参扫设置
î 添加Solution Setup(默认设置)
î 添加Parametrics，进行参数扫描设置
3.5 运行并查看仿真结果
î Check & Run Analyze
î View Results
不同入射角度下，单极子天线端口处感应的电压波形
不同入射角度下，贴片天线端口处感应的电压波形
小 结
本文重点介绍了ANSYS HFSS软件仿真天线感应电磁脉冲能量的一般流程，参照该方法可以得到天线端口的感应电压(或者电流)。结合天线后端射频电路或器件对电压(或电流)的受扰、受损阈值，该结果可以为防护指标确定、防护器件选择提供定量的数据支撑。
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