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
î88MHz单极子天线
3.5GHZ贴片天线
3.3.3 定义时域波形
îHEMP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
îCheck & Run Analyze
îView 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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