FloEMCFlotherm中文教程T3.doc

教程 3: 使用发射模型计算屏蔽效能

教程3将介绍如何用将发射天线置于壳体内部的方式来计算壳体的电场屏蔽效能。在计算了自由空间的场分布之后，用户可以归一化处理这些场分布的大小。在本例中，用户需要做以下的工作：

第一步：导入提供的模型
第二步：按照辐射问题的要求修改模型的边界条件
第三步：计算有及没有缝隙和底盘两种情况的模型
第四步：分析这两种情况的计算结果
第五步：用没有底盘的计算结果去归一化有底盘的计算结果
第六步：确认电场泄漏位置及情况

在此教程中，将会讨论下列新名词：
精简模型（SmartParts）;
· 通风板（Perforated Plates），缝隙（ Slots），搭接（ Seam），线缆（ Wires）；
库（Library）；
目录组成（Assemblies）；
模型等级（Hierarchy）；
坐标系统（Coordinate Systems）；
网格（Grid）；
激活/使无效（Activation / Deactivation）

模型及仿真的问题的描述

水平方向的缝隙
(1.5 x 0.25 in.)
垂直方向的缝隙
(1.5 x 0.25 in.)
有搭接的箱盖
(1cm 搭接)
箱角上缝隙
(4 in. x 10 mil.)
铝箱
(6 x 6 x 4 in.)

FLO/EMC 所建的仿真模型

箱体表面的缝隙
等效的通风板模型(Perforated Plate)
壳体上的搭接

教程 3 – 用辐射模型计算屏蔽效能
导入预存模型

在项目管理器 Project Manager (PM)中找到 [Project/Load] 并选择 Tutorial 3. 点击 Load.
按 F6 展开项目的根目录 Root Assembly.

仿真环境参数设置

在项目管理器 Project Manager中, 点击 [Model/Modeling] 打开 Modeling 对话框。
请确认求解类型（Type of Solution），设置为内部源形式（Internal Source(s)）。
在同一个窗口中设置最大仿真频率（Maximum Frequency Range）为3GHz；
最大时域仿真时间（Max. Simulation Duration）为40 ns；
另外一个用于判断计算结束的准则－剩余能量残渣（Termination Resid. Energy）为 1e-6；
选择激励类型（Excitation）宽带激励（Broadband）；
选择 OK 完成Modeling 窗口内容的设置。

用内部源来激励模型并计算由壳体向外的辐射，对于这种类型的问题必须进行以上的参数设置方能进行正常的仿真计算。

为了能够监测壳体外部的电场及磁场大小，模型中放置了三个监测点模型（Monitor Points）于壳体的正面、后面及侧面来模拟FCC的试验环境。这些监测点就像实际试验中的探针可以拾取该位置上计算出来的场量，即使这些点位于计算域之外也可以正常监测。
在项目管理器 Project Manager 的目录树中，点击高亮Enclosure这个部件。点击打开控件面板Palette ()，并单击两次里面的监测点模型Monitor Point ( )。这样就在整体模型的中央创建了两个监测点模型。
在项目管理器 Project Manager 的目录树中选择刚添加的第一个监测点Monitor Point 并右键点击选择位置Location项。重命名监测点 Monitor Point 为“Monitor Point Front”。设定监测点位置坐标Z为 3m (请注意右侧关于长度单位的设定)。
点击OK以保存设置并关闭对话窗。
右键点击监测点并选择场量设置项Field Components。
在弹出的对话框中选择 E and H Field 并点击下方的 Attach。最后点击 Dismiss 来关闭监测点出观测场量的设置窗口。
对剩余的几个监测点重复同样的操作，注意每个监测点的方位不同，故坐标需要改变成X或者Y，并请不要忘记设置每个监测点处的观测场量。
点击图标保存所有操作。

一个复杂的项目如果用子目录(sub Assemblies)的形式来管理会非常方便。在项目管理(Project Manager)的界面下，先点击根目录，如右图中的EMI Box，然后点击控件面板中的子目录图标就可以在根目录下创建一个新的子目录。
在刚新建的子目录名字上再点击一下鼠标左键，可以进入名字的编辑状态，重命名该子目录为“Outputs”。在其他任意处点击鼠标以退出编辑状态。
用鼠标拖拽的方式将所有监测点模型放入刚才新建的子目录“Outputs”下面。这样方便项目的管理。
注意：对于监测点的归类整理也可以通过更方便的方式，选择根目录并右击，选择Select All 再选Monitor Points ，这样可以一次把所有监测点选中，然后再整体拖到新子目录中。
所有的子目录也都可以通过拖拽的方式直接放入库管理器Library Manager中去，作为以后可以直接调用的资源使用。

为了节省计算时间，您可以预先存储几个感兴趣的频点在Snapshot output菜单中。这里请注意，正常情况下您需要先运行一遍整个模型，然后在确认感兴趣的频点后再将这些频点设置到求解器中重新计算。
在项目管理器Project Manager中，点击Solve然后选Snapshot Output打开Snapshot output对话框，将单位设置成MHz，在频率窗口中敲入1717并点击Add添加。
重复上述操作加入1935MHz、2109MHz和2279MHz，最后点击OK关闭Snapshot output对话窗。

在这个教程中我们要用宽带扫描功能Broadband Emissions来考察全频段（0－3GHz）上整体的辐射功率，和峰值电场的大小。
在项目管理器Project Manager的菜单栏中，找到Solve选Broadband Emissions打开Broadband Emissions对话框，如右图，在各项中填入频率范围和扫描频率的步长。

在运行求解器前，找到菜单Solve－Data Processing，在弹出的对话窗中选高级设定Advanced，在Windowing function前打勾并在其后选择汉宁窗Hanning。点击OK关闭所有窗口。
这个设置可以使FLOEMC在预先定义的监测点Monitor Points处计算时域响应时不会突然截断时域响应结果（这会造成频域响应中产生错误的纹波）。

最后，为了在计算结果中能够看到某个频点在模型外3m处的柱面扫描图，需要预先设定并计算这些频点上数据。在项目管理器中找到菜单Solve选Emission Cylindrical Scan打开Cylindrical Surface对话框。如右图，选中Calculate Field on Cylindrical surface前面的方框，其他设置如图设置，扫描圆柱面的底面圆心坐标为(0.0762, 0.0508, 0.0762)m，点击OK保存并关闭对话框。

保存教程3并点击GO键开始仿真计算。这个计算需要花费几分钟的时间来计算。
由于监测点的原因会有一些提示信息出现在信息提示Messag窗口。不用担心这些信息，因为监测点没有体积并不会对计算结果产生任何影响。

一旦求解结束，请点开图表结果(Profiles)显示窗口，默认显示的图标为在整个时域计算时间(duration)内系统能量的衰减情况，这张图能够直接反映出计算的精度。另外我们还需要添加一张监测点上收集到的场量的值，在这张图上可以直接看到那些感兴趣的频点上的场量值。

在图表显示窗口的菜单中选择Edit- New，在弹出的窗口中选频域响应Frequency Domain Response，在弹出窗口中的数据栏Data Item中选择Monitor Point Front。
点New按钮新建另外一个监测点的频率响应图，默认情况下出现的是第一个观测点的数据，同样在数据栏后面选择另一个监测点的名称Monitor Point Side，点击Apply保存设置。
这样就可以在一张图中同时显示两条曲线了，点击OK保存并关闭设置窗口。

这里我们来将电场的显示单位改成dB。在窗口Frequency Domain Response 1中点击鼠标右键，选择图标参数项Plot Parameters，找到Axis/Y-axis (left)并打开，在弹出的对话框中将坐标轴的类型由线性Linear改成dB ，如右图所示。点击OK关闭对话窗。

观察图表 Frequency Domain Response 1 ，可以看到在整体上随着频率的升高辐射越来越大，在某些频点上出现辐射很强的尖峰，下面我们就来标识出这些频点。关于显示，您可以通过双击标题栏来最大化当天图标，同时可以通过拖拽挪动曲线图表的图示例位置。
在图中右键鼠标，在Plot Options选项中选择Locate/Maxima。然后在希望标识最大值的曲线上点击不同的峰值附近，系统会自动标识出来附近峰值的位置坐标。这些峰值的位置就在我们之前设置的那四个频点(1717, 1935, 2109, and 2279 MHz)附近，另外还有些其他的频点，由于时间问题我们就不去研究了。
从这两条曲线的对比中，我们也可以看出来关于源的一些辐射特性，比如曲线中表示物体正前方的辐射就比侧面的辐射要大一些。

下面我将把箱体边角上的缝隙移除，并考察其带来的变化。
在项目管理器中，找到菜单Project/Save as并点击进入，将项目另存名为“tutorial 3 no corner slots”，点击OK保存退出。点击Enclosure前面的加号展开模型，在模型Wall (LowZ)中选择Corner Slot:0 和 Corner Slot:1这两个缝隙模型并点击，使这两条缝隙处于禁用状态。
在模型Wall (HighZ)中重复上述操作禁用另一个缝隙Corner Slots。
保存该项目并点击GO重新开始仿真器进行计算。
仿真计算结束后，在图表结果显示中重新观察两个监测点上的计算值，可以发现电场的辐射降低了，原因很明显，就是因为少了这三条缝隙的缘故。

在没有单独分析箱体内部辐射天线的辐射特性之前，所有分析是没有结束的。所以我们需要知道在没有箱体情况下的天线辐射特性。
点击菜单栏中[Project/Save as，将当前项目另存为“tutorial 3 no chassis”，选择OK保存退出。在项目管理器中左侧的目录树中选择Enclosure并点击将其禁用，对模型中另外的通风板Perforated Plates和其他缝隙Large Slots做同样的禁用操作。
点击GO运行求解器。
当求解结束后，在结果图表Frequency Domain Response 1中点击右键，在弹出菜单中选择Clear清除以前标识的最大值点坐标。

经过上述操作，我们得到了天线的自身辐射特性。前面仿真的带有箱体的辐射特性可以根据天线的辐射特性来归一化。换句话说，我们希望能够通过归一化来比较这几种方案的辐射特性的异同点，进而得到箱体和缝隙在实际中对辐射所起的作用。归一化操作是基于电场峰值来做的。
在项目管理器中找到菜单Project/Load并选择导入tutorial 3。
在图表窗口Profiles，有一条以前建立的辐射功率随着频率变化的曲线，这条曲线用dB形式显示了电场峰值的大小。

在图表窗口选择Project/Import Project…/Import Project，导入Tutorial 3 no chassis项目，这个项目中包含有用于归一化的数据。
同样将项目tutorial 3 no chassis的电场峰值数据画在同一图表中。为了不至于混淆，请将这条曲线命名为“Peak E-field No
最终显示如右图所示。

为了能够计算出屏蔽效能曲线，我们希望能从没有箱体的曲线中减掉有箱体的曲线（因为这些数据是以dB为单位的，所以可以直接相减）。在这种情况下，得到的屏蔽效能曲线将是正值。
在右键点击出来的定义曲线参数Plot Parameters的窗口中，选择Peak E field－将被减掉包括箱体的辐射曲线（也就是归一化的分母），然后选择Normalize，并点击Apply保存，如右图所示。可能您需要调节坐标轴的显示范围，Y轴需要调节其最小值为-10dB，这样才能更清楚的看清整条曲线。
最后出现的这条曲线就是就代表了箱体的屏蔽效能曲线。注意观察可以发现，箱体提供的屏蔽效能除了在之前标注过的那几个谐振频点外，其他频率处的屏蔽效能都是大于零的正数。

在项目管理器左侧单击打开结果后处理模块FLOMOTION。
在弹出的FLOMOTION界面中点击图表进入选择模式。
选择模型最外面的计算区域Region并按键盘上F12键将其隐藏。
使用工具栏我们会在模型中心在垂直于X方向的地方创建一个能够显示电场分布的可视化平面。
先在键盘上敲击i键，将模型视图显示为标准的斜视图。在工具栏中将Y平面改变为X平面，如右图所示。点击图标创建一个新的显示平面。
如右图所示将画图类型改变到瞬态模式Instantaneous。
敲击w键，将模型显示方式变成线框形式，如右图所示。
在工具栏中点击播放控制键 可以看到不同相位下电场的分布变化的动画。
点击菜单File/Output可以将看到的动画保存到硬盘中。在选择所有帧后，文件格式可以是.avi的形式。
通过动画的演示我们可以清楚的看到环形天线谐振的状态，并且可以看到天线与箱体缝隙间发生耦合的现象，另外也可以清楚的看到辐射场是如何通过箱体表面的开缝发生向外辐射的。

这里让我们来观察3米外的辐射情况。在FLOMOTION窗口的菜单栏找到菜单EM Viewers/Emission Cylinder Scan，打开扫描图窗口。从图中可以清楚的看到在±Z的方向上的辐射最强（因为其颜色显示为红色），由此可以推断出那些开缝比较大的地方电磁泄漏很严重。观看柱状扫描图时可以用鼠标左键点击并拖拽图形旋转，以全面的观察计算结果，最后点击右上角的叉号关闭显示窗口。

另外我们还需要在FLOMOTION中看的是箱体向外辐射电磁场的方向图。在FLOMOTION中找到菜单EM Viewers/Radiation Pattern进入方向图显示窗口。从显示出来的方向图中可以清楚的看出那些方向上的电磁辐射最大。如右图所示。

我们还需要用FLOMOTION来观察前面确定的几个峰值频点处的场分布情况。在FLOMOTION的菜单栏中找到File/Load Frequency/Time Data，选择1.935 GHz并点击OK结束频率选择。
为了更容易的发现最大的峰值电场发生在何处，请在FLOMOTION菜单栏中找到[Values/Result Ranges，选择Electric Field Peak并将Display前面的选项框钩上。如右图所示。
在FLOMOTION工具栏中将X面的显示更改为Z平面的显示，并在整体窗口的右上角将选择模式由图形选择改变为结果选择。使用平面操纵器Plane Manipulator（一个白色大十字架）您可以方便的移动这个场分布平面。为了能顺利移动平面您必须使FLOMOTION处在选择模式下才可以。

为了进一步观察这个频点下的辐射特性，请用前述方式打开柱面扫描图和辐射方向图。（EM Viewers）

在辐射方向图中点击选项Options，将色标范围设定为从None到40。如右图所示。点击右上方叉号关闭选项菜单的设定。

剩下的那些频率可以用同样的方式来观察计算结果。当在FLOMOTION中的观察工作结束后请关掉FLOMOTION窗口并不要保存结果。