电磁兼容分析与优化软件设计浅析

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摘要：由于TPM高密度集成和千伏级工作电压要求，模块内部的电磁兼容问题尤为突出。本文采用C＃编程语言以及VBA宏语言，实现了一款电磁仿真分析与优化的软件设计，并通过电路输出纹波研宄验证了其对模块内行波管相位稳定度的影响并给出改进意见，对TPM电磁兼容设计具有指导意义。

关键词：TPM；仿真平台；电磁兼容；C＃；纹波。

1引言

太赫兹微波功率模块（TerahertzPowerModule，TPM）是一种工作于太赫兹频段的高密度集成功率设备，常用于卫星通信等领域。内部由于整合了高密度集成电源、行波管和固态放大器等器件，导致了内部电磁环境异常复杂，由于辐射和传导等因素设备常常工作异常甚至损坏。因此电磁兼容问题的预测，定位干扰源，通过布局布线，加入滤波等手段对此类问题进行优化整改十分重要。对TPM在复杂电磁环境下的分析和研究需要专业的仿真软件，CST作为一款电磁仿真软件，虽然能够对板级、系统级和设备级的电磁兼容问题仿真分析，但是由于其理论步骤和过程过于复杂且针对性较弱，因此本文基于VBA宏语言的CST控制技术，通过CST开放的Matlib／VBA以及Python等接口实现二次开发，完成了对电磁兼容问题仿真功能的集成与自动化分析，并且能够对数据进行后处理操作。软件平台采用C＃语言设计，通过VBA语言在CST的基础上开发调用I1－3］，从而开发一款针对TPM的电磁仿真分析软件，通过典型案例介绍展示了软件的设计思路，功能和实现方法，并重点分析了模块内电源输出纹波对工作稳定度的影响，为高密度功率模块设计提供指导。

2软件设计方案

2．1仿真软件具备功能

为了能够对TPM内部复杂电磁环境如传导发射及辐射发射特性进行分析，本文设计的仿真软件具备以下的功能：（1）模型预处理软件平台模型预处理的任务主要是实现模型构建。（2）数据后处理系统的数据后处理功能主要是根据用户的自身需求，获取待处理目标二维或三维数据的结果。软件可以实现例如线形、标题和图例的修改，二维坐标、对数坐标、傅里叶变换。通过对S参数、近远场分布和瞬态电流／电压的仿真结果分析，从而预测目标辐射敏感区域，传导干扰数值进行改进优化。

2．2仿真软件的设计与实现

软件〒＾舍幾用IDEMicrosoftVisualStudio2019作为集成开发环境，包含C＃、C钟等在内的多种编程语言，．Net可实现跨平台开发。使用C＃编写软件平台；通过VBA控制CST进行建模仿真＾使用Python编程语言进行数据后处理？该软件乎台整体采用分屋设计思想3乎合根据执行功能不同分为视嵐层，（View）、控制雇（Control）、模拱j｜｛Model）？视厲崖的座要功態包括参数设置、流程控制、数据导出和显示等交互界曲1；控制层的主要功能包括调用C＃编写的类库，调用TPM传导模块和TPM辐射模块的业务逻辑，传导模块和辐射模块包含电路模型的创建，参数修改、探针添加、数据处理等；模块层X分为模型预处理、模型计算、数据后处理以及电磁兼容问题分析。模型预处理包含实际模型建立，部分参数更改巻？模：型计算包含CSTPCBStudio、CSTMICROWAVEStudio、CSTCABLESTUDIO作室功能；数据磨处理及电磁分析模块一方面包會愚对NavigationTree的一系列操作即导出相应的ASCII数据文件以及对相应数据进行处理生成对应结果，另一友面包含对处理结果的分析，用来预测目标的电磁兼容问题《本软件甲台的设计结构如图1所示：TPM：X作需．要输入的参数主要包括f工作电压、工作电流和虫作频率等，部分参数设置如圓2所示：根据电路模型输入理想参数（输入电压、输入电流、频率班行仿真s例如厲3所示管脚电流：

3TPM模块输出纹波与稳定度

M前TPM中行波管输入功率的不稳定性、负载阻抗变化造成的相位不稳定性可以通过使用隔离器解决W。而脉冲行波管放大器设计过程中各极供电的电源电压稳定性急需解决M。与阴极电压相比，灯丝、收集极电压等稳定性对相位稳定度的影响低几个数量级，即本文研究不涉及收集极电压和灯丝电压稳定性的影响，而系统定置地分析了脉冲行波管放大器阴极电压对TWT相位稳定度的影响，并且通过对比分析得也了效果更好的改进方式。如圈4所示为TPM内部组件高密度集成电源的输出电压22kV，为行波管提供禽作堆压，，其中杂散着60V的纹波电压，在卖际研究中，阴极电压的不稳定性（纹波）＆在一定范围内的，用有限变化Acp和AUk来表示，慢波线电长度为N（单位波长），所以由子EPC阴极输出端不稳定将导致行波管产生的相移增量表示为Acp，由公式⑴可得5A＜pk？－0．58＾－iV－—式⑴Uk其中0．5871通常估算为104，实际计算时N取大功率行波管典型值＾由仿真可以看出阴极输出电压到达22kV，将在阴极产生约60V的纹波电压，从而产生约14．18a的相移偏移』弘影响输－出质：量如廣5所示6图6紫色和蓝色波形分别是输出LC．型滤波电路和vt獲滤波电路后的输出波形，録色波开I是未经任何改进的输出波形，从图中可以看到it型滤波电路相比LC型滤波更加有效的降低了紋波峰值。仿真测量LC型滤波电路后的输出纹波峰值为7．56V，对相位增暈的最响约为1．79。型．滤波电路后的输出纹波峰值为5．168V，对相位增惫的影响约为1．22°如图7所示相较于LC型滤波抑制了约0．6°，所以本文最终选定使用itil滤敏路进行优化抑制。

4结论

通过利用CST的VBA、Pythaa接口在CST的基础上进行二次开发，采用0＃语作为基础实现了伉真〒台搭建，并利用该软件〒台分析了TPM内电源输出纹波对工作稳定度的影响，针对稳定度问题进行整改对比，为实现TPM正常X作提供了指导。

作者:田振峰 张金玲 康军磊 王德 王晨晨 单位:北京邮电大学