CN111310304A - 一种基于网络参数估计辐射功率对差分对信号相对偏斜灵敏度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于网络参数估计辐射功率对差分对信号相对偏斜灵敏度方法，包括：S1：构建电路辐射结构的模型并获取电路辐射结构的网络参数；S2：将所述网络参数不同频率点对应的激励差分对正弦信号输入至电路辐射结构中，计算电路辐射结构的共振频率，得到共振频率范围；S3：将任意差分对信号输入至电路辐射结构，并判断所输入的任意差分对信号的信号谐波是否落在已获取的电路辐射结构的共振频率范围内，若是则进行步骤S4，若否则结束计算；S4：计算电路辐射结构对输入的差分对信号相对偏斜量的灵敏度；S5：利用谐波所在的频率值及差分对信号的相对偏斜量得到辐射功率值大小。本发明减少了差分对信号相对偏斜量的灵敏度分析的误差，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及电磁兼容性技术领域，更具体地，涉及一种基于网络参数估计辐射功率对差分对信号相对偏斜灵敏度方法。
背景技术
基于网络参数快速获取对应辐射结构辐射功率的方法最早出现于会议论文 [1]，基本原理是对于某特定结构，在不考虑材料在高速高频情况下造成的损耗时，辐射功率等于入射信号的功率减去反射信号的功率，而反射信号可以通过该结构的网络参数用入射信号表示，实现基于网络参数对辐射功率的估计。此后围绕此方向仅有利用此方法针对辐射物理结构变化快速估计辐射功率的应用，而无利用此方法估计差分对信号变化对辐射功率的特性影响趋势的应用。
一般而言，对于差分对相对偏斜情况下的辐射功率估计，可以用实测或者仿真软件(HFSS、CST等)两种方法实现。
当前对于固定的辐射结构，获取其对外辐射功率对差分对传输信号相对偏斜量的灵敏度方法误差较大，实用性不强。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中获取辐射结构的外辐射功率对差分对传输信号相对偏斜量的灵敏度分析误差大，实用性不强的缺陷，提供一种基于网络参数估计辐射功率对差分对信号相对偏斜灵敏度方法。
本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于网络参数估计辐射功率对差分对信号相对偏斜灵敏度方法，包括以下步骤：
S1：构建电路辐射结构的模型并获取电路辐射结构的网络参数；
S2：将所述网络参数不同频率点对应的激励差分对正弦信号输入至电路辐射结构中，计算电路辐射结构的共振频率，得到共振频率范围；
S3：将任意差分对信号输入至电路辐射结构，并判断所输入的任意差分对信号的信号谐波是否落在已获取的电路辐射结构的共振频率范围内，若是则进行步骤S4，若否则结束计算；
S4：计算电路辐射结构对输入的差分对信号相对偏斜量的灵敏度；
S5：利用谐波所在的频率值及差分对信号的相对偏斜量得到辐射功率值大小。
本方案中，所述网络参数包括有：阻抗参数、导纳参数、散射参数和传输参数。
本方案中，计算电路辐射结构的共振频率的表达式如下：
其中，H表示矢量/矩阵的共轭转置，“+”表示端口的入射信号，“-”表示端口的反射信号，P+表示端口处的入射信号功率，P-表示端口处的反射信号功率， S表示散射参数，V表示入射波矢量，I表示单位矩阵，Z0为辐射结构的特征阻抗，Pradiated表示辐射功率。
本方案中，步骤S3的任意差分对信号为差分形式的两路信号。
本方案中，步骤S4中计算电路辐射结构对输入的差分对信号相对偏斜量的灵敏度是通过对网络参数计算辐射功率计算公式的入射信号波矢量添加相移实现，所述入射信号波矢量表示为：
其中，V+表示入射信号波矢量，f表示频率，Δt为相对偏斜量时延。
本方案中，步骤S2中的激励差分对信号为恒定激励，且为共模形式。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明基于电路辐射结构的网络参数，利用差分对信号对偏斜量下辐射功率变化进行快速估计，减少了差分对信号相对偏斜量的灵敏度分析的误差，实用性强。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
图2为本发明实施例提供的一种辐射结构正视图。
图3为本发明实施例提供的一种辐射结构侧视图。
图4为本发明实施例提供的辐射结构的恒定共模形式激励下得到的辐射功率随频率变化图。
图5为本发明实施例提供的辐射结构的相对偏斜量灵敏度分析图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
需要说明的是，本发明中的辐射结构为高速互连系统中需要纳入EMC考虑范围内的电路部件，即可能在高速信号的传输过程中产生对外辐射影响的电路传输结构，常见的有拐角传输线、开槽平面上传输线、高速连接器等。
如图1所示，一种基于网络参数估计辐射功率对差分对信号相对偏斜灵敏度方法，包括以下步骤：
S1：构建电路辐射结构的模型并获取电路辐射结构的网络参数；
S2：将所述网络参数不同频率点对应的激励差分对正弦信号输入至电路辐射结构中，计算电路辐射结构的共振频率，得到共振频率范围；
需要说明的是，为了获取完整的辐射功率频率特性后得到对应的共振频率范围，步骤S2中的激励差分对信号为恒定激励，且为共模形式，因为共模形式下的对外辐射程度最大，更容易规划出共振频率范围；
S3：将任意差分对信号输入至电路辐射结构，并判断所输入的任意差分对信号的信号谐波是否落在已获取的电路辐射结构的共振频率范围内，若是则进行步骤S4，若否则结束计算；
S4：计算电路辐射结构对输入的差分对信号相对偏斜量的灵敏度；
S5：利用谐波所在的频率值及差分对信号的相对偏斜量得到辐射功率值大小。
本方案中，所述网络参数包括有：阻抗参数、导纳参数、散射参数和传输参数。
更具体的，下面列出多端口网络中对应参数元素的一般表达式，当中下标字母表示端口序号，散射参数中“+”表示该端口的入射信号，“-”则表示该端口的反射信号,而传输参数则仅用于二端口网络中：
四种参数一般而言可以互相转换(非二端口网络则不考虑传输参数)，本方案优选获取的为特定辐射结构的散射参数(S)。
本方案中，计算电路辐射结构的共振频率的表达式如下：
其中，H表示矢量/矩阵的共轭转置，“+”表示端口的入射信号，“-”表示端口的反射信号，P+表示端口处的入射信号功率，P-表示端口处的反射信号功率， S表示散射参数，V表示入射波矢量，I表示单位矩阵，Z0为辐射结构的特征阻抗，Pradiated表示辐射功率。以四端口网络为例，通过令所有频率点下入射波矢量[V+]＝[C 0 C 0]T(C为常数，此处对应为共模形式输入，T则表示矢量的转置。
需要说明的是，本发明不考虑材料损耗，即不考虑导体损耗与介质损耗均，若需纳入考虑范围，，则公式计算中变为Pradiated＝P+-P--Pmaterial_loss， Pmaterial_loss表示材料损耗功率。
本方案中，步骤S3的任意差分对信号为差分形式的两路信号。相对偏斜范围为0～1个周期的时延(偏斜一个周期后与无偏斜时相同)，查看信号的谐波成分是否位于对应辐射结构的共振频率范围内，若不在则其对外辐射程度可以忽略不记，直接结束流程，若在则进入步骤S4；
本方案中，步骤S4中计算电路辐射结构对输入的差分对信号相对偏斜量的灵敏度是通过对网络参数计算辐射功率计算公式的入射信号波矢量添加相移得到延伸公式，由延伸公式得到的辐射频率特性图，所述入射信号波矢量表示为：
其中，V+表示入射信号波矢量，f表示频率，Δt为相对偏斜量时延。
以f表示频率，Δt为相对偏斜量时延为自变量辐射功率为因变量，得到对应的灵敏度分析图。
获取灵敏度图后，可以直接根据谐波所在频率值以及差分对信号的相对偏斜量得到辐射功率值大小。此处适用的一般规律为，辐射功率遵循差分形式输入时得到最小值，共模形式输入时得到最大值的规律随着相对偏斜量的变化在两个值之间跳动，且谐波次数越高，跳动的频率也越快。
具体实施例，如图2所示为辐射结构示意图，一种单差分对边沿耦合包地结构的背板连接器简化模型，本实施例中辐射结构沿135°轴对称，对应参数取值见表1。
表1辐射结构参数表
本实施例辐射结构侧面图则如图3所示，当中每一对走线(1、4地线，2、3 信号线)的宽度保持不变，以150°～180°、90°～120°轴间范围为拐弯前范围， 120°～150°轴间范围为拐弯后范围，对应取值见于表2：
表2辐射结构侧面图对应取值
本实施例辐射结构恒定激励(共模形式)下辐射功率随频率变化如图4所示。图4中Calculation为公式计算结果，Simulation则为建模的仿真结果，由此可以推测出本实施例辐射结构的辐射共振频率范围在0～10GHz内包含4.4～4.6GHz和 8.3～8.6GHz两处，从而若传输的差分对信号没有该频率处的谐波成分，则无需考虑其对外辐射的影响，结束流程。
若传输的差分对信号有共振频率范围内的谐波成分，则由公式得到对应的偏斜量灵敏度图，以传输的基波频率为500MHz的差分对信号为例，得到图5。
偏斜的周期变化量为信号的一个基波周期即2000ps，即相对偏斜量2000ps 与无相对偏斜时的情况一致(默认无偏斜情况下为差分形式输入)，后根据输入差分对信号的相对偏斜量以及需要考虑辐射影响的谐波成分频率，可以直接由该灵敏度图得到对应情况下的辐射功率。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
参考文献
[1]Hung-Chuan Chen,Tzong-Lin Wu,Samuel Connor,Bruce Archambeault "Fast prediction of radiation from high-speed/high-density connectors,"2014IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility(EMC),Raleigh,NC, 2016。
Claims (6)
1.一种基于网络参数估计辐射功率对差分对信号相对偏斜灵敏度方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：构建电路辐射结构的模型并获取电路辐射结构的网络参数；
S2：将所述网络参数不同频率点对应的激励差分对正弦信号输入至电路辐射结构中，计算电路辐射结构的共振频率，得到共振频率范围；
S3：将任意差分对信号输入至电路辐射结构，并判断所输入的任意差分对信号的信号谐波是否落在已获取的电路辐射结构的共振频率范围内，若是则进行步骤S4，若否则结束计算；
S4：计算电路辐射结构对输入的差分对信号相对偏斜量的灵敏度；
S5：利用谐波所在的频率值及差分对信号的相对偏斜量得到辐射功率值大小。
2.根据权利要求1所述的一种基于网络参数估计辐射功率对差分对信号相对偏斜灵敏度方法，其特征在于，所述网络参数包括有：阻抗参数、导纳参数、散射参数和传输参数。
3.根据权利要求1所述的一种基于网络参数估计辐射功率对差分对信号相对偏斜灵敏度方法，其特征在于，计算电路辐射结构的共振频率的表达式如下：
其中，H表示矢量/矩阵的共轭转置，“+”表示端口的入射信号，“-”表示端口的反射信号，P+表示端口处的入射信号功率，P-表示端口处的反射信号功率，S表示散射参数，V表示入射波矢量，I表示单位矩阵，Z0为辐射结构的特征阻抗，Pradiated表示辐射功率。
4.根据权利要求1所述的一种基于网络参数估计辐射功率对差分对信号相对偏斜灵敏度方法，其特征在于，步骤S3的任意差分对信号为差分形式的两路信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于网络参数估计辐射功率对差分对信号相对偏斜灵敏度方法，其特征在于，步骤S4中计算电路辐射结构对输入的差分对信号相对偏斜量的灵敏度是通过对网络参数计算辐射功率计算公式的入射信号波矢量添加相移实现，所述入射信号波矢量表示为：
其中，V+表示入射信号波矢量，f表示频率，Δt为相对偏斜量时延。
6.根据权利要求1所述的一种基于网络参数估计辐射功率对差分对信号相对偏斜灵敏度方法，其特征在于，步骤S2中的激励差分对信号为恒定激励，且为共模形式。
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