DE19654995B4

DE19654995B4 - Berechnungsgerät und Verfahren für eine elektromagnetische Feldintensität

Info

Publication number: DE19654995B4
Application number: DE19654995A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Kawasaki Ohtsu; Makoto Kawasaki Mukai
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2016-04-27

Abstract

Ein Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität, um eine elektromagnetische Feldintensität einer elektrischen Schaltungsvorrichtung zu berechnen, umfassend:
eine Dateneingabeeinheit, die Strukturinformation über die elektrische Schaltungsvorrichtung empfängt;
ein Zwischen-Stück-Regelmäßigkeitsdetektionsmittel zum Detektieren von Zwischen-Stück-Regelmäßigkeit entsprechend den Stücknummern, die durch ein Stücknummer-Zuordnungsmittel zugeordnet sind, und Stückattributen einschließlich des Stückmaterials;
Wechselseitige-Impedanz-Berechnungsmittel, zum Berechnen der wechselseitigen Impedanz für einen Satz von Stücken, deren relative Positionen eindeutig unter den Sätzen von Stücken sind, für welche die wechselseitige Impedanz berechnet werden sollte, gemäß der zwischen-Stück-Regelmäßigkeit, die von dem Zwischen-Stück-Regelmäßigkeitsdetektionsmittel detektiert wurde,
Berechnungsergebnis-Übertragungsmittel zum Anwenden jeder wechselseitigen Impedanz, die vom dem Wechselseitige-Impedanz-Berechnungsmittel erhalten wurde, als eine wechselseitige Impedanz zwischen Stücken, welche die selben relativen Positionen haben;
und elektromagnetische Feldintensitätsberechnungsmittel zum Berechnen der elektromagnetischen Feldintensität der elktrischen Schaltungsvorrichtung unter Verwendung des Momentenverfahrens gemäß den Prozeßergebnissen des Wechselseitige-Impedanz-Berechnungsmittels und des Berechnungsergebnis-Übertragungsmittels,
bei dem das Zwischen-Stück-Regelmäßigkeitsdetektionsmittel beliebig ein Stück mit einer Stücknummer als laufendes Stück...

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität, um die Intensität des elektromagnetischen Feldes einer elektrischen Schaltungsvorrichtung beruhend auf dem Momentenverfahren zu berechnen.
Beschreibung des Standes der Technik
Weil eine nutzlose elektrische Welle, die von einer elektrische Schaltungsvorrichtung emittiert wird, mit TV-, Radio- oder anderen elektrischen Wellen interferiert, sind in vielen Ländern verschiedene strikte Beschränkungen erlassen worden. Zum Beispiel hat Japan den VCCI-Standard erlassen, haben die U.S.A. den FCC-Standard erlassen, und hat Deutschland den VDE-Standard erlassen.
Um solche elektrische Wellenbeschränkungen zu erfüllen, sollten verschiedene Maßnahmen unter Verwendung von Abschirmtechniken, Filtertechniken etc. ergriffen werden. Folglich ist es notwendig, diese Maßnahmen quantitativ zu simulieren, bis zu welchem Umfang die elektrische Welle reduziert werden kann. Weil die Simulation der elektromagnetischen Analyse eine lange Prozeßzeit für einen Computer erfordert, ist es notwendig, ein Berechnungsgerät mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit bereitzustellen, um die Intensität des elektromagnetischen Feldes einer elektrischen Schaltungsvorrichtung zu berechnen.
In einem Verfahren zum Berechnen der elektromagnetischen Feldintensität kann die elektromagnetische Feldintensität eines Objektes durch eine wohlbekannte logische Gleichung einfach berechnet werden, wenn ein durch jeden Teil des Objektes fließender Strom gegeben ist. Der Stromwert kann durch Lösen der Maxwellschen Gleichungen (elektromagnetische Wellengleichungen) unter gegebenen Bedingungen logisch erhalten werden. Man hat jedoch keine exakte Lösung durch Gleichungen unter komplizierten Randbedingungen auf einem Objekt mit einer wahlfreien Form erhalten.
Daher bezieht sich jede Lösung, um den durch das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität verwendeten Strom zu erhalten, mehr oder weniger auf eine Näherung. Eine typische Näherungsberechnung kann eine Näherung für eine kleine Rahmenantenne, eine Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung oder ein Momentenverfahren sein.
Die Näherung für eine kleine Rahmenantenne verarbeitet die Verdrahtung, die die Wellenquellenschaltung und die Lastschaltung verbindet, als eine Rahmenantenne. In dieser Näherung nimmt man an, daß der Strom durch die Rahmenantenne oder Schleife flach ist und durch das Verfahren zum Berechnen der konzentrierten konstanten Schaltung berechnet wird.
Die 1A und 1B veranschaulichen die Näherung für eine kleine Rahmenantenne.
1A zeigt ein Schaltungsmodell mit einem Treiber 10, d.h. einer Wellenquellenschaltung, einem Empfänger 11, d.h. einer Lastschaltung, einer Verdrahtung 14, die den Treiber 10 mit dem Empfänger 11 verbindet, und einem dielektrischen Teil 12, eingefügt zwischen die Erdungsdrahtschicht 13 und Verdrahtung 14.
In 1A ist der Abstand zwischen dem Treiber 10 und dem Empfänger 11 l, und der Abstand zwischen der Verdrahtung 14 und der Erdungsdrahtschicht 13 ist h.
1B ist ein Diagramm, das die Ausgleichsschaltung des in 1A dargestellten Schaltungsmodells darstellt.
In 13 wird der Treiber 10 durch eine Ausgleichsschaltung mit einer Energiequelle V, einem Widerstand R₁ und einem Kondensator C₁ dargestellt. Der Empfänger 11 kann durch eine Ausgleichsschaltung mit einem Kondensator C₂ dargestellt werden.
Ein Leitungsstrom I fließt, wie in 1B dargestellt ist, in einer Schleife. Die Fläche der Schleife wird durch S (= lh) repräsentiert. Die gerade Linie unterhalb des Leitungsstroms I, dargestellt bei dem oberen Abschnitt in 1B, gibt an, daß der Leitungsstrom I ungeachtet der Position der Leitung konstant (flach) ist.
Der Leitungsstrom I kann durch eine konzentrierte konstante Schaltung mit der Ausgleichsschaltung des Treibers 10 und des Empfängers 11 durch die folgende Gleichung (1) berechnet werden.

ω = 2πf:: Kreisfrequenz
f:: Frequenz

Unter Verwendung des durch die obige Gleichung (1) berechneten Leitungsstroms I wird dann ein radiales elektromagnetisches Feld E durch die folgende Näherung (2) berechnet.
Wie oben beschrieben, erfolgt die Berechnung gemäß der Näherung für eine kleine Rahmenantenne mit einer sehr einfachen Gleichung, und die Berechnung kann mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden.
Weil man jedoch annimmt, daß der Leitungsstrom I auf der Leitung konstant ist, ändert sich die Stromverteilung auf der Leitung, wenn sich die Frequenz f auf eine hohe Frequenz bezieht, wodurch die Genauigkeit beträchtlich verringert wird.
Folglich ist die Berechnung unter Verwendung der Näherung für eine kleine Rahmenantenne das einfachste Verfahren aller oben aufgeführten Näherungen, wird aber praktisch überhaupt nicht verwendet, weil sie in der Genauigkeit unterlegen ist, falls die Größe der Schleife nicht ignoriert werden kann, wenn man sie mit der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle vergleicht.
Die Verteilte-Konstante-Schaltung-Näherung bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem die Stromverteilung betrachtet wird, um die Genauigkeit zu verbessern.
Die Verteilte-Konstante-Schaltung-Näherung bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem ein Stromwert durch Anwenden der Gleichung der verteilten konstanten Leitung auf ein Objekt erhalten wird, das als eine eindimensionale Struktur durch eine Näherung dargestellt werden soll.
Die Berechnung kann in diesem Verfahren leicht ausgeführt werden. Die Berechnungszeit und Speicherkapazität werden proportional zu der Anzahl von Analyseelementen erhöht. Ferner wird die Analyse unter Einschluß der Reflexion und Resonanz einer Leitung etc. vorgenommen. Daher kann in der Verteilte-Konstante-Schaltung-Näherung eine Analyse mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit an einem Objekt vorgenommen werden, auf das eine eindimensionale Näherung angewandt werden kann.
Die 2A und 2B zeigen die oben beschriebene Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung.
Das in 2A dargestellte Schaltungsmodell ist das gleiche wie das in 1A dargestellte, und die ausführliche Beschreibung wird hier weggelassen.
2B zeigt die Ausgleichsschaltung der in 2A dargestellten Schaltung.
In 2B ist die Ausgleichsschaltung des Treibers 10 und Empfängers 11 die gleiche wie die in 1B dargestellte.
Wenn die Frequenz f hoch wird und die Wellenlänge λ kürzer als die Leitungslänge l in 2A wird, fließt ein Stehwellenstrom durch die Leitung, und die Verteilung des Stroms ändert sich mit der Leitungsposition. In 2B zum Beispiel ist der Wert des Leitungsstroms I auf der Seite des Treibers 10 größer, während der Wert des Leitungsstroms I auf der Seite des Empfängers 11 kleiner ist. Der Wert des Leitungsstroms I bei einem bestimmten Punkt wird durch I(x) repräsentiert, während die Spannung bei einem bestimmten Punkt durch V(x) repräsentiert wird, wo x eine den Abstand von dem Empfänger 11, d.h. dem Ursprung (x = 0), repräsentierende Variable angibt. Der Treiber 10 bezieht sich auf (x = L).
In 2B gibt "Zo" die charakteristische Impedanz in einer verteilten konstanten Leitung an. "Z_L" gibt eine charakteristische Impedanz bei dem Empfänger 11 an. 'β' gibt eine Wellenzahl an und wird durch (β = ω/c = 2π/λ) dargestellt. Die Wellenlänge λ wird durch (λ = c/f) repräsentiert. 'c' gibt die Lichtgeschwindigkeit an.
Die Stromverteilung I(x) der Leitung kann durch die folgende Gleichung (3) erhalten werden.
Wie oben beschrieben, gestattet die unter Verwendung der Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung vorgenommene Berechnung, daß eine Analyse mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit an einem als eine eindimensionale Struktur durch eine Näherung zu verarbeitenden Objekt vorgenommen wird.
Einige Objekte, die durch eine Näherung als eindimensionale Strukturen nicht verarbeitet werden können, werden jedoch nicht analysiert.
Das Momentenverfahren ist eine der Lösungen einer Integralgleichung, die aus den elektromagnetischen Maxwellschen Wellengleichungen abgeleitet wird, und kann ein dreidimensionales Objekt verarbeiten. In diesem Verfahren wird ein Objekt in kleine Elemente eingeteilt, um einen elektrischen Strom zu berechnen.
Weil ein dreidimensionales Objekt durch das Momentenverfahren verarbeitet werden kann, führt somit ein Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität, um die elektromagnetische Feldintensität einer elektrischen Schaltungsvorrichtung zu berechnen, eine Berechnung hauptsächlich durch das Momentenverfahren aus.
Bei der Berechnung durch das Momentenverfahren wird ein zu analysierender Metallteil in eine Maschenform eingeteilt, um eine gegenseitige Impedanz Zij zwischen den eingeteilten Metallteilen zu erhalten. Die folgende Momentengleichung, die die gegenseitige Impedanz Zij, die Wellenlänge Vi und den durch die eingeteilten Metallteile fließenden elektrischen Strom Ii bestimmt, wird gelöst, um einen Stromwert zu erhalten. [Zij] [Ii] = [Vi] (4)
Unter Verwendung des Berechnungsergebnisses kann die elektromagnetische Feldintensität erhalten werden. Die "[ ]" in Gleichung (4) zeigt eine Matrix an.

Die folgende Referenz 1 beschreibt das obenerwähnte Momentenverfahren.

H. N. Wang, J. H. Richmond und M. C. Giilreath: "Sinusoidal reaction formulation for radiation and scattering from conducting surface" IEEE TRANSACTIONS ANTENNAS PROPAGATION, Bd. AP-23, 1975.

Wie oben beschrieben, kann ein Stromwert in der Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung nicht erhalten werden, wenn ein Objekt nicht als eine eindimensionale Struktur verarbeitet werden kann. Daher kann die gesamte Vorrichtung, einschließlich der gedruckten Platte und des Gehäuses, nicht analysiert werden.

In dem Momentenverfahren kann die gesamte elektrische Schaltungsvorrichtung, einschließlich der gedruckten Platte und des Gehäuses, analysiert werden.

Das Verfahren weist jedoch die folgenden Probleme (1) bis (5) auf.

(1) Wenn die Größe des zu analysierenden Objektes groß wird, wird auch der Berechnungsumfang groß. Daher kann die Analyse innerhalb einer zweckmäßigen Zeit unter Verwendung eines üblichen Computers nicht vorgenommen werden.
(2) Das herkömmliche Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität verwendet das Momentenverfahren, wenn dielektrische Teile auf der gedruckten Platte in der elektrischen Schaltungsvorrichtung, die in eine Maschenform eingeteilt ist, um simultane Gleichungen zu erhalten, verwendet wird und wenn der Ausgleichsstrom und magnetische Strom, die auf der Oberfläche fließen, als unbekannte Werte festgelegt sind. Daher erfordert eine wachsende Anzahl von ein Netz bildenden Stücken eine längere Zeit beim Lösen der simultanen Gleichungen in dem Momentenverfahren und erfordert auch eine große Speicherkapazität.
(3) Eine lange Zeit ist beim Berechnen der Immittanz-Matrixelemente zwischen den eingeteilten Oberflächenstücken in einer Maschenform erforderlich.
(4) Die obenerwähnte gegenseitige Impedanz Zij hat man unter Verwendung einer reellen Zahl mit doppelter Genauigkeit berechnet, um eine Hochgeschwindigkeitsoperation auszuführen. Diese Berechnung kann jedoch nicht einen exakten Wert der gegenseitigen Impedanz Zij ausgeben. Im einzelnen werden bei der Berechnung unter Verwendung der reellen Zahl mit doppelter Genauigkeit signifikante Nummern niedrigerer Ordnung verloren, wenn eine Multiplikation ausgeführt wird. Daher kann eine Berechnung der gegenseitigen Impedanz Zij in diesem Verfahren Ziffern verlieren, wenn die elektrische Länge (Länge in Längeneinheiten einer emittierten magnetischen Welle) der Metallmasche kurz wird. Als eine Folge kann die gegenseitige Impedanz Zij nicht exakt erhalten werden.
(5) Der Kabel-Drahtendteil (Abschlußeinheit eines Kabels), auf den das Momentenverfahren angewandt werden kann, ist nicht geeignet entwickelt worden, um die elektromagnetische Strahlung von dem Kabel-Drahtende zu analysieren.

Um das oben aufgeführte Problem (1) zu lösen, hat in der japanischen Patentanmeldung Nummer 6-27109 der Anmelder der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Berechnen einer Stromverteilung vorgeschlagen, indem eine zu analysierende elektrische Schaltungsvorrichtung in einen Teil eingeteilt wird, auf den die Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung angewandt werden kann, und einen Teil, auf den die Näherung nicht angewandt werden kann, und indem die Stromverteilung in der Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung für den anwendbaren Teil berechnet wird und die Stromverteilung für den nicht anwendbaren Teil in dem Momentenverfahren berechnet wird.

Um das Problem (2) zu lösen, hat in der japanischen Patentanmeldung Nummer 6-95363 der Anmelder der vorliegenden Erfindung ein Berechnungsverfahren vorgeschlagen, in dem ein Kapazitätsmodell einer Übertragungsleitung konstruiert wird und ein dielektrischer Teil in einen Kondensator mit der Kapazität ΔC = C₀ (∈ eff – 1) pro Längeneinheit umgewandelt wird. In diesem Verfahren gibt C₀ die Kapazität pro Längeneinheit, in einem Vakuum, des Metallmusters mit dem eingesetzten dielektrischen Teil an. "∈ eff" gibt eine effektive Dielektrizitätskonstante an.

Das Verfahren (japanische Patentanmeldung Nummer 6-27109), das durch Kombinieren der oben beschriebenen Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung mit dem Momentenverfahren erhalten wird, und das Verfahren (japanische Patentanmeldung Nummer 6-95363) für das Kapazitätsmodell einer Übertragungsleitung sind nur effektiv in einer Schaltung für einen elektrischen Strom durch eine Übertragungsleitung gewesen.

Als ein Verfahren zum Reduzieren der Berechnungszeit für Immittanz-Matrixelemente zwischen den Oberflächenstücken hat man herkömmlicherweise das durch die folgende Referenz 2 offenbarte Verfahren verwendet.

E. H. Newman und D. M. Pozar: "Considerations for Efficient Wire/Surface Modering" IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS ANS PROPAGATION, Bd. AP-28, Nr. 1, Januar 1980 (Referenz 2)

In der obenerwähnten Referenz 2 sind, falls relative Positionen zwischen den Oberflächenstücken auf einer zu analysierenden Platte einander gleich sind, dann die gegenseitigen Impedanzen ebenfalls einander gleich. Somit wird die gegenseitige Impedanz zwischen den Stücken mit eindeutigen relativen Positionen berechnet. Das Ergebnis wird für die Matrixelemente mit ähnlichen relativen Positionen verwendet.

In dem durch die Referenz 2 beschriebenen Verfahren wird jedoch nur auf die relativen Positionen der Stücke auf einer einzelnen Platte verwiesen, aber dieses Verfahren offenbart nicht die Reduzierung des Berechnungsumfangs durch Analysieren der relativen Positionsbeziehungen zwischen den Stücken auf einer Vielzahl von Platten.

Weil die zu analysierende Platte in verschiedenen Formen vorliegen kann, ist das Verfahren, um die Stücke mit gleichen relativen Positionsbeziehungen auf einer oder mehr Platten zu extrahieren und dann aus diesen die Stücke mit eindeutigen relativen Positionsbeziehungen automatisch zu detektieren, noch nicht entwickelt worden. Daher ist viel Zeit und Mühe erforderlich gewesen, um die relativen Positionsbeziehungen zwischen den Stücken zu überprüfen und die relativen Positionen zu extrahieren.

Um das Problem (4) zu lösen, hat in der japanischen Patentanmeldung Nummer 6-95362 der Anmelder der vorliegenden Erfindung ein Berechnungsverfahren vorgeschlagen, bei dem eine normale Berechnungseinheit und eine Berechnungseinheit mit hoher Genauigkeit vorgesehen sind, um die gegenseitige Impedanz zu berechnen, um die elektromagnetische Feldintensität zu erhalten. Die Berechnungseinheit mit hoher Genauigkeit wird verwendet, wenn man gemäß einer Prüfung der Wellenlänge, Elementlänge und des Abstandes erwartet, daß eine Möglichkeit des Verlustes von Ziffern besteht.

Die oben beschriebene Berechnung mit hoher Genauigkeit kann unter Verwendung reeller Zahlen mit mehrfacher Genauigkeit und unter Verwendung ganzer Zahlen mit mehrfacher Länge ausgeführt werden. Bei jeder Berechnung wird, weil die Anzahl von Ziffern zunimmt, die Berechnungszeit außerordentlich ausgedehnt.

Zuletzt wird das oben beschriebene Problem (5) ausführlich erläutert.

Ein durch das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität zu analysierendes Objekt kann ein Gehäuse, ein gedrucktes Substrat und ein Kabel einer elektrischen Schaltungsvorrichtung sein. Die elektrische Wellenstrahlung von dem Kabel wird hauptsächlich durch das Drahtende, d.h. die Anschluß-Verarbeitungseinheit eines Kabels, verursacht.

Die 3A bis 3C zeigen den Strahlungsmechanismus von dem Drahtende.

In 3A ist 20 ein Koaxialkabel, und 21 ist ein Gehäuse der elektrischen Schaltungsvorrichtung.

Wenn der Lesedraht eines Drahtendteils lang ist und der Drahtendteil nicht abgeschirmt ist, wird ein Gleichtaktstrom I₃ induziert, wenn das durch Leitungsströme I₁ und I₂ erzeugte elektromagnetische Feld, wie in 3A dargestellt, auf den abgeschirmten Teil des Koaxialkabels 20 gestrahlt wird.

In diesem Fall ist der Leitungsstrom I1 beinahe gleich dem Leitungsstrom I₂ (I₁≅ I₂), und der Gegentaktbetrieb verschiebt die elektrische Wellenstrahlung. Der Gleichtaktstrom I₃ ist nicht verschoben. Folglich bewirkt der Gleichtaktstrom I₃ eine bedeutende elektrische Welle.

In dem in 3A dargestellten Fall ist das herkömmliche Verfahren einer Berechnung der elektromagnetischen Feldintensität das in 3B dargestellte Verfahren. In diesem Verfahren wird der Wert der elektrischen Wellenstrahlung berechnet, indem die auf der Anschlußleitung des Drahtendteils erzeugte Spannung entsprechend berechnet wird und eine zwischen dem Gehäuse 21 und dem Koaxialkabel 20 einzusetzende Antenne konstruiert wird.

Die Ersatzschaltung ist in 3C dargestellt. In 3C gibt Zin eine Impedanz in dem Koaxialkabel 20 an. Z1 gibt die Impedanz in einer Drahtende-Anschlußleitung an. Ra gibt den Strahlungswiderstand von dem Koaxialkabel 20 an. Eine Antennenstruktur wird unter Verwendung des Gehäuses 21 der elektrischen Schaltungsvorrichtung als eine Erdung erzeugt, um eine elektrische Welle zu erzeugen.

Die 4A und 4B zeigen die Probleme beim Berechnen der elektromagnetischen Feldintensität des Drahtendteils.

Wie in 4A dargestellt, weist die Vorrichtung, wenn eine Last Z0 mit der Spitze des Koaxialkabels 20 einer Vorrichtung verbunden ist, auch bei einer Lasteinheit einen Drahtendteil auf. Dies kann überdies die elektromagnetische Wellenstrahlung verursachen. In diesem Fall ist an der Spitze des Koaxialkabels 20 kein Gehäuse vorgesehen. Daher kann kein Antennenmodell erstellt werden.

Somit kann der durch die Anschlußleitung fließende elektrische Strom durch das Momentenverfahren ohne Erstellen eines Antennenmodells analysiert werden. Zu dieser Zeit sollten die folgenden Probleme (a) bis (c) gelöst sein.

(a) Wie ist die Abschirmung des dicken und zylindrischen Koaxialkabels 20 mit einer dünnen Drahtende-Anschlußleitung 22 verbunden?
(b) Wie ist das Koaxialkabel 20 mit dem Gehäuse 21 verbunden, falls das Koaxialkabel 20 mit dem Gehäuse direkt verbunden ist?
(c) Der elektrische Strom durch die Abschirmung des Koaxialkabels 20 fließt normalerweise parallel zu dem Kabel, fließt aber auf eine Drahtende-Anschlußleitung 22 zu, wenn sich der Strom dem Drahtende nähert, und ändert seinen Fluß von der parallelen zur vertikalen Richtung, wie in 4B dargestellt ist. Wie wird der Strom repräsentiert und verarbeitet?

Wie oben beschrieben, weist das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität, um die elektromagnetische Feldintensität einer elektrischen Schaltungsvorrichtung gemäß dem Momentenverfahren zu berechnen, herkömmlicherweise die oben aufgeführten Probleme (1) bis (5) auf. Um das Problem zu lösen, hat der Anmelder der vorliegenden Erfindung die oben beschriebene Lösung vorgeschlagen.

Die vorgeschlagene Lösung ist jedoch unzureichend gewesen, um die elektromagnetische Feldintensität mit hoher Geschwindigkeit genau zu berechnen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, ein Berechnungsgerät und ein Berechnungsverfahren für eine elektromagnetische Feldintensität zu schaffen, um die elektromagnetische Feldintensität der elektrischen Schaltungsvorrichtung mit hoher Geschwindigkeit gemäß dem Momentenverfahren genau zu berechnen. Sie hat den Vorteil die elektromagnetische Feldintensität genau zu berechnen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 5 gelöst.

Das erste Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität umfaßt eine Dateneingabeeinheit, um die Strukturinformation über die zu analysierende elektrische Schaltungsvorrichtung zu empfangen; eine Berechnungseinheit für eine elektrische Erdungsstromverteilung, um die elektrische Erdungsstromverteilung der Erdungsschicht gemäß der Strukturinforma tion über die elektrische Schaltungsvorrichtung zu erhalten, die von der Dateneingabeeinheit empfangen wurde; eine Modell-Erzeugungseinheit, um ein Modell einer Übertragungsleitung und einer Erdungsschicht oder eines dielektrischen Teils gemäß der durch die Berechnungseinheit für eine elektrische Erdungsstromverteilung erhaltenen elektrischen Erdungsstromverteilung zu erzeugen; und eine Berechnungseinheit für eine elektromagnetische Feldintensität, um die elektromagnetische Feldintensität der elektrischen Schaltungsvorrichtung durch das Momentenverfahren gemäß der Information über das durch die Modell-Erzeugungseinheit erzeugte Modell zu berechnen.

Mit der oben beschriebenen Konfiguration erhält das erste Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität die elektrische Stromverteilung in der Erdungsschicht und erzeugt ein zu analysierendes Modell gemäß der elektrischen Erdungsstromverteilung, so daß ein genaues Modell erzeugt und analysiert werden kann und die elektromagnetische Feldintensität genau berechnet werden kann.

Das zweite Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität umfaßt eine Dateneingabeeinheit, um die Strukturinformation über die zu analysierende elektrische Schaltungsvorrichtung zu empfangen; eine ein Analyseobjekt einteilende Einheit, um eine Reihe vor Stücknummern Stücken zuzuordnen, die durch Einteilen mindestens einer zu analysierenden Platte in kleinere Elemente, d.h. die Stücke, erhalten werden; und eine Berechnungseinheit für eine elektromagnetische Feldintensität, um die gegenseitige Impedanz zwischen Stücken mit eindeutigen relativen Positionen zueinander unter den Stücken zu berechnen, denen durch die ein Analyseobjekt einteilende Einheit Stücknummern zugeordnet wurden, für die anderen Stücke die gegenseitigen Impedanzen zwischen den Stücken gemäß der berechneten gegenseitigen Impedanz zu erhalten und dann die elektromagnetische Feldintensität der elektrischen Schaltungsvorrichtung durch das Momentenverfahren gemäß den erhaltenen gegenseitigen Impedanzen zu berechnen.

Mit der oben beschriebenen Konfiguration extrahiert das zweite Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feld intensität automatisch die Gesetzmäßigkeit oder Regelmäßigkeit in gegebenen Strukturdaten und wendet die Berechnungsergebnisse der gegenseitigen Impedanzen eines Teils der Stücke auf andere Teile an, wodurch der Berechnungsumfang erheblich reduziert wird, wenn man die elektromagnetische Feldintensität mit hoher Geschwindigkeit berechnet.

Das dritte Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität umfaßt eine Dateneingabeeinheit, um die Strukturinformation über die zu analysierende elektrische Schaltungsvorrichtung zu empfangen; eine Berechnungseinheit für eine gegenseitige Impedanz, um die gegenseitige Impedanz durch eine vorbestimmte Näherungsgleichung zu berechnen, die gemäß den Charakteristiken des Objektes erhalten wird, dessen gegenseitige Impedanz berechnet wird und dessen Elemente eine kurze elektrische Länge aufweisen und voneinander relativ entfernt sind; eine Berechnungseinheit für einen elektrischen Strom, um simultane Gleichungen für das Momentenverfahren unter Verwendung der durch die Berechnungseinheit für eine gegenseitige Impedanz berechneten gegenseitigen Impedanz aufzustellen und um den Wert des durch jedes Element fließenden elektrischen Stroms zu berechnen; und eine Berechnungseinheit für eine elektromagnetische Feldintensität, um die elektromagnetische Feldintensität gemäß dem durch die Berechnungseinheit für einen elektrischen Strom berechneten elektrischen Stromwert zu berechnen.

Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann das dritte Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität einfachere Gleichungen als das herkömmliche Verfahren verwenden und kann daher eine Berechnung bei hoher Geschwindigkeit ausführen, indem eine Näherungsgleichung gemäß den Charakteristiken eines Objektes erhalten wird, dessen gegenseitige Impedanz berechnet wird und dessen Elemente eine kurze elektrische Länge aufweisen. und voneinander relativ entfernt sind, wenn die Elemente des Analyseobjektes den Bedingungen genügen, daß die Elemente eine kurze elektrische Länge aufweisen und voneinander entfernt sind. Weil die Berechnung kein Exponential-Integral in der oben beschriebenen Näherungsgleichung enthält, besteht eine geringere Möglichkeit des Verlustes von Ziffern, wodurch erfolgreich verhindert wird, daß die Berechnung in der Genauigkeit verschlechtert wird.

Das vierte Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität umfaßt eine Dateneingabeeinheit, um die Strukturinformation über die zu analysierende elektrische Schaltungsvorrichtung zu empfangen; eine Extraktionseinheit für einen Kabel-Drahtendteil, um den Drahtendteil an dem Ende des Koaxialkabels gemäß der Strukturinformation über die elektrische Schaltungsvorrichtung zu extrahieren, die von der Dateneingabeeinheit empfangen wurde; eine Polygon-Modelliereinheit, um eine Koaxialkabelabschirmung nahe dem Ende des Kabels unter Verwendung eines Polygonzylinders gemäß der Strukturinformation über den Drahtendteil zu nähern, der durch die Extraktionseinheit für einen Kabel-Drahtendteil extrahiert wrude, die Drahtende-Leitungseinheit mit dem genäherten Polygon zu verbinden und ein Modell zu erzeugen, das durch Verbinden des Polygons mit dem Gehäuse der elektrischen Schaltungsvorrichtung erhalten wird; und eine Berechnungseinheit für eine elektromagnetische Feldintensität, um die elektromagnetische Feldintensität der elektrischen Schaltungsvorrichtung durch das Momentenverfahren gemäß der durch die Modelliereinheit modellierten Information zu berechnen.

Mit der oben beschriebenen Konfiguration nähert das vierte Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität den Teil nahe dem zylindrischen Koaxialkabel-Drahtendteil in ein Polygon, um den vertikalen Fluß des elektrischen Stroms für eine Verbindung mit jeder Einheit zu realisieren, wodurch eine genaue Berechnung ausgeführt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1A und 1B zeigen die Näherung für eine kleine Rahmenantenne;
die 2A und 2B zeigen die Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung;
die 3A bis 3C zeigen den Mechanismus der Strahlung von dem Drahtendteil;
die 4A und 4B zeigen die Probleme beim Berechnen der elektromagnetischen Feldintensität des Drahtendteils;
5 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Berechnungsgerätes für eine elektromagnetische Feldintensität gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
die 6A und 6B zeigen Beispiele (1) von Modellen, die durch die in 5 dargestellte Modell-Erzeugungseinheit 111 erzeugt wurden;
die 7A bis 7D zeigen Beispiele (2) von Modellen, die durch die in 5 dargestellte Modell-Erzeugungseinheit 111 erzeugt wurden;
8 ist ein Flußdiagramm, das den Gesamtprozeß des Berechnungsgerätes für eine elektromagnetische Feldintensität gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
9 ist ein Flußdiagramm, das ausführlich die modellerzeugenden und -modifizierenden Prozesse darstellt, die in Schritt S1 in 8 ausgeführt werden;
die 10A bis 10C zeigen Beispiele einer Umwandlung einer Übertragungsleitung in ein Kapazitätsmodell;
die 11A bis 11D stellen die Prozedur einer Umwandlung einer dreiadrigen Trasse, die in 10C dargestellt ist, in Drähte 133a bis 133c dar;
die 12A und 12B zeigen das zweidimensionale Analyseverfahren (1);
13 zeigt das zweidimensionale Analyseverfahren (2),
14 zeigt das zweidimensionale Analyseverfahren (3),
15 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Berechnungsgerätes für eine elektromagnetische Feldintensität 200 darstellt;
die 16A bis 16D zeigen die Reduzierung des Berechnungsumfangs gemäß der zweiten Ausführungsform;
die 17A und 17B zeigen das Verfahren einer Zuordnung von Stücknummern durch eine in 15 dargestellte Stücknummer-Zuordnungseinheit 212;
18 ist ein Flußdiagramm, das den Prozeß eines Detektierens einer Regelmäßigkeit gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
die 19A bis 19D zeigen die Detektion einer Regelmäßigkeit durch Verweis auf das in 18 dargestellte Flußdiagramm;
die 20A und 20B zeigen den Stücknummer-Zuordnungsprozeß unter Verwendung eines Hilfsstücks als eine Variation gemäß der zweiten Ausführungsform;
die 21A und 21B zeigen die Berechnungs- und Übertragungsprozesse für die gegenseitige Impedanz gemäß der zweiten Ausführungsform;
22 ist ein Flußdiagramm, das den durch das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität 200 ausgeführten Gesamtprozeß darstellt;
23 zeigt ein Beispiel der Konfiguration des Systems, auf das die zweite Ausführungsform angewandt wird;
24 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Berechnungsgerätes für eine elektromagnetische Feldintensität 300 gemäß der dritten Ausführungsform darstellt;
die 25A bis 25D zeigen den Prozeß einer Berechnung der gegenseitigen Impedanz zwischen Monopolen;
26 ist ein Flußdiagramm (1), das den durch ein Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität 300 ausgeführten Prozeß darstellt;
27 ist ein Flußdiagramm (2), das den durch ein Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität 300 ausgeführten Prozeß darstellt;
28 stellt ein Modell einer Berechnung der gegenseitigen Impedanz zwischen zwei Dipolen dar;
29 zeigt das Berechnungsergebnis einer normalen herkömmlichen Berechnung unter Verwendung einer reellen Zahl mit doppelter Genauigkeit;
30 zeigt das Berechnungsergebnis einer Berechnung mit hoher Genauigkeit unter Verwendung einer ganzen Zahl mit mehrfacher Länge mit Festkomma;
31 zeigt das Berechnungsergebnis einer Näherungsgleichung gemäß der dritten Ausführungsform;
32 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Berechnungsgerätes für eine elektromagnetische Feldintensität 400 gemäß der vierten Ausführungsform darstellt;
die 33A bis 33C zeigen Beispiele eines genau modellierenden Prozesses gemäß der vierten Ausführungsform;
die 34A und 34B zeigen Beispiele einer direkten Verbindung mit dem Gehäuse unter Verwendung einer Klemme;
die 35A und 35B zeigen Beispiele eines einfach modellierenden Prozesses gemäß der vierten Ausführungsform;
36 ist ein Flußdiagramm, das den durch das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität 400 gemäß der vierten Ausführungsform ausgeführten Prozeß darstellt; und
37 ist ein Flußdiagramm, das ausführlich die modellerzeugenden und -modifizierenden Prozesse in Schritt S92 des in 36 dargestellten Flußdiagramms darstellt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die 5 bis 14 zeigen die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie oben beschrieben, ist das herkömmliche Verfahren für eine Schaltung für einen elektrischen Strom etc. durch eine Übertragungsleitung effektiv gewesen.
Wenn der Erfinder jedoch die Strahlungscharakteristiken elektrischer Wellen betrachtet, ändert sich das Strahlungsmuster einer elektrischen Welle in Abhängigkeit von der Verteilung des durch die Erdung fließen den Rückstroms der Übertragungsleitung außerordentlich.
Umgekehrt kann, falls die Erdungsstromverteilung exakt dargestellt werden kann, dann die Genauigkeit in Strahlungscharakteristiken beträchtlich verbessert werden.
5 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Berechnungsgerätes für eine elektromagnetische Feldintensität 100 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
In 5 berechnet das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität die elektromagnetische Feldintensität der zu analysierenden elektrischen Schaltungsvorrichtung in dem Momentenverfahren. Das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität 100 kann z.B. als Hardware eine CPU, ein Speicher etc. sein.
Das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität 100 umfaßt eine Dateneingabeeinheit 110; eine Modell-Erzeugungseinheit 111; und eine Berechnungseinheit für eine elektromagnetische Feldintensität 116. Die Modell-Erzeugungseinheit 111 umfaßt eine Berechnungseinheit für eine elektrische Erdungsstromverteilung 112 mittels einer zweidimensionalen Analyse; eine Berechnungsmodell-Auswahleinheit 113; eine Modelliereinheit für eine verteilte konstante Leitung 114 und eine Kapazität-Modelliereinheit 115.
Die Dateneingabeeinheit 110 gibt die Strukturinformation über die zu analysierende elektrische Schaltungsvorrichtung ein.
Die Modell-Erzeugungseinheit 111 erzeugt ein Modell gemäß der von der Dateneingabeeinheit 110 empfangenen Strukturinformation über die elektrische Schaltungsvorrichtung.
Die Modell-Erzeugungseinheit 111 umfaßt die Berechnungseinheit für eine elektrische Erdungsstromverteilung 112, die Berechnungsmodell-Auswahleinheit 113, die Modelliereinheit für eine verteilte konstante Leitung 114 und die Kapazität-Modelliereinheit 115.
Die Berechnungseinheit für eine elektrische Erdungsstromverteilung 112 erhält durch die von dem Momentenverfahren verschiedene zweidimensionale Analyse die elektrische Erdungsstromverteilung in der Erdungsschicht gemäß der Strukturinformation über die zu modellierende elektrische Schaltungsvorrichtung.
Die Berechnungsmodell-Auswahleinheit 113 wählt gemäß den Eingabedaten oder auf die Anweisung von einer externen Einheit, z.B. von dem Bediener etc., hin aus, ob ein Modell durch die Modelliereinheit für eine verteilte konstante Leitung 114 oder die Kapazität-Modelliereinheit 115 erzeugt wird.
Die Modelliereinheit für eine verteilte konstante Leitung 114 stellt eine Übertragungsleitung und eine Erdungsschicht unter Verwendung einer Vielzahl von Drähten oder Oberflächenstücken dar, erhält einen Gesamtwert des durch die Erdungsschicht fließenden Rückstroms durch die Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung und erzeugt ein Modell auf eine ist und Weise, daß der durch die Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung erhaltene Stromwert jedem Draht oder Oberflächenstück gemäß der durch die zweidimensionale Analyse erhaltenen Stromverteilung zugeordnet wird.
Die Kapazität-Modelliereinheit 115 stellt eine Erdungsschicht mit einer Vielzahl von Drähten oder Oberflächenstücken dar, stellt die charakteristische Impedanz zwischen jedem Draht oder Oberflächenstück und einer Übertragungsleitung so ein, daß die elektrische Erdungsstromverteilung, die durch die Berechnungseinheit für eine elektrische Erdungsstromverteilung 112 durch die zweidimensionale Analyse berechnet wurde, erhalten werden kann, und erzeugt ein Modell durch Umwandeln eines dielektrischen Teils dazwischen in einen Kondensator mit einer gleichen Kapazität.
Die Berechnungseinheit für eine elektromagnetische Feldintensität 116 berechnet die elektromagnetische Feldintensität der elektrischen Schaltungsvorrichtung durch die Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung oder das Momentenverfahren gemäß der durch die Modelliereinheit für eine verteilte konstante Leitung 114 oder die Kapazität-Modelliereinheit 115 modellierten Information.
Unten ist die Funktionsweise des Berechnungsgerätes für eine elektromagnetische Feldintensität 100 mit der oben beschriebenen Konfiguration beschrieben.
Zuerst erhält die Berechnungseinheit für eine elektrische Erdungsstromverteilung 112 durch die von dem Momentenverfahren verschiedene zweidimensionale Analyse die elektrische Erdungsstromverteilung.
Die zweidimensionale Analyse wird später (12, 13 und 14) bei den Grundzügen des Verfahrens beschrieben, und die ausführliche Beschreibung wird hier weggelassen.
Unter Verwendung der durch die oben beschriebene zweidimensionale Analyse erhaltenen elektrischen Erdungsstromverteilung folgt dann das Momentenverfahren. Weil die zweidimensionale Analyse normalerweise innerhalb einer kurzen Zeit ausgeführt werden kann, kann die Genauigkeit in Strahlungscharakteristiken ohne eine große Zunahme in einer Analysezeit verbessert werden.
Die Modelliereinheit für eine verteilte konstante Leitung 114 oder die Kapazität-Modelliereinheit 115 führt dann einen Modellierprozeß aus.
Wenn ein Modell durch die Modelliereinheit für eine verteilte konstante Leitung 114 erzeugt wird, wird die Summe des durch die Erdungsschicht fließenden Rückstroms durch die Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung erhalten. Die elektrische Erdungsstromverteilung wird durch einen durch die oben beschriebene zweidimensionale Analyse erhaltenen Wert repräsentiert.
Die elektrische Erdungsstromverteilung wird durch eine Vielzahl von Drähten repräsentiert. Jedem Draht ist der Wert der elektrischen Erdungsstromverteilung zugeordnet, der durch die Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung und die zweidimensionale Analyse erhalten wurde. Sie kann auch anstelle eines Drahtes durch ein Oberflächenstück repräsentiert werden.
Wenn durch die Kapazität-Modelliereinheit 115 eine Übertragungsleitung modelliert wird, wird die charakteristische Impedanz zwischen jedem Draht und der Übertragungsleitung so eingestellt, daß die durch die oben beschriebene zweidimensionale Analyse erhaltene elektrische Erdungsstromverteilung erhalten werden kann. Die charakteristische Impedanz kann dann auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, indem der Abstand zwischen jedem Draht und der Übertragungsleitung und der Durchmesser jedes Drahtes geändert werden. In diesem Fall können Oberflächenstücke den Draht ersetzen.
Nach Ausführen des Modellierprozesses durch die Modelliereinheit für eine verteilte konstante Leitung 114 oder die Kapazität-Modelliereinheit 115 berechnet die Berechnungseinheit für eine elektromagnetische Feldintensität 116 die elektromagnetische Feldintensität.
Unten sind die Oberflächenstücke beschrieben.
In dem Momentenverfahren wird die Oberfläche eines metallischen Leiters in eine Vielzahl rechtwinkliger oder dreieckiger Stücke eingeteilt, auf die als Oberflächenstücke verwiesen wird. Wenn ein Modell unter Verwendung der Oberflächenstücke erzeugt wird, ändert sich die Größe der Oberflächenstücke mit der durch die zweidimensionale Analyse erhaltenen elektrischen Erdungsstromverteilung. Um die optimale Stückgröße genau zu erhalten, wird die Größe der Stücke bei einem Teil verringert, wo häufig Änderungen gemacht werden, während sie bei einem Teil vergrößert wird, wo Änderungen maßvoll gemacht werden.
Die 6A, 6B und 7A bis 7D zeigen Beispiele von Modellierprozessen, die durch die in 5 dargestellte Modell-Erzeugungseinheit 111 ausgeführt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Metallelement modelliert. In diesem Beispiel ist eine Erdung 122 von einer Übertragungsleitung 120 um h entfernt, wie in 6A dargestellt ist. Wenn eine Kapazität modelliert wird, existiert ein dielektrischer Teil 121 mit der Dielektrizitätskonstante Er zwischen der Erdung 122 und der Übertragungsleitung 120.
Wenn die elektromagnetische Feldintensität berechnet wird, wird der horizontale elektrische Strom der Erdung 122 als Verteilung betrachtet. Demgemäß wird unter Verwendung des zweidimensionalen vertikalen Querschnitts, wie in 6B dargestellt, die horizontale Stromverteilung der Erdung 122 durch die zweidimensionale Analyse berechnet.
6B zeigt einen größeren Stromwert nahe der Übertragungsleitung 120 in einer Stromverteilung als ein. Beispiel der horizontalen Stromverteilung der Erdung 122.
Die elektrische Erdungsstromverteilung kann durch die zweidimensionale Analyse in verschiedenen Verfahren ohne das Momentenverfahren berechnet werden. Es gibt mehrere Verfahren als die zweidimensionale Analyse. Die ausführliche Erläuterung wird später durch Verweis auf die 12A bis 14 gegeben und wird hier daher weggelassen. Die Erklärung bezieht sich auf eine Berechnung innerhalb einer kurzen Zeit.
Die 7A und 7B zeigen Beispiele eines Modellierens der zu modellierenden Objekte, die in den 6A und 6B dargestellt sind, in Modelle für eine Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung. Die 7C und 7D zeigen Beispiele von Kapazitätsmodellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Verteilte-Konstante-Leitung-Modelle und Kapazitätsmodelle erzeugt.
Wie in 7A dargestellt, können die Verteilte-Konstante-Leitung-Modelle Leitungsmodelle 130 sein, die aus den Übertragungsleitungen 120 und Drähten 132a bis 132e, die von der Erdung 122 genähert werden, zu einer Vielzahl von Drähten drahtmodelliert sind. Die Anzahl mehrfacher Drähte kann optional bestimmt werden. Mit der zunehmenden Anzahl von Drähten wird die Genauigkeit höher, aber die Berechnungszeit wird verlängert.
Falls der elektrische Strom 1 durch die Übertragungsleitung 120 fließt, wird der elektrische Stromwert auf jeden Draht auf eine Art und Weise verteilt, daß durch die Drähte 132a bis 132e ein elektrischer Gesamtstrom von 1 fließt. Zu dieser Zeit ist der elektrische Stromwert jedem der Drähte 132a bis 132e gemäß der in 6B dargestellten elektrischen Erdungsstromverteilung zugeordnet.
In dem in 7A dargestellten Beispiel ist der elektrische Stromwert 0,4 dem der Übertragungsleitung 120 nächstgelegenen Draht 132c zugeordnet. Desgleichen ist der elektrische Stromwert 0,2 den Drähten 132b und 132d zugeordnet. Der elektrische Stromwert 0,1 ist den Drähten 132a und 132e zugeordnet, die von der Übertragungsleitung 120 am weitesten entfernt sind.
Wie in 7B dargestellt ist, kann die Erdung 122 als Oberflächenstücke 142a bis 142e, nicht den Drähten angenähert, verarbeitet werden.
Der durch jedes der Oberflächenstücke 142a bis 142e fließende elektrische Strom ist, wie im in 7A dargestellten Fall, so zugeordnet, daß der elektrische Gesamtstromwert 1 beträgt.
Wenn das Momentenverfahren verwendet wird, ist es ebenfalls effektiv, die Stückgröße in Abhängigkeit von der elektrischen Stromverteilung zu ändern. In 7B ist die Größe des der Übertragungsleitung 120 nächstgelegenen Oberflächenstücks 142a auf "klein" eingestellt. Die Größe der der Übertragungsleitung 120 am zweitnächsten gelegenen Oberflächenstücke 142b und 142d ist auf "mittel" eingestellt. Die Größe der entferntesten Oberflächenstücke 142a und 142e ist dann auf "groß" eingestellt.
Wenn ein Kapazitätsmodell einer Übertragungsleitung erzeugt wird, wird die Erdungsschicht 122 in jeden der Drähte 133a bis 133e modelliert, wie in 7C dargestellt ist. In 7A ist jedem Draht ein elektrischer Stromwert zugeordnet. In 7C wird die charakteristische Impedanz eingestellt, indem der Abstand zwischen jedem Draht und der Übertragungsleitung 120 und der Durchmesser d1 bis d5 von jedem der Drähte 133a bis 133e geändert werden.
Ein dielektrischer Teil 121 zwischen der Übertragungsleitung 120 und der Erdung 122 wird in Kondensatoren C₁ bis C₅ mit gleicher Kapazität umgewandelt, um die simultanen Gleichungen des Momentenverfahrens zu vereinfachen.
Wie in 7D dargestellt, kann die Erdungsschicht wie die Oberflächenstücke 142a bis 142e berechnet werden, anstatt in jeden der Drähte 133a bis 133e umgewandelt zu werden.
8 ist das Flußdiagramm, das den Prozeß darstellt, der durch das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird.
In 8 wird eine Eingabedatendatei 150 verwendet, um die Strukturinformation etc. über die zu analysierende elektrische Schaltungsvorrichtung zu verwalten. Eine Ausgabedatendatei 151 speichert die als ein Berechnungsergebnis erhaltenen Daten der elektromagnetischen Feldintensität.
Die Prozesse werden durch Verweis auf 8 beschrieben.
Wenn das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität 100 aktiviert ist, liest sie die Strukturinformation über die elektrische Schaltungsvorrichtung aus der Eingabedatendatei 150 und legt Metallelemente und andere Daten (Frequenz etc.) als eine Struktur und ein Feld fest (Schritt S0).
Gemäß der eingegebenen Strukturinformation über die elektrische Schaltungsvorrichtung wird ein Modell erzeugt und für einen zu analysierenden Teil umgewandelt, um die elektromagnetische Strahlung zu berechnen (Schritt S1). Die genauen Prozesse in Schritt S1 werden durch Verweis auf 9 ausführlich beschrieben.
Wenn in Schritt S1 ein Modell erzeugt oder umgewandelt ist, wird bestimmt, ob der Prozeß für alle eingegebenen Frequenzen beendet worden ist oder nicht, indem die verarbeiteten Frequenzen gezählt werden (Schritt S2). Wenn der Prozeß beendet worden ist (Ja in Schritt S2), enden alle Prozesse für eine Berechnung der elektromagnetischen Feldintensität. Wenn eine nicht verarbeitete Frequenz detektiert wird (Nein in Schritt S2), wird die als nächste zu verarbeitende Frequenz aus der Zahl unverarbeiteter Frequenzen ausgewählt.
Dann wird bestimmt, ob das zu analysierende Objekt ein Teil einer Vorrichtung ist (worauf im folgenden einfach als "eine Vorrichtung" verwiesen wird), auf die die Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung angewandt wird, oder eine Vorrichtung, auf die das Momentenverfahren angewandt wird, gemäß den Angaben in der in Schritt S0 gelesenen Strukturinformation oder der in Schritt S1 erzeugten Modellierinformation (Schritt S3). Wenn die Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung verwendet wird, wird eine Ablaufsteuerung oder Steuerung zu Schritt S4 weitergeleitet. Wenn das Momentenverfahren verwendet wird, wird die Steuerung zu Schritt S6 weitergeleitet.
Die Bestimmung kann gemäß den Anzeigern oder direkt gemäß der Form eines Analyseobjekts und einer Dimensionsinformation etc. vorgenommen werden.
Falls in Schritt S3 bestimmt wird, daß die Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung verwendet wird, wird dann die Eingangsimpedanz Zk (k = 1 ~ n) von jedem Draht berechnet (Schritt S4). Die Berechnung der Eingangsimpedanz Zk (= Zin) wird durch die Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung wie folgt ausgeführt. Zin = Z0 (ZL cosh γL + Z0 sinh γL)/(Z0 cosh γL + ZL sinh γL) wo Z₀ eine Leitungs-Charakteristik-Impedanz angibt, γ eine Αusbreitungskonstante angibt, L eine Leitungslänge angibt und ZL eine Lastimpedanz auf der stromabwärtigen Seite angibt.
Die Eingangsimpedanz Zin der Leitung bei der stromaufwärtigen Seite der Leitung wird berechnet, indem als ein neues ZL die berechnete Eingangsimpedanz Zin der Leitung auf der stromabwärtigen Seite verwendet wird.
Falls z.B. die Leitung in die beiden Impedanzen Z1in und Z2in verzweigt ist, wird dann eine Impedanz gemäß dem Ohmschen Gesetz folgendermaßen berechnet. Zin = (Z1in * Z2in)/(Z1in + Z2in)
Dann wird unter Verwendung der Wellenquelle auf der obersten stromaufwärtigen Seite und der berechneten Eingangsimpedanz Zk der elektrische Strom Ik (= Vk/Zk) (k = 1 ~ n) jeder Leitung der Reihe nach von der stromaufwärtigen Seite für n Leitungen berechnet, die in Schritt S3 als eine Vorrichtung, für die die Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung verwendet wird, angesehen wurden.
Die Berechnung des elektrischen Stroms Ik wird in der Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung folgendermaßen ausgeführt. IB = (VA cosh γL + Z0 IA sinh γL)/ZBinwo Z₀ die Leitungs-Charakteristik-Impedanzen angibt, γ eine Ausbreitungskonstante angibt, L eine Leitungslänge angibt, ZAin die Impedanz auf der stromaufwärtigen Seite der Leitung angibt, ZBin die Impedanz auf der stromabwärtigen Seite der Leitung angibt, IA den elektrischen Strom auf der stromaufwärtigen Seite der Leitung angibt, IB den elektrischen Strom auf der stromabwärtigen Seite der Leitung angibt und VA (= ZAin × IA) die Wellenquelle auf der stromaufwärtigen Seite der Leitung angibt.
Bei der Berechnung in den Schritten S4 und S5 kann das Berechnungsergebnis (berechnet in Schritt S1) des in 7A dargestellten Verteilte-Konstante-Leitung-Modells verwendet werden.
Für die Vorrichtung, für die in Schritt S3 bestimmt wird, daß das Momentenverfahren verwendet wird, wird die gegenseitige Impedanz Zij (i = 1 ~ m, j = i ~ m) zwischen m Vorrichtungen, die in Schritt S3 als die Vorrichtungen bestimmt wurden, für die das Momentenverfahren verwendet wird, unter Verwendung einer Greenschen Funktion berechnet (Schritt S6). Die gegenseitige Impedanz Zik (i = 1 ~ m, k = i ~ m) wird zwischen m Vorrichtungen berechnet, für die in Schritt S3 bestimmt wird, daß das Momentenverfahren verwendet wird, und n Leitungen, für die in Schritt S3 bestimmt wird, daß die Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung verwendet wird.
Lösen der Integralgleichung in dem Momentenverfahren unter Verwendung des in den Schritten 5 und 6 berechneten Wertes berechnet dann den elektrischen Strom Ii (i = 1 ~ m) der Vorrichtung, für die ein Momentenverfahren verwendet wird (Schritt S7). Das heißt, der elektrische Strom Ii (i = 1 ~ m) der Vorrichtung, auf die das Momentenverfahren angewandt wird, wird berechnet, indem die Integralgleichung durch das Momentenverfahren unter Verwendung des elektrischen Stroms Ik gelöst wird, der in Schritt S5 für die Vorrichtung berechnet wurde, für die die Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung verwendet wird; der gegenseitigen Impedanzen Zij und Zik, die in Schritt S6 berechnet wurden; und des Spannungswertes Vi (i = 1 ~ m), d.h. der Wellenquelle des Momentenverfahrens, bestimmt durch die Strukturinformation.
In dem oben beschriebenen Berechnungsprozeß wird die gegenseitige Impedanz Zik nur in einer Matrixoperation mit dem in Schritt S5 berechneten elektrischen Strom Ik verwendet. Der elektrische Strom Ik wird nur verwendet beim Berechnen der Wellenquelle, die in der Vorrichtung induziert ist, für die das Momentenverfahren verwendet wird.
Das heißt, wenn das Momentenverfahren für die gesamte elektrische Schaltungsvorrichtung verwendet wird, die in dem herkömmlichen Verfahren analysiert werden soll, werden Integral gleichungen gemäß dem Momentenverfahren unter Verwendung einer gegenseitigen Impedanz von "(n + m) × (n + m)" gelöst. Auf der anderen Seite löst die vorliegende Erfindung Integralgleichungen gemäß dem Momentenverfahren unter Verwendung nur der gegenseitigen Impedanz Zin von "m × m". Daher können die Integralgleichungen mit einer hohen Geschwindigkeit gelöst werden. Weil die gegenseitige Impedanz eine symmetrische Matrix ist, kann der Berechnungsumfang tatsächlich auf die Hälfte reduziert werden.
Somit wird der elektrische Strom Ik der Vorrichtung, für die die Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung verwendet wird, in Schritt S5 berechnet. Wenn der elektrische Strom Ii der Vorrichtung, für die das Momentenverfahren verwendet wird, in Schritt S7 berechnet wird, bestimmt man durch Zählen der Prozeßbeobachtungspunkte, ob die mit allen eingegebenen Beobachtungspunkten verbundenen Prozesse beendet worden sind oder nicht (Schritt S8).
Falls die Prozesse nicht beendet sind, wird die elektromagnetische Feldintensität, die für die Beobachtungspunkte durch den in Schritt S5 berechneten elektrischen Strom Ik und den in Schritt S7 berechneten elektrischen Strom Ii geliefert wird, unter Verwendung der elektrischen Ströme Ik und Ii berechnet, und das Berechnungsergebnis wird in der Ausgabedatendatei 151 gespeichert (Schritt S9). Die Steuerung wird dann zu dem Prozeß in Schritt S8 zurückgeführt, und die Prozesse in den Schritten S8 und S9 werden wiederholt ausgeführt, bis die mit all den Beobachtungspunkten verbundenen Prozesse beendet worden sind.
Falls die Berechnung des elektromagnetischen Feldes für alle Beobachtungspunkte beendet worden ist, wird dann die Steuerung zu dem Prozeß in Schritt S2 zurückgeführt, und die Prozesse werden ebenso für die nächste Frequenz wiederholt.
Die Berechnung des elektromagnetischen Feldes in Schritt S9 ist wie unten beschrieben wohlbekannt.
In Abhängigkeit von der Verteilung des durch ein Objekt fließenden elektrischen Stroms kann das elektrische Feld an irgendeinem Beobachtungspunkt durch die folgenden Gleichungen erhalten werden.
wo J _e die elektrische Stromverteilung angibt, S die Fläche der elektrischen Stromverteilung angibt und r den Abstand zwischen der elektrischen Stromverteilung und dem Beobachtungspunkt angibt.
Das Magnetfeld H an irgendeinem Beobachtungspunkt kann ebenfalls unter Verwendung eines Vektorpotentials durch die folgende Gleichung erhalten werden.
Unten ist ausführlich der modellerzeugende und -umwandelnde Prozeß in dem in 8 dargestellten Schritt S1 beschrieben.
9 ist ein Flußdiagramm, das den modellerzeugenden und -umwandelnden Prozeß ausführlich darstellt, der in dem in 8 dargestellten Schritt S1 ausgeführt wird.
In 9 sind die Teile, wie in 6A dargestellt (Übertragungsleitung, Erdung etc.) aus den zu analysierenden Objekten extrahiert (Schritt S11). Falls eine Vorrichtung kein Modell, wie in 6A dargestellt, ist, soll sie in dem folgenden Modellierprozeß nicht verarbeitet werden.
Die elektrische Erdungsstromverteilung, wie in 6B dargestellt, wird dann für die extrahierte Übertragungsleitung und die Erdung durch die zweidimensionale Analyse berechnet (Schritt S12).
Als nächstes wird ein Verteilte-Konstante-Leitung-Modell oder ein Kapazitätsmodell ausgewählt (Schritt S13). Falls ein Verteilte-Konstante-Leitung-Modell verwendet wird, wird die Steuerung zu Schritt S14 weitergeleitet. Falls ein Kapazitätsmodell verwendet wird, wird die Steuerung zu Schritt S20 weitergeleitet.
Falls das Verteilte-Konstante-Leitung-Modell verwendet wird, wird das Erdungsmuster einer Übertragungsleitung aus einer eingegebenen Strukturinformation extrahiert (Schritt S14). Die Breite und Anzahl der Erdungsmuster oder die Größe und Anzahl der Drähte, die verwendet werden, wenn ein Erdungsmuster in ein Leitungsmuster umgewandelt wird, werden dann bestimmt (Schritt S15). Ein elektrischer Gesamtstromwert wird dann für den elektrischen Erdungsrückstrom gemäß der Verteilte-Konstante-Leitung-Logik berechnet (Schritt S16). Der in Schritt S16 berechnete elektrische Erdungsrückstrom wird dem Erdungsmuster oder jedem Draht zugeordnet (Schritt S17). Die Zuordnung wird beruhend auf dem Format der in Schritt S12 erhaltenen elektrischen Erdungsstromverteilung ausgeführt. Der Eingangsteil des elektrischen Stroms und der Ausgangsteil des elektrischen Stroms werden dann extrahiert (Schritt S18), und eine Übertragungsleitungserdeung (Rückkehr) wird erzeugt (Schritt S19).
Wenn ein Kapazitätsmodell verwendet wird, wird eine Dünne-Leitung-Näherung für eine Übertragungsleitung ausgeführt (Schritt S20). Das heißt, die Streifenleitung der Breite w wird durch den Draht mit einem Durchmesser d repräsentiert. Das Erdungsmuster der Übertragungsleitung wird dann extrahiert (Schritt S21), und die Anzahl von Drähten, in die das Erdungsmuster umgewandelt wird, wird bestimmt (Schritt S22). Auf eine Bestimmung der Anzahl der Drähte hin werden die charakteristische Impedanz zwischen Drähten und die Durchmesser der Drähte berechnet (Schritt S53). Gemäß der Dielektrizitätskonstante zwischen der Übertragungsleitung und Erdung werden die Kapazität und Anzahl der Kondensatoren für Drähte berechnet (Schritt S24). Der Eingangsteil des elektrischen Stroms und Ausgangsteil des elektrischen Stroms werden dann extrahiert (Schritt S25). Zwischen den Drähten wird ein Modell mit dem in Schritt S24 berechneten Kondensator erzeugt (Schritt S26).
Ein Beispiel einer Umwandlung einer Übertragungsleitung in ein Kapazitätsmodell wird weiter ausführlich durch Verweis auf die 10A bis 10C und die 11A bis 11D beschrieben.
Als ein Beispiel eines in ein Kapazitätsmodell umzuwandelnden Objektes ist der dielektrische Teil (∈r) 121 zwischen der Übertragungsleitung 120 der Streifenleitung mit einer Breite w und der Erdung 122 eingefügt, wie in 10A dargestellt ist. Der Abstand zwischen der Übertragungsleitung 120 und der Erdung 122 ist h.
Zuerst wird eine Umwandlung in eine Ausgleichsschaltung, wie in 10B dargestellt und wie unten beschrieben, ausgeführt.
Die Streifenleitung (Übertragungsleitung 120) mit einer Breite w wird in den Leitungsdraht 130 mit einem Durchmesser d umgewandelt.
Die charakteristische Impedanz Z₀ einer Übertragungsleitung wird wie folgt berechnet. Z0 = 60 × ln (8h/w + w/4h).
Die charakteristische Impedanz Z₀, die verwendet wird, wenn die Streifenleitung (Übertragungsleitung 120) mit einer Breite w in den Leitungsdraht 130 mit einem Durchmesser d umgewandelt wird, wird folgendermaßen berechnet. Z0 = 60 × ln (8h/w + w/4h) = 60 × ln [2h/d + (4h2/d2 – 1)1/2] (5)(wo die effektive Dielektrizitätskonstante nicht berücksichtigt ist).
Die folgende Gleichung wird aus Gleichung (5) abgeleitet. (4h2/d2 – 1)1/2 = –2h/d + (8h/w + w/4h) (6)
Die beiden Seiten von Gleichung (6) werden folgendermaßen quadriert. d = [4h (8h/w + w/4h)]/[(8h/w + w/4h)2 + 1] (7)
Wie oben beschrieben, folgt der Umwandlung in eine Ausgleichsschaltung, wie in 10B dargestellt, die Umwandlung in die zweite Ausgleichsschaltung, wie in 10C dargestellt ist.
Die Umwandlung wird folgendermaßen ausgeführt.
Die Anzahl der Drähte 130, die von der Erdung 122 umgewandelt werden, kann optional bestimmt werden, beträgt aber in der folgenden Beschreibung zur einfachen Erklärung 3.
Zuerst wird der Abstand a(h) zwischen den Drähten 133a, 133b und 133c aus der folgenden Gleichung berechnet. k = (1 + a2)1/2 (8)wo k eine Wellenzahl angibt.
Die effektive Dielektrizitätskonstante ∈e der Übertragungsleitung wird aus der folgenden Gleichung berechnet. ∈r = (∈r + 1)/2 + (∈r – 1)/[2 (1 + 10h/w)1/2] (9)
Die Prozedur einer Umwandlung in Dreileiterdrähte 133a bis 133c, wie in 10C dargestellt, wird unten durch Verweis auf die 11A bis 11D beschrieben.
[Prozedur 1] Wie in den 11A und 11B dargestellt, sind die parallelen Impedanzen der charakteristischer. Dreileiter-Impedanzen Z₀₁, Z₀₂ und Z₀₁ der charakteristischen Impedanz Z₀ gleich gemacht.
Das Verhältnis der charakteristischen Impedanz Z₀₁ zu der charakteristischen Impedanz Z₀₂ wird gemäß der elektrischen Erdungsstromverteilung erhalten. Zu dieser Zeit wird das Ergebnis der durch die zweidimensionale Analyse erhaltenen elektrischen Stromverteilung, wie in 11C dargestellt, verwendet. Aus dem in 11C dargestellten elektrischen Strom ergibt sich das Verhältnis der charakteristischen Impedanz zwischen Leitungen, die in 11D dargestellt sind, zu Z₀₁ : Z₀₂ = 0,5 : 1. Das heißt, es gilt Z₀₁ = 2 Z₀₂. Weil die parallele Impedanz gleich der charakteristischen Impedanz Z₀ ist, wird die folgende Gleichung dargestellt. 1/[1/Z01 + 1/Z01 + 1/Z02] = Z0.
Demgemäß gelten Z₀₂ = 2 Z₀ und Z₀₁ = 4 Z₀.
[Prozedur 3] Die charakteristische Impedanz zwischen Leitungen wird auf den in der Prozedur 2 erhaltenen Wert durch Einstellen der Durchmesser d1 und d2 eingestellt. Die Berechnung wird ohne die effektive Dielektrizitätskonstante ∈e ausgeführt.

(a) Die charakteristische Impedanz Z₀₁ des Drahtes 133a wird folgendermaßen berechnet. Z01 = 60 × ln [x1 + (x1 2 – 1)1/2] (10) wo x1 = (4h2 – d2 – d1 2)/2dd1 (11)ist. Unter Verwendung von Gleichung (10) gilt x1 = [exp (Z01/30) + 1]/[2 exp (Z01/60)]Verwendet man Gleichung (11), so gilt d1 2 + 2 x1 dd1 + d2 – 4h2 = 0 d1 = –x1 d ± (x1 2 d2 + 4h2 – d2)1/2
b) Die charakteristische Impedanz Z₀₂ des Drahtes 133b wird wie folgt berechnet. Z02 = 60 × ln [x2 + (x2 2 – 1)1/2 (12)wo x2 = (4h2 – d2 – d2 2)/2 dd2 (13)gilt. Entsprechend wird die Berechnung durch die Gleichungen (12) und (13) wie gemäß den Gleichungen (10) und (11) ausgeführt. x2 = [exp(Z02/30) + 1]/[2 exp (Z02/60)] d2 = –x2 d ± (x2 2 d2 + 4h2 – d2)1/2
(c) Die charakteristische Impedanz des Drahtes 133c ist gleich Z₀₁.

[Prozedur 4] Die Kapazität von jedem der Drähte 133a bis 133c wird dann berechnet. C01 = (1/c) [∈e – 1)/Z01] C02 = (1/c) [∈e – 1)/Z02](wo c die Lichtgeschwindigkeit angibt).
In den oben aufgeführten Prozeduren 1 bis 4 wird der dielektrische Teil 121 in einen Kondensator mit einer äquivalenten Kapazität als ein Kapazitätsmodell umgewandelt, wodurch die simultanen Gleichungen des Momentenverfahrens vereinfacht werden.
Die zweidimensionalen Analyse wird unten durch Verweis auf die 12A bis 14 beschrieben.
Die zweidimensionale Analyse dient dazu, die elektrische Stromverteilung auf der Oberfläche des Leiters einer verteilten konstanten Leitung (Übertragungsleitung) erhalten.
12A zeigt ein Beispiel eines Modells eines in 6A dargestellten Analyseobjektes. Ein Verfahren, um die elektrische Stromverteilung unter Verwendung dieses Modells zu erhalten, ist unten beschrieben.
Zuerst wird ein Modell als ein dielektrischer Teil ∈0, der einen dielektrischen Teil ∈r ersetzt, wie in 12B dargestellt, anstelle des in 12A gezeigten Modells repräsentiert. Somit kann ein dielektrischer Mehrschichtenteil als ein Material gleicher Qualität erkannt werden, wenn die Leiteroberfläche und die Zwischen-Dielektrikum-Grenzfläche (angegeben durch dünne Linien in 12A) durch eine Kette einer äquivalenten gebundenen Ladung auf dem Abschnitt der Übertragungsleitung ersetzt werden. Ein Leiter bezieht sich auf sowohl eine Übertragungsleitung als auch eine Erdung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Spannung auf der Oberfläche des Leiters wird dann in dem in 12B dargestellten Modell erhalten.
Der Leiter und die Zwischen-Leiter-Grenzfläche, dargestellt in 12B, sind in kleine flache Abschnitte eingeteilt, um jedem der kleinen Abschnitte eine Kette äquivalenter gebundener Ladungen von Impulsfunktionen (unbekannte Anzahl) zuzuordnen.
Das heißt, es gelten
fi(ρ) = 1; (i. kleiner Abschnitt)
fi(ρ) = 0; (andere)
Diese Werte werden der in 12B dargestellten Erdung zugeordnet. Wie in 13A dargestellt, gibt Δti die Breite des i. kleinen Abschnitts an, und σi (i = 1 ~ N) gibt die gesamte Ladungsdichte des i. kleinen Abschnitts an.
Somit fließt der elektrische Strom durch die Unterseite der Erdung. Dies wird durch eine gebundene Ladung entsprechend dargestellt.
Die Spannung des Körpers des Leiters wird durch die folgende Gleichung (14) unter Verwendung der oben beschriebenen äquivalenten gebundenen Ladung dargestellt.
wo ρ einen Vektor angibt;
t die Außenlinie des Leiters und dielektrischen Teils angibt. Grenzfläche
σ_T(ρ') die Summe der gebundenen Ladung auf der Grenze und der freien gebundenen Ladung an der Grenze zwischen dem Leiter und dem dielektrischen Teil angibt (gesamte Ladungsdichte);
K eine Konstante angibt.
Der Vektor ρ in Gleichung (14) ist, wie in 13B dargestellt, definiert.
In 13 sind (x_i1, Y_i1) und (x_i2, y_i2) Koordinaten an beiden Enden eines kleinen Abschnitts. Der Vektor von dem Ursprung 0 zu jeder der Koordinaten wird als Vektor ρ _i1 bzw. ρ _i2 dargestellt. Der Quellenpunkt (x_i, y_i) ist ein Punkt in dem kleinen Abschnitt, der mit einer äquivalenten gebundenen Ladung gleichmäßig versehen ist. Der Feldpunkt (x_j, y_j) ist ein Beobachtungspunkt für ein elektrisches oder magnetisches Feld, wenn die elektrische Ladung an dem Quellenpunkt angeordnet ist. Er wird durch den Vektor ρ _j repräsentiert. Unter Verwendung der Impulsfunktion wird die gesamte Ladungsdichte σ_T durch die folgende Gleichung (15) ausgedrückt.
wo σ_Ti und q_i die gesamte Ladungsdichte bzw. die Gesamtladung des i. kleinen Abschnitts angeben.
Unter Verwendung der oben aufgeführten Gleichungen (14) und (15) wird die Spannung Vj des i. kleinen Abschnitts auf der Erdung oder der Übertragungsleitung folgendermaßen dargestellt.
Vj = Zj1 σT1 + Zj2 σT2 ... + Zji σTj ... + ZjNs σTNs (16)wo N = Ns + Nd eine Gesamtzahl kleiner Abschnitte angibt;
Ns eine Gesamtzahl kleiner Abschnitte auf der Leiteroberfläche angibt; und
Nd eine Gesamtzahl kleiner Abschnitte auf der Grenzfläche des Zwischen-Dielektrikum-Teils angibt.
Unten ist das Verfahren beschrieben, um das elektrische Feld der Grenzfläche des Zwischen-Dielektrikum-Teils zu erhalten.
Zuerst werden die dielektrischen Teile ∈1 und ∈2 der Grenzfläche des Zwischen-Dielektrikum-Teils und der Vektor n definiert, wie in 14 dargestellt ist. Die gebundene Ladung der Grenzfläche wird durch Gleichung (17) ausgedrückt.
Mit der Verteilung der gebundenen Ladung wird das elektrische Feld der Grenzfläche des dielektrischen Teils durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
Weil die gebundene Ladung gleich σ_Tj ist, wird die folgende Gleichung aus den Gleichungen (17) und (18) erhalten.
Diese Gleichung kann folgendermaßen entwickelt werden. Zj1 σT1 + Zj2 σT2 ... + Zjj σTj ... + ZjN σTN = 0, j = Ns + 1, ..., N (19)wo
gilt.
Mit den Gleichungen (16) und (19) kann die folgende Gleichung erhalten werden, um die gesamte Ladungsdichte zu berechnen.
Die auf der Oberfläche des Leiters einer Übertragungsleitung tatsächlich dargestellte gebundene Ladung ist eine freie Ladung σ_fj, und die freie Ladung wird durch die folgende Gleichung unter Verwendung der durch Gleichung (20) erhaltenen gesamten Ladungsdichte berechnet.
Die freie Ladung ist dem durch die Übertragungsleitung fließenden elektrischen Strom proportional. Daher kann eine genaue Berechnung in dem Momentenverfahren unter Verwendung der durch Gleichung (21) erhaltenen freien Ladungsverteilung ausgeführt werden.
Die folgenden Referenzen sind in bezug auf die zweidimensionale Analyse nützlich.

J. VENKATARAMAN, S. M. RAO , A. R. DJORDJEVIC , T. K. SARKAR, Y. HAIHENG, "ANALYSIS OF ARBITRARILY ORIENTED MICROSTRIP TRANSMISSION LINES IN ARBITRARILY SHAPED DIELETRIC MEDIA OVER A FINITE GROUND PLATE" IEEE TRANSACION ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, BAND MTT-33, NR. 10, S. 952–958, OKTOBER 1985.

Wie oben beschrieben, kann die Genauigkeit der Charakteristiken einer elektrischen Wellenstrahlung außerdem verbessert werden, indem die elektrische Erdungsstromverteilung exakt dargestellt wird, beim Berechnen der elektromagnetischen Feldintensität durch die Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung und das Momentenverfahren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist unten durch Verweis auf die 15 bis 23 beschrieben.
Als erstes ist 15 ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Berechnungsgerätes für eine elektromagnetische Feldintensität 200 darstellt.
Das in 15 dargestellte Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität 200 umfaßt eine Dateneingabeeinheit 210, eine ein Analyseobjekt einteilende Einheit 211 und eine Berechnungseinheit für eine elektromagnetische Feldintensität 213.
Ferner umfaßt die ein Analyseobjekt einteilende Einheit 211 die Stücknummer-Zuordnungseinheit 212, und die Berechnungseinheit für eine elektromagnetische Feldintensität 213 umfaßt eine eine Regelmäßigkeit zwischen Stücken detektierende Einheit 214, eine Berechnungseinheit für eine gegenseitige Impedanz 215, eine Berechnungsergebnis-Übertragungseinheit 216, eine Berechnungseinheit für einen elektrischen Strom 217 und eine Berechnungseinheit für ein elektromagnetisches Feld 218.
Die Dateneingabeeinheit 210 gibt die Strukturinformation über die zu analysierende elektrische Schaltungsvorrichtung ein.
Die ein Analyseobjekt einteilende Einheit 211 teilt ein Analyseobjekt für eine elektromagnetische Feldintensität in kleine Elemente ein, auf die als Stücke verwiesen wird.
Die Stücknummer-Zuordnungseinheit 212 ordnet Stücknummern in einer aufsteigenden Reihenfolge den Stücken zu, die zu mindestens einer Platte in Analyseobjekten gehören, wenn Analyseobjektplatten in Stücke eingeteilt sind. Eine zweite Stücknummer-Zuordnungseinheit kann für die eine Regelmäßigkeit zwischen Stücken detektierende Einheit 214 in der Berechnungseinheit für eine elektromagnetische Feldintensität 213 vorgesehen sein, um einmal zugeordnete Stücknummern in einer aufsteigenden Reihenfolge neu zuzuordnen.
Die Berechnungseinheit für eine elektromagnetische Feldintensität 213 berechnet die elektromagnetische Feldintensität gemäß dem Momentenverfahren.
Die eine Regelmäßigkeit zwischen Stücken detektierende Einheit 214 detektiert die Regelmäßigkeit zwischen den Stücken gemäß den durch die Stücknummer-Zuordnungseinheit 212 zugeordneten Stücknummern.
Die Berechnungseinheit für eine gegenseitige Impedanz 215 extrahiert einen Satz von Stücken, deren relative Positionen unter den Stücken gemäß der Regelmäßigkeit der Stücke eindeutig sind, die durch die eine Regelmäßigkeit zwischen Stücken detektierende Einheit 214 detektiert wurde, und berechnet die gegenseitige Impedanz nur innerhalb des Satzes der Stücke. Die Berechnungseinheit für eine gegenseitige Impedanz 215 umfaßt ferner eine Einheit, um eine einzelne Platte, zwei Platten bei einer übereinandergelegten Position oder zwei benachbarte Platten zu bestimmen, einen Satz von Stücken zu extrahieren, deren relative Positionen in der einzelnen Platte, den beiden Platten bei der übereinandergelegten Position oder den beiden benachbarten Platten gemäß den Stücknummern nach der Bestimmung eindeutig sind, und die gegenseitige Impedanz nur innerhalb des Satzes der Stücke zu berechnen, deren detektierte relative Positionen eindeutig sind.
Die Berechnungsergebnis-Übertragungseinheit 216 überträgt das Berechnungsergebnis der gegenseitigen Impedanz, die durch die Berechnungseinheit für eine gegenseitige Impedanz 215 erhalten wurde, zu dem Speicherbereich für eine gegenseitige Impedanz für die Stücke bei den gleichen relativen Positionen und stellt simultane Gleichungen des Momentenverfahrens auf.
Die Berechnungseinheit für einen elektrischen Strom 217 löst die simultanen Gleichungen des Momentenverfahrens, die durch die Berechnungsergebnis-Übertragungseinheit 216 aufgestellt wurden, und berechnet den durch jedes Element fließenden elektrischen Strom.
Die Berechnungseinheit für ein elektromagnetisches Feld 218 berechnet die elektromagnetische Feldintensität gemäß dem elek trischen Stromwert, der durch die Berechnungseinheit für einen elektrischen Strom 217 berechnet wurde.
Die Stücknummer-Zuordnungseinheit 212 kann konstruiert sein, um ein Hilfsstück zu einer Platte hinzuzufügen, der die Regelmäßigkeit teilweise fehlt, und eine Stücknummer in einer aufsteigenden Reihenfolge zuzuordnen, wie eine Platte mit einer scheinbaren Regelmäßigkeit. Die Berechnungsergebnis-Übertragungseinheit 216 kann konstruiert sein, um das Berechnungsergebnis der gegenseitigen Impedanz entsprechend dem Teil mit Ausnahme des Hilfsstückteils zu übertragen und um das Berechnungsergebnis der gegenseitigen Impedanz entsprechend dem Hilfsstückteil nicht zu übertragen.
In den meisten Fällen kann die Erdungsschicht einer gedruckten Mehrschichtplatte, der oberen Platte, Bodenplatte, Seitenplatte etc. eines Personalcomputer-Gehäuses etc. der zu analysierenden elektrischen Schaltungsvorrichtung als regelmäßiges Feld rechtwinkliger Stücke modelliert werden. Daher kann, falls die Regelmäßigkeit von gegebenen Strukturdaten automatisch extrahiert wird und ein Teil der Berechnungsergebnisse auf andere Teile übertragen werden kann, der Berechnungsumfang dann beträchtlich reduziert werden. Je größer die Platte ist, desto mehr kann der Berechnungsumfang reduziert werden.
Wenn ein Gehäuse modelliert wird, ist es in einer Berechnungszeit nicht durchführbar, die Einzelheiten der Struktur exakt zu modellieren. Teilt man ein Gehäuse in kleinere Stücke nach einem Umwandeln in regelmäßige Formen von Stücken ein, solange die Charakteristiken des Gehäuses nicht verloren werden, erhält man innerhalb einer kürzeren Berechnungszeit ein Ergebnis mit höherer Genauigkeit.
Von dem oben beschriebenen Gesichtspunkt aus reduziert das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität gemäß der zweiten Ausführungsform den Berechnungsumfang, indem die Regelmäßigkeit für die dreidimensionale Struktur einer zu analysierenden Vorrichtung aktiv geschaffen wird. Um dies zu erreichen, ordnet sie, wenn die Stücknummer-Zuordnungseinheit 212 eine Platte in Stücke einteilt, in einer aufsteigenden Reihenfolge Stücknummern den zu jeder Platte gehörenden Stücken zu. Somit können die Strukturdaten mit regelmäßiger Form erzeugt werden. Die eine Regelmäßigkeit zwischen Stücken detektierende Einheit 214 erkennt die Regelmäßigkeit, und die Berechnungseinheit für eine gegenseitige Impedanz 215 berechnet nur den Immittanzwert nur für einen Satz einer Anzahl von Stücken, deren relative Positionen eindeutig sind, ändert die Größenordnung und das Symbol des Wertes, falls erforderlich, und überträgt ihn auf andere.
Die 16A bis 16D zeigen die Reduzierung des Berechnungsumfangs gemäß der zweiten Ausführungsform.
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird der Immittanzwert von nur einem Satz von Stücken, deren relative Positionen zwischen einer einzelnen Platte, zwei Platten bei einer übereinandergelegten Position oder zwei benachbarten Platten eindeutig sind, berechnet und auf andere übertragen.
16A zeigt ein Beispiel des Falls, in dem die gegenseitige Impedanz aller Stücke für eine Platte erhalten wird. Nimmt man an, daß eine Metallplatte 221 in Oberflächenstücke 220 mit m Reihen × n Spalten eingeteilt ist, wird die Anzahl von 2-Stück-Sätzen aller Stücke folgendermaßen berechnet. (m × n) × (m × n) = m2n2
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird die gegenseitige Impedanz durch Detektieren der Regelmäßigkeit nur für die Sätze der Stücke, deren relative Positionen eindeutig sind, nicht für alle der oben beschriebenen Sätze berechnet. Falls z.B. die gegenseitige Impedanz zwischen dem Oberflächenstück 220a und den m × n Stücken (einschließlich des Stücks) berechnet wird, kann das Ergebnis als die gegenseitige Impedanz zwischen den Stücken mit den gleichen relativen Positionen verwendet werden. Zum Beispiel kann die gegenseitige Impedanz zwischen dem Oberflächenstück 220b und anderen Stücken (einschließlich des Stücks, das heißt, die Selbstimpedanz) erhalten werden, indem, falls erforderlich, die Größenordnung und das Symbol des Wertes der gegenseitigen Impedanz zwischen dem Oberflächenstück 220a und anderen Stücken geändert wird. Daher beträgt der Berech nungsumfang m × n und wird auf den mn. Teil (= mn/m²n²) reduziert. Falls das Oberflächenstück 220 ein Quadrat ist, wird dann der Berechnungsumfang weiter durch Reduzieren auf den 2mn. Teil des ursprünglichen Umfangs auf die Hälfte reduziert.
16B zeigt ein Beispiel, um die gegenseitige Impedanz zwischen allen Stücken zweier Platten bei einer übereinandergelegten Position zu erhalten. "Übereinanderlegen" bezieht sich auf eine Berührung zwischen zwei Metallplatten oder eine räumliche Trennung. Man nehme an, daß die Metallplatten 221a und 221b in Oberflächenstücke mit m Reihen × n Spalten eingeteilt sind. Die Anzahl von Sätzen aller Stücke zwischen einem Stück in der Metallplatte 221a und einem Stück in der Metallplatte 221b wird durch die folgende Gleichung erhalten. (m × n) × (m × n) = m2n2
Wenn die gegenseitige Impedanz zwischen dem Oberflächenstück 220c in der Metallplatte 221a und jedem Stück in der Metallplatte 221b berechnet wird, kann das Ergebnis für die gegenseitige Impedanz zwischen einem anderen Stück in der Metallplatte 221a und einem Stück in der Metallplatte 221b mit der gleichen relativen Position verwendet werden.
Daher wird der Berechnungsumfang auf m × n reduziert, d.h. den mn. Teil (= mn/m²n²). Falls das Oberflächenstück 220 ein Quadrat ist, wird dann der Berechnungsumfang weiter um die Hälfte verringert, wodurch man ihn auf den 2mn. Teil des ursprünglichen Umfangs reduziert.
16C zeigt ein Beispiel, um die gegenseitige Impedanz unter allen Stücken zwischen zwei benachbarten Platten zu erhalten. Die "Nachbarschaft" schließt nicht nur die direkte Verbindung zwischen den Seiten zweier Metallplatten ein, sondern auch die Verbindung durch ein Bewegen in einem geeigneten Verfahren wie bei den in 16C dargestellten Metallplatten 221 und 221'.
Die in 16C dargestellte Metallplatte 221c ist in Oberflächenstücks mit m Reihen × n Spalten eingeteilt. Die benachbarte Metallplatte 221d ist in die Oberflächenstücke mit m Reihen × k Spalten eingeteilt. Die Anzahl von Sätzen aller Stücke zwischen einem Stück in der Metallplatte 221c und einem Stück in der Metallplatte 221d wird durch die folgende Gleichung erhalten. (m × n) × (m × k) = m2nk
Wenn die gegenseitige Impedanz zwischen jedem der Oberflächenstücke 220d, 220e und 220f in der Metallplatte 221d und jedem Stück in der Metallplatte 221c berechnet wird, gibt ein Satz aus einem Stück in der Metallplatte 221c und einem Stück in der Metallplatte 221d notwendigerweise gleiche relative Positionen an. Als ein Beispiel gleicher relativer Positionen sind die durch die in 16C dargestellten, nach rechts zeigenden Pfeile angezeigten vier Kombinationen in einer relativen Position gleich. Die gegenseitige Impedanz soll für nur eine der vier Kombinationen berechnet werden. Daher kann die für die Oberflächenstücke 220d bis 220f berechnete gegenseitige Impedanz verwendet werden, und der Berechnungsumfang kann von m²nk auf mnk reduziert werden. Der Berechnungsumfang ist der m. Teil (mnk/m²nk) des ursprünglichen Umfangs.
Die 17A und 17B zeigen das Stücknummer-Zuordnungsverfahren durch die in 15 dargestellte Stücknummer-Zuordnungseinheit 212.
Wenn die Metallplatte 221 in die rechtwinkligen oder quadratischen Oberflächenstücke 220 eingeteilt ist, werden die Stücknummern der Reihe nach in einer aufsteigenden Reihenfolge gemäß der zweiten Ausführungsform zugeordnet, wie in 17A dargestellt, um eine Regelmäßigkeit für die Strukturdaten zu liefern. Das heißt, die Stücknummern werden in einer aufsteigenden Reihenfolge von dem am weitesten links gelegenen Stück der Metallplatte 221 nach rechts zugeordnet. Wenn dem am weitesten rechts gelegenen Stück seine Nummer zugeordnet ist, werden dann die Stücknummern gleichfalls der Reihe nach von dem Stück gerade oberhalb des oben beschriebenen, am weitesten links gelegenen Stücks zugeordnet.
Wenn das Oberflächenstück 220 dreieckig ist, werden die Strukturdaten mit regelmäßiger Form geschaffen, indem die Stücknummern den Daten in einer aufsteigenden Reihenfolge seriell zugeordnet werden, wie in 17B dargestellt ist.
18 ist ein Flußdiagramm, das den Prozeß zum Detektieren einer Regelmäßigkeit gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt. Die 19A bis 19D zeigen die Detektion einer Regelmäßigkeit entsprechend dem in 18 dargestellten Flußdiagramm.
Der Prozeß eines Detektierens der Regelmäßigkeit der zu analysierenden Strukturdaten, wie in 18 dargestellt, wird durch die in 15 dargestellte, eine Regelmäßigkeit zwischen Stücken detektierende Einheit 214 ausgeführt. Der Prozeß zum Detektieren einer Regelmäßigkeit kann ausgeführt werden, wenn das Analyseobjekt durch die ein Analyseobjekt einteilende Einheit 211 eingeteilt ist.
Der Prozeß zum Detektieren einer Regelmäßigkeit wird unten mit Verweis auf die 18 und 19A bis 19D beschrieben.
In einem in 18 dargestellten Schritt S31 wird jeder der Horizontalzähler n und Vertikalzähler m, um die Regelmäßigkeit durch sequentielles Abtasten der vertikalen und horizontalen benachbarten Stücke zu extrahieren, auf 1 initialisiert. Der Horizontalzähler n und der Vertikalzähler m sind in den beigefügten Zeichnungen nicht dargestellt.
Das Stückattribut des der kleinsten Stücknummer zugeordneten Stücks in der gleichen Platte wird dann erhalten (Schritt S32). In den folgenden Beschreibungen wird auf die so zugeordnete Stücknummer als die Nummer des "aktuellen Stücks" verwiesen. Das oben beschriebene Stückattribut ist eine Stückinformation, z.B. eine Stückform, ein Material etc., die sich darauf bezieht, was einen Einfluß auf die elektromagnetische Feldintensität hat. In dem in 19B dargestellten Beispiel wird das Stückattribut des der Stücknummer 1 zugeordneten Stücks 220-1 gelesen.
Das Stückattribut des der nächsten Stücknummer (z.B. 2) zugeordneten Stücks wird erhalten (Schritt S33). In den folgenden Beschreibungen wird auf das Stück als das "nächste Stück" verwiesen.
Man bestimmt dann, ob das aktuelle Stück dem nächsten Stück horizontal benachbart ist oder nicht (Schritt S34). Falls nicht (Nein in Schritt S34), wird dann die Steuerung zu Schritt S38 weitergeleitet. Falls Ja (Ja in Schritt S34), wird dann bestimmt, ob das aktuelle Stück das gleiche Stückattribut wie das nächste Stück aufweist oder nicht (Schritt S35). Das heißt, man bestimmt, ob sie das gleiche Attribut, z.B. die gleiche Form, das gleiche Material etc., aufweisen oder nicht. Falls nicht (Nein in Schritt S35), wird dann die Steuerung zu Schritt S38 weitergeleitet.
Falls sie das gleiche Stückattribut aufweisen (Ja in Schritt S35), wird dann 1 zu dem Horizontalzähler n addiert (Schritt S36). Eine Addition von 1 zu der aktuellen Stücknummer (Addieren von 1 zu 1 in dem vorliegenden Beispiel) (Schritt S37) führt die Steuerung zu dem Prozeß in Schritt S33 zurück, wobei das nächste Stück als das aktuelle Stück festgelegt wird. Die oben beschriebenen Prozesse werden dann wiederholt.
Die Stücke 220-1 bis 220-4 werden somit sequentiell in der Reihenfolge von Stücknummern überprüft, wie in 19B dargestellt ist. Weil das der Nummer 220-4 zugeordnete Stück kein benachbartes Stück aufweist (das nächste Stück ist dem aktuellen Stück nicht benachbart), wird die Steuerung dann von Schritt S34 zu Schritt S38 weitergeleitet. Falls das gleiche Attribut nicht detektiert wird, wird die Steuerung von Schritt S35 zu Schritt S38 weitergeleitet.
In dem Prozeß in Schritt S38 bestimmt man, ob das nächste Stück dem ganz links gelegenen Stück zu dem aktuellen Stück vertikal benachbart ist oder nicht.
Falls nicht (Nein in Schritt S38), wird dann die Steuerung zu Schritt S43 weitergeleitet.
Falls Ja (Ja in Schritt S38), bestimmt man, ob sie das gleiche Attribut aufweisen oder nicht (Schritt S39).
Falls nicht (Schritt S39), wird dann die Steuerung zu Schritt S43 weitergeleitet.
Falls Ja (Ja in Schritt S39), wird dann überprüft, ob der Wert des Horizontalzählers n akzeptiert ist oder nicht, und der Wert wird gespeichert (Schritt S40). Der Wert wird dann wieder auf n = 1 initialisiert. Wenn z.B. der in der vorherigen horizontalen Abtastung gespeicherte Wert n kleiner als der in der aktuellen Abtastung erhaltene Wert n ist, wird der kleinere Wert n gespeichert, um die regelmäßige Fläche als ein Rechteck zu erkennen, wodurch die Verwaltung vereinfacht wird.
Als nächstes wird zu dem Vertikalzähler m (Schritt S41) und zu der aktuellen Stücknummer 1 addiert, um das nächste Stück als das aktuelle Stück festzulegen (Schritt S42). Die Steuerung wird dann zu dem Prozeß in Schritt S33 zurückgeführt, und die den oben beschriebenen Prozessen ähnlichen Prozesse werden wiederholt. Folglich wird die nächste Reihe abgetastet, wie in 19C dargestellt ist.
Falls das Stück, das dem der Nummer 12 zugeordneten Stück nächstgelegen ist, dem Stück 12 oder 9 nicht benachbart ist, wie in 19D dargestellt ist, oder nicht das gleiche Attribut wie die Stücke aufweist, wird der Prozeß in Schritt S43 ausgeführt. Das heißt, es wird erkannt, daß regelmäßige Stücke in dem Bereich von m Reihen mal n Spalten existieren und die Regelmäßigkeit-Verwaltungszahlen den Stücken zugeordnet sind. Eine Regelmäßigkeitszahl umfaßt eine Struktur-Identifikationsnummer, die einem regelmäßigen Teil eindeutig zugeordnet ist, und eine interne Identifikationsnummer, die jedem der Stücke eindeutig zugeordnet ist. In dem in 19D dargestellten Beispiel wird ein Stück mit der Regelmäßigkeit von 3 Reihen mal 4 Spalten detektiert.
Falls die Stücknummern auf der gleichen Platte gelassen werden, werden die in 18 dargestellten Prozesse für das nächste Stück wiederholt. Das heißt, die ähnlichen Prozesse werden von dem Stück 13 in einer aufsteigenden Reihenfolge in dem in 19D dargestellten Beispiel ausgeführt.
Die 20A und 20B zeigen den Stücknummer-Zuordnungsprozeß, wobei ein Hilfsstück als eine Variation der zweiten Ausführungsform verwendet wird.
Das in 20A dargestellte Beispiel gibt den Fall an, in dem Mängel 230-1 und 230-2 in der zu analysierenden Metallplatte 221 existieren. In diesem Fall wird die regelmäßige Fläche, wie in den 19A bis 19D dargestellt, in kleinere Teile eingeteilt, wodurch der Effekt einer Reduzierung des Berechnungsumfangs verringert wird.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel werden die in 20A dargestellten Mängel 230-1 und 230-2 auch mit den Stücknummern, die denjenigen normaler Stücke ähnlich sind, in einer aufsteigenden Reihenfolge als Hilfsstücke 220-4 und 220-25 versehen, wie in 20B dargestellt ist, um die Stücke zu verarbeiten, als ob scheinbar keine Mängel 230-1 und 230-2 vorhanden wären.
Dies wird erreicht, indem das Berechnungsergebnis durch die Berechnungsergebnis-Übertragungseinheit 216 nur auf die Teile mit Ausnahme der Hilfsstücke 220-4 und 220-25 übertragen werden, nachdem die Berechnungseinheit für eine gegenseitige Impedanz 215 die gegenseitige Impedanz zwischen den Stücken berechnet, deren relative Positionen eindeutig sind.
Somit kann der Berechnungsumfang erfolgreich reduziert werden, sogar falls auf der zu analysierenden Metallplatte ein Fehler oder Mangel vorliegt.
Die 21A und 21B zeigen die Berechnungs- und Übertragungsprozesse für eine gegenseitige Impedanz gemäß der zweiten Ausführungsform.
Die 21A und 21B veranschaulichen ein Beispiel einer Berechnung der gegenseitigen Impedanz zwischen den Stücken auf den beiden Platten bei einer übereinandergelegten Position. Die gegenseitige Impedanz wird gleichfalls zwischen den Stücken auf den benachbarten beiden Platten berechnet.
Man gehe von der gegenseitigen Impedanz zwischen den den Stücknummern 1 bis 14 zugeordneten Dipolen, wie in 21A dargestellt, auf den beiden, in 21A dargestellten Metallplatten 221a und 221b aus.
In diesem Beispiel wird die gegenseitige Impedanz zwischen dem Dipol i und dem Dipol j (i und j geben optionale Stücknummern an) durch Z_i,j repräsentiert.
Wenn die gegenseitige Impedanz Z_i,j für die Metallplatte 221a berechnet ist, kann das Berechnungsergebnis auf die gegenseitige Impedanz bei der gleichen relativen Position (in diesem Beispiel die gegenseitige Impedanz Z_2.2 und Z_3.3) übertragen werden.
Wenn die gegenseitige Impedanz Z_4,4 berechnet ist, kann das Berechnungsergebnis auf die gegenseitige Impedanz (Z_5.5, Z_6.6 und Z_7.7) bei der gleichen relativen Position übertragen werden.
Ähnliche Prozesse werden an den beiden Metallplatten 221a und 221b ausgeführt.
Das heißt, das Ergebnis der Berechnung der gegenseitigen Impedanz Z_1,8 zwischen den Dipolen 1 und 8 zwischen den beiden Metallplatten 221a und 221b kann auf die gegenseitigen Impedanzen Z_2,9 und Z_3,10 für die gleichen relative Positionen übertragen und für diese verwendet werden.
Desgleichen kann die gegenseitige Impedanz Z_1,11 zwischen den Dipolen 1 und 11 ebenfalls als die gegenseitige Impedanz Z_2,13 zwischen den Dipolen 2 und 13 bei den gleichen relativen Positionen verwendet werden.
Nachdem, wie oben beschrieben, die gegenseitige Impedanz zwischen den Stücken durch die Stücknummer-Zuordnungseinheit 212, die Berechnungseinheit für eine elektromagnetische Feldintensität 213, die eine Regelmäßigkeit zwischen Stücken detektierende Einheit 214, die Berechnungseinheit für eine gegenseitige Impedanz 215 und die Berechnungsergebnis-Übertragungseinheit 216, dargestellt in 15, berechnet und übertragen ist, erzeugt die Berechnungseinheit für einen elektrischen Strom 217 simultane Gleichungen in dem Momentenverfahren, wie in 21B dargestellt, gemäß der oben beschriebenen gegenseitigen Impedanz und den Wellenquellen V₁ bis V₁₄, als die Eingabedaten von der Dateneingabeinheit 210 gelesen, und berechnet dann den unbekannten elektrischen Strom I₁ bis I₁₄ in jeder Einheit.
Der durch das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität 200 gemäß der zweiten Ausführungsform ausgeführte Gesamtprozeß wird unten durch Verweis auf 22 erklärt.
22 ist ein Flußdiagramm, das den durch das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität 200 ausgeführten Gesamtprozeß darstellt.
In 22 werden die Daten der zu analysierenden elektrischen Schaltungsvorrichtung, die durch die CAD etc. erzeugt wurden, eingegeben (Schritt S50). Ein Analyseobjekt wird dann unter Verwendung von Drähten und Oberflächenstücken für einen Teil modelliert, für den das Momentenverfahren verwendet wird (Schritt S51). Zu dieser Zeit werden den Oberflächenstücken Stücknummern der Reihe nach in einer aufsteigenden Reihenfolge zugeordnet (Schritt S52). Außerdem werden notwendige Modelldaten erzeugt oder umgewandelt, um das Ergebnis an eine Modelldatendatei 280 auszugeben (Schritt S53).
Die Modelldaten werden dann von der Modelldatendatei 280 empfangen, und die Metallelemente und andere Daten (Frequenz etc.) werden als eine Struktur und ein Feld festgelegt (Schritt S54). Als nächstes wird die Regelmäßigkeit, wie in 19 dargestellt, detektiert (Schritt S55), und die Regelmäßigkeit-Verwaltungszahl wird für eine Struktur mit der detektierten Regelmäßigkeit definiert (Schritt S56). Zu dieser Zeit werden eine Stücknummer und eine Punktdefinitions-Startposition neu definiert, falls notwendig, in Anbetracht der überlappenden Platten bei einer übereinandergelegten Position.
Die folgenden Prozesse werden dann für eine vorbestimmte Frequenz wiederholt.
Zuerst bestimmt man durch Zählung der verarbeiteten Frequenzen, ob die Prozesse für alle eingegebenen Frequenzen beendet worden sind oder nicht (Schritt S57).
Falls Ja (Ja in Schritt S57), ist der Prozeß einer Berechnung der elektromagnetischen Feldintensität beendet. Falls irgendwelche nicht verarbeiteten Frequenzen existieren (Nein in Schritt S57), wird die als nächste zu verarbeitende Frequenz aus nicht verarbeiteten Frequenzen ausgewählt, und die folgenden Prozesse werden an der ausgewählten Frequenz ausgeführt.
Das heißt, die Wellenlänge λ der ausgewählten Frequenz wird berechnet (Schritt S58).
Um die gegenseitige Impedanz Z_ij sequentiell zu berechnen, wird dann ein Satz eines Elements i (i = 1 ~ m) und eines Elements j (j = 1 ~ m) aus m Metallelementen erzeugt (Schritt S59). Unter Verwendung der simultanen Gleichungen in dem Momen tenverfahren wird die gegenseitige Impedanz Z_ij berechnet (Schritt S60).
In Schritt S59 werden eine einzelne Platte, zwei Platten bei einer übereinandergelegten Position oder zwei benachbarte Platten bestimmt, und ein Satz von Stücken, deren relative Positionen eindeutig sind, wird nach der Bestimmung extrahiert, und die Berechnung wird in Schritt S60 an nur dem Satz der Stücke ausgeführt, deren extrahierte relative Positionen eindeutig sind.
Man bestimmt dann, ob die Berechnung der gegenseitigen Impedanz an allen Sätzen von Elementen, deren relative Positionen eindeutig sind, beendet worden ist oder nicht (Schritt S61).
Falls nicht (Nein in Schritt S61), werden die Prozesse in den Schritten S59 und S60 wiederholt, bis die Berechnung beendet ist.
Falls die Berechnung für alle Sätze beendet worden ist (Ja in Schritt S61), wird das Berechnungsergebnis in Schritt S60 auf die gegenseitige Impedanz zwischen den Elementen mit den gleichen relativen Positionen übertragen (Schritt S62). Das Berechnungsergebnis wird nicht kollektiv übertragen, sondern kann einzeln für jede Berechnung übertragen werden.
Die folgende simultane Gleichung in dem Momentenverfahren wird dann abgeleitet, wobei der durch die Metallelemente fließende elektrische Strom Ii als eine unbekannte Zahl unter Verwendung der berechneten gegenseitigen Impedanz Z_ij und der Wellenquelle Vi, geliefert als Eingabedaten, verarbeitet wird. Der durch das Metallelement fließende elektrische Strom Ii wird durch Lösen der folgenden simultanen Gleichung erhalten (Schritt S63). [Zij] [Ii] = [Vi]
Man bestimmt dann durch Zählung der verarbeiteten Beobachtungspunkte, ob alle eingegebenen Beobachtungspunkte verarbeitet worden sind oder nicht (Schritt S64).
Falls sie noch nicht verarbeitet worden sind, wird die durch den berechneten elektrischen Strom Ii an dem Beobachtungspunkt gelieferte elektromagnetische Feldintensität durch eine vorbestimmte Gleichung berechnet (Schritt S65). Das Berechnungsergebnis wird dann in einer Ausgabedatendatei 281 gespeichert, und die Steuerung wird zu dem Prozeß in Schritt S64 zurückgeführt. Die Prozesse in den Schritten S64 und S65 werden wiederholt, bis die Berechnung der elektrischen und magnetischen Felder für alle Beobachtungspunkte beendet worden ist.
Weil die Berechnung der gegenseitigen Impedanz Z_ij in Schritt S60, die Berechnung des elektrischen Stroms in Schritt S62 und die Berechnung der elektrischen und magnetischen Felder in Schritt S65 wohlbekannt sind, werden sie unten kurz beschrieben.
Das elektrische Feld an irgendeinem Beobachtungspunkt kann durch die folgende Gleichung gemäß der elektrischen Stromverteilung durch das Objekt erhalten werden.

J_S:: elektrischer Strom
S:: elektrische Stromverteilung enthaltende Fläche
r:: Abstand zwischen einer elektrischen Stromverteilung und Beobachtungspunkten.

Die folgende Gleichung wird verwendet, um auch das Magnetfeld H an irgendeinem Beobachtungspunkt unter Verwendung eines Vektorpotentials zu erhalten.
Zur einfachen Erklärung bezieht sich die obige Beschreibung nur auf den Fall, in dem das Momentenverfahren für die Analyse der elektromagnetischen Welle verwendet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf den Fall beschränkt, in dem das Momentenverfahren für alle Teile der elektrischen Schaltungsvorrichtung verwendet wird, sondern ist auf den Fall anwendbar, in dem das Momentenverfahren für nur einen Teil der elektrischen Schaltungsvorrichtung verwendet wird.
Unten ist ein Beispiel des Systems beschrieben, auf das die zweite Ausführungsform angewandt wird.
23 zeigt ein Beispiel des Systems, auf das die zweite Ausführungsform angewandt wird.
In 23 speichert eine CAD-Datendatei für eine Teileanordnung und eine Verdrahtung 250 Daten, wie z.B. den Umriß einer durch ein elektronisches CAD-System erzeugten gedruckten Platte, eine Teiletreiber/Empfänger-Stiftinformation, eine Verdrahtungsleitung, einen Richtungswechsel etc.
Eine CAD-Datendatei für eine Gehäusestruktur 260 speichert. die Gehäusestrukturdaten in dem Format NASTRAN, das eine Standardschnittstelle in dem in dem Struktur-System-CAD-System erzeugten Analysefeld ist.
Das Analysesystem für ein elektromagnetisches Feld 270 umfaßt eine Vorverarbeitungseinheit 271, eine Lösegerät-Eingabedatei 272, eine Bibliothek 273, einen Zusatzmechanismus 274, eine Lösegeräteinheit 275, eine Analyseergebnis-Ausgabedatei 276 und eine Postprozeßeinheit 277.
Die Vorverarbeitungseinheit 271 empfängt die sich auf die gedruckte Platte beziehenden Daten von der CAD-Datendatei für eine Teileanordnung und Verdrahtung 250, wandelt die Daten in Lösegerät-Eingabedaten um und gibt die Daten an die Lösegerät-Eingabedatei 272 aus. Die Strukturdaten eines Gehäuses, dessen Pegel analysiert werden sollen, werden von der CAD-Datendatei für eine Gehäusestruktur 260 eingegeben, in Lösegerät-Eingabedaten umgewandelt und zu der Lösegerät-Ausgabedatei 272 ausgegeben.
Beim Umwandeln der Daten in die Lösegerät-Eingabedaten werden verschiedene Kabeltrassen zu der gedruckten Platte oder zu der Außenseite des Gehäuses erzeugt. Die Verdrahtungsinformation für die gedruckte Platte und Gehäusestruktur werden geändert. Die Vorverarbeitungseinheit 271 hat die Funktion, die Montageposition der gedruckten Platte in dem Gehäuse zu bestimmen. Die Vorverarbeitungseinheit 271 umfaßt auch die Stück nummer-Zuordnungseinheit 212, um die oben beschriebenen Stücknummern zuzuordnen.
Die Lösegeräteinheit 275 ist ein Modul, um die elektromagnetische Feldintensität durch das Momentenverfahren oder das Verfahren einer Verteilte-Konstante-Leitung-Näherung für jeden Typ eines Analyseobjektes gemäß den Eingabedaten von der Lösegerät-Eingabedatei 272 und der Bibliotheksinformation über die auf der gedruckten Platte verwendeten Teile zu analysieren, die von der Bibliothek 273 empfangen wurde. Sie gibt das Analyseergebnis an die Analyseergebnis-Ausgabedatei 276 aus. Bei dem Teil, auf den das Momentenverfahren angewandt wird, kann der Berechnungsumfang gemäß der zweiten Ausführungsform reduziert werden.
Die Postprozeßeinheit 277 empfängt die Analyseergebnisdaten von der Analyseergebnis-Ausgabedatei 276 und zeigt die Daten auf einer Anzeige 278 in dem bestimmten Format an. Die Daten können z.B. auf der Anzeige 278 in den folgenden Formaten angezeigt werden.

1. Frequenzvektordarstellung
2. Strahlungsmusterdarstellung
3. Karte eines elektromagnetischen Feldes
4. Impedanzspektrumsdarstellung
5. Darstellung einer elektrischen Stromverteilung
6. Spektrumsdarstellung des elektrischen Stroms
7. Darstellung eines ungünstigsten Netzmusters

Der Zusatzmechanismus 274 hat die ein Lösegerät sperrende und neu startende Funktion, bei der die Lösegeräteinheit 275 vorübergehend angehalten, das Zwischenergebnis bestätigt und der Prozeß fortgesetzt wird. Er liefert ferner die zustandsanzeigende Funktion, um anzuzeigen, bis zu welchem Umfang die Lösegeräteinheit 275 mit ihrem Prozeß fortgeschritten ist.
Das Analysesystem für ein elektromagnetisches Feld 270 analysiert praktisch eine gedruckte Platte, ein Kabel und ein Gehäuse, um eine nützliche Information über die elektromagnetische Strahlung und den Strahlungsmechanismus zu erhalten, wie z.B. den Kopplungseffekt der gedruckten Platte und des Kabels, einen Abschirmeffekt von einer Metallplatte, eine elektrische Stromverteilung auf einer Plattenoberfläche etc.
Gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung wird, wie oben beschrieben, der Berechnungsumfang beruhend auf der Regelmäßigkeit gegebener Strukturdaten beträchtlich reduziert, wenn die elektromagnetische Feldintensität einer elektrischen Schaltungsvorrichtung in dem Momentenverfahren berechnet wird. Daher kann die elektromagnetische Feldintensität der elektrischen Schaltungsvorrichtung mit hoher Geschwindigkeit berechnet werden.
Das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldinten sität 300 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dann durch Verweis auf die 24 bis 31 beschrieben.
24 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Berechnungsgerätes für eine elektromagnetische Feldintensität 300 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
In 24 umfaßt das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität 300 eine CPU, einen Speicher etc. und berechnet die elektromagnetische Feldintensität einer zu analysierenden elektrischen Schaltungsvorrichtung in dem Momentenverfahren.
Das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität 300 umfaßt eine Dateneingabeeinheit 310, eine Berechnungsverfahren-Auswahleinheit 311, eine erste Berechnungseinheit für eine gegenseitige Impedanz 312, eine zweite Berechnungseinheit für eine gegenseitige Impedanz 313, eine Berechnungseinheit für einen elektrischen Strom 314 und eine Berechnungseinheit für ein elektromagnetisches Feld 315.
Die Dateneingabeeinheit 310 gibt die Strukturinformation über die zu analysierende elektrische Schaltungsvorrichtung ein.
Wenn die elektromagnetische Feldintensität einer zu analysierenden Schaltungsvorrichtung in dem Momentenverfahren berechnet wird, wertet die Berechnungsverfahren-Auswahleinheit 311 die elektrische Länge der Elemente, deren gegenseitige Impedanz berechnet wird, und den Abstand zwischen den Elementen aus und wählt entweder die erste Berechnungseinheit für eine gegenseitige Impedanz 312 oder zweite Berechnungseinheit für eine gegenseitige Impedanz 313 für die Berechnung der gegenseitigen Impedanz aus. Die elektrische Länge beruht auf der Wellenlänge (λ) einer elektromagnetischen Welle.
Die Berechnungsverfahren-Auswahleinheit 311 wählt die erste Berechnungseinheit für eine gegenseitige Impedanz 312 aus, wenn die Elementlänge eines Monopols gleich oder kürzer als etwa 0,05λ ist (λ gibt eine Wellenlänge an) und der Abstand ist gleich dem Zehnfachen oder gröber als das Zehnfache der Elementlänge, und wählt andernfalls die zweite Berechnungseinheit für eine gegenseitige Impedanz 313 aus, um die gegenseitige Impedanz zu berechnen.
Wenn die in der simultanen Gleichung in dem Momentenverfahren verwendete gegenseitige Impedanz berechnet wird, berechnet die erste Berechnungseinheit für eine gegenseitige Impedanz 312 die gegenseitige Impedanz beruhend auf einer vorbestimmten Näherung für die gemäß den Charakteristiken des Berechnungsobjektes für die gegenseitige Impedanz erhaltene gegenseitige Impedanz, wo die elektrische Länge von Elementen kurz ist und die Elemente voneinander entfernt sind.
Wenn die zu berechnende gegenseitige Impedanz die Bedingung nicht erfüllt, daß die elektrische Länge der Elemente kurz ist und die Elemente voneinander entfernt sind, verwendet die zweite Berechnungseinheit für eine gegenseitige Impedanz 313 nicht die oben beschriebene Näherung, sondern berechnet die gegenseitige Impedanz durch die normale Gleichung.
Praktisch sind in dem Berechnungsausdruck zur Verwendung beim Berechnen der gegenseitigen Impedanz zwischen den Monopolen in dem Momentenverfahren die Berechnungselemente in:
exp (– jkr)/r(wo j = (–1)^1/2 gilt; k die Wellenzahl angibt; r den Abstand zwischen Monopolen angibt) in der Integralfläche der Monopole konstant. Die gegenseitige Impedanz wird durch die aus der Gleichung erhaltenen Näherung außerhalb der Integration berechnet.
Praktisch nimmt man an, daß die gegenseitige Impedanz zwischen dem ersten Monopol und dem zweiten Monopol Z₀₀ ist, die Länge des ersten Monopols d1 = |z₁ – z₀| ist (wo die elektrische Stromverteilung bei z₁ 0 ist und bei z₀ 1 ist), die Länge des zweiten Monopols d2 = |t₁ – t₀| ist (wo die elektrische Stromverteilung bei t₁ 0 ist und bei t₀ 1 ist), r den Abstand angibt, k eine Wellenzahl angibt und ψ den Winkel zwischen dem ersten Monopol und zweiten Monopol angibt. Unter der Bedingung, daß die Monopollängen d1 und d2 genügend kürzer als die Wellenlänge sind und der Abstand r genügend größer als die Längen der Monopole d1 und d2 ist, wird die folgende Gleichung aufgestellt. Z00 = (η/4π sin kd1 sin kd2) × (1/kr) × [sin (kr) × [cos ψ[1 – cos k(z0 – z1)] [1 – cos k(t0 – t1)] – sin k(z0 – z1) sin k(t0 – t1)] + j cos (kr) [cos ψ[1 – cos k(z0 – z1)] [1 – cos k(t0 – t1)] – sin k(z0 – z1) sin k(t0 – t1)]](wo η = (μ₀/∈₀)^1/2 gilt, μ₀: Permeabilität im Vakuum, ∈₀: Dielektrizitätskonstante im Vakuum).
Unter Verwendung der obigen Näherung wird die gegenseitige Impedanz berechnet.
Die Berechnungseinheit für einen elektrischen Strom 314 berechnet den durch jede Einheit der elektrischen Schaltungsvorrichtung fließenden elektrischen Strom durch Lösen der simultanen Gleichungen in dem Momentenverfahren, abgeleitet aus der erhaltenen gegenseitigen Impedanz.
Die Berechnungseinheit für ein elektromagnetisches Feld 315 berechnet die elektromagnetische Feldintensität der elektrischen Schaltungsvorrichtung aus dem Berechnungsergebnis der Berechnungseinheit für einen elektrischen Strom 314 und gibt das Ergebnis aus.
Wenn die Elemente (Drähte und Oberflächenstücke) sehr klein sind, wobei die Länge der Monopole gleich oder kürzer als 0,001λ (λ: Wellenlänge) ist, und voneinander entfernt sind, gehen beim Berechnen der in dem Momentenverfahren verwendeten gegenseitigen Impedanz häufig Ziffern bei der Berechnung verloren, weil eine Exponentialfunktion exp (– jkr)/r in der Integration des Monopols enthalten ist. Dies verlängert die Berechnungszeit.
Das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität gemäß der dritten Ausführungsform umfaßt die erste Berechnungseinheit 312 zum Berechnen von Daten, wobei man annimmt, daß exp (– jkr)/r in einem Integralbereich konstant ist, und die zweite Berechnungseinheit 313, um andere normale Operationen auszuführen, und verwendet entsprechend diese beiden Berechnungseinheiten in Abhängigkeit von den Anwendungsbedingungen bezüglich der Elementlänge und des Abstandes.
Daher kann ohne eine Verschlechterung bei der Berechnungsgenauigkeit sogar bei einer normalen Berechnung mit doppelter Genauigkeit eine Hochgeschwindigkeitsoperation verwirklicht werden.
Die Näherung, in der man annimmt, daß eine Exponentialfunktion in dem oben beschriebenen exp (– jkr)/r in dem Integralbereich konstant ist, wird unten durch Verweis auf 25A beschrieben.
25A–25D veranschaulicht den Prozeß einer Berechnung der gegenseitigen Impedanz zwischen Monopolen.
Ein Monopol bezieht sich auf eine Hälfte eines Dipols. Eine Addition der in den 25A bis 25D erhaltenen gegenseitigen Impedanzen Z₀₀, Z₀₁, Z₁₀ und Z₁₁ liefert die gegenseitige Impedanz Z_mn zwischen den Dipolen m und n durch z. B. die in 28 dargestellte Gleichung.
In 25A sind 320-1 und 321-1 Monopole, und 322-1 und 323-1 sind eine elektrische Stromverteilung der Monopole. Die gegenseitige Impedanz Z₀₀ wird zwischen ihnen erhalten. Die Symbole sind folgendermaßen definiert.
Länge des Monopols 320-1: d₁ = |z₁ – z₀|
(wo die elektrische Stromverteilung bei z₁ 0 ist und bei z₀ 1 ist)
Länge des Monopols 321-1: d₂ = |t₁ – t₀|
(wo die elektrische Stromverteilung bei t₁ 0 ist und bei t₀ 1 ist)
Abstand: r = (z² + t² – 2 zt cos ϕ + h²)^1/2
(Es gibt eine den Monopol 320-1 enthaltende Ebene und eine den Monopol 321-1 enthaltende Ebene, und diese sind zueinander parallel. "h" gibt den Abstand zwischen den beiden Ebenen an.)
Die exakte Gleichung der Impedanz zwischen den in 25A dargestellten Monopolen lautet wie folgt.
(1) Exakte Gleichung der gegenseitigen Impedanz (normale Gleichung)

Z00 = (jωμ/4π sin kd1 sin kd2) × [∫∫ sin k(–z + z1) sin k(–t + t1) cos ψ × (exp(–jkr)/r) dz dt – ∫∫ cos k(–z + z1) cos k(–t + t1) × (exp(–jkr)/r) dz dt]wo ∫∫ die Integration von t₀ bis t₁ und von z₀ bis z₁ angibt

(2) Näherungsbedingungen
Unter der Annahme, daß (exp(–jkr)/r) in der Integration nahezu konstant ist, kann es aus der Integration genommen werden, wo k = 2 π/λ, k: Wellenzahl, λ: Wellenlänge sind.
Die Monopollänge d₁ und d₂ ist ausreichend kleiner als die Wellenlänge λ, und der Abstand r ist ausreichend größer als die Monopollänge d₁ und d₂. Im Vergleich zu der Änderung von z von z₀ nach z₁ und der Änderung von t von t₀ nach t₁ ist die Änderung von (exp (– jkr)/r) klein und kann außerhalb der Integration beinahe konstant sein.
(3) Näherung einer gegenseitigen Impedanz

Z00 ≌ (jωμ/4π sin kd1 sin kd2) × (exp(–jkr)/r) × [cos ψ ∫∫ sin k(–z + z1) sin k(–t + t1) dz dt – ∫∫ cos k(–z + z1) cos k(–t + t1) dz dt]

Die Integration kann durch die folgende Integralgleichung vereinfacht werden. ∫∫ sin k(–z + z1) sin k(–t + t1) dz dt)] = ∫ z0 z1 sin k(–z + z1) dz ∫ t0 t1 sin k(–t + t1) dt = |(1/k) cos k(z – z1)|z0 z1 × |(1/k) cos k(t – t1)|t0 t1 = (1/k2) [1 – cos k(z0 – z1)] × [1 – cos k(t0 – t1)] ∫∫ cos k(–z + z1) cos k(–t + t1) dz dt = ∫ z0 z1 cos k(–z + z1) dz ∫ t0 t1 cos k(–t + t1) dt = |(1/k) sin k(z – z1)|z0 z1 × |(1/k) sin k(t – t1)|t0 t1 = (1/k2) sin k(z0 – z1) sin k(t0 – t1)
Somit kann die Impedanz Z₀₀ schließlich folgendermaßen genähert werden. Z00 ≌ (jωμ/4π sin kd1 sin kd2) × (1/k2) × (exp(–jkr)/r) × [cos ψ (1 – cos k(z0 – z1)][1 – cos k(t0 – t1)] – sin k(z0 – z1) sin k(t0 – t1)] = (jωμ/4π sin kd1 sin kd2) × (1/k2) × (1/r) × [cos (kr) [cos ψ [1 – cos k(z0 – z1)] × [1 – cos k(t0 – t1)] – sin k(z0 – z1) sin k(t0 – t1)] – j sin (kr) [cos ψ [1 – cos k(z0 – z1)] × [1 – cos k(t0 – t1)] – sin k(z0 – z1) sin k(t0 – t1)]] = (η/4π sin kd1 sin kd2) × (1/kr) × [sin (kr) [cos ψ [1 – cos k(z0 – z1)] × [1 – cos k(t0 – t1)] – sin k(z0 – z1) sin k(t0 – t1)] + j cos (kr) [cos ψ (1 – cos k(z0 – z1)] × [1 – cos k(t0 – t1)] – sin k(z0 – z1) sin k(t0 – t1)]]
Z₀₁, Z₁₀ und Z₁₁, dargestellt in den 25B, 25C und 25D, werden ebenso erhalten.
Wie oben beschrieben, kann die Näherung der Impedanz unter der Bedingung erhalten werden, daß die Elemente kurz und von einander entfernt sind. Die Näherung ist sehr effektiv, wenn die Länge des Elements gleich oder kürzer als 0,05λ ist und der Abstand zwischen den Elementen gleich der oder 10mal so lang. wie die Länge der Elemente ist.
Daher ist die Näherung nicht auf den Fall beschränkt, in dem Ziffern verloren werden, wenn die Länge der Elemente gleich oder kürzer als 0,001λ ist, sondern kann beim Verarbeiten der sich von sehr kleinen unterscheidenden Elementen verwendet werden, wodurch eine Berechnung mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt wird.
Die Berechnungseinheit für einen elektrischen Strom 314 leitet die simultanen Gleichungen in dem Momentenverfahren von der so erhaltenen gegenseitigen Impedanz ab, um den durch die elektrische Schaltungsvorrichtung fließenden elektrischen Strom zu berechnen. Die Berechnungseinheit für ein elektromagnetisches Feld 315 berechnet die elektromagnetische Feldintensität der elektrischen Schaltungsvorrichtung unter Verwendung des Berechnungsergebnisses und gibt die berechnete elektromagnetische Feldintensität, dargestellt z.B. in einer Karte, aus.
Die Operationen des Berechnungsgerätes für eine elektromagnetische Feldintensität 300 gemäß der dritten Ausführungsform werden unten durch Verweis auf die 26 und 27 beschrieben.
Die 26 und 27 sind Flußdiagramme (1) und (2), die die durch das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität 300 ausgeführten Prozesse darstellen.
In 26 ist eine Eingabedatendatei 330 eine Speichervorrichtung, um die Strukturinformation über die zu analysierende elektrische Schaltungsvorrichtung in einer Maschenform zu vergalten und zu speichern.
Eine Bestimmungstabelle 331 wird verwendet, wenn Bestimmungsdaten zur Verwendung beim Auswählen eines Berechnungsverfahrens für eine gegenseitige Impedanz erforderlich sind.
Eine in 27 dargestellte Ausgabedatendatei 332 speichert die berechnete elektromagnetische Feldintensität.
Die Bestimmungstabelle 331 speichert die Information, die verwendet wird bei einer Bestimmung, welche Einheit benutzt wird, die erste Berechnungseinheit 312 oder die zweite Berechungsinheit 313, die in 24 dargestellt sind, wobei als ein Wiederauffindschlüssel der repräsentative Wert für die elekrische Länge zweier Metallelemente und die elektrische Länge und der Abstand zwischen den beiden Metallelementen verwendet wird. Die Bestimmungstabelle 331 speichert auch die Information zur Verwendung bei einer Bestimmung, welche Gleichung verwendet werden soll, wenn entweder eine exakte Gleichung oder eine Näherung bei der Berechnung einer gegenseitigen Impedanz durch die erste Berechnungseinheit 312 verwendet wird.
Das Berechnungsverfahren kann bestimmt werden durch Vergleichen der elektrischen Länge und des Abstandes mit einer vorbestimmten Schwelle. Ein repräsentativer Wert für die elektrische Länge der beiden Metallelemente kann ein kleinerer Wert der beiden elektrischen Längen sein, ein Mittelwert der beiden elektrischen Längen oder eine Quadratwurzel eines Produktes, das aus den beiden elektrischen Längen erhalten wird, etc. Die elektrische Länge wird durch die Wellenlänge λ einer elektromagnetischen Welle repräsentiert.
Wenn das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität 300 aktiviert ist, liest sie in 26 aus der Eingabedatendatei 330 die Strukturinformation über die elektrische Schaltungsvorrichtung, die in eine Maschenform eingeteilt ist, und legt Metallelemente und andere Daten (Frequenz etc.) als eine Struktur und ein Feld fest (Schritt S71).
Nach Zählung der verarbeiteten Frequenz bestimmt man, ob alle eingegebenen Frequenzen verarbeitet worden sind oder nicht (Schritt S72).
Falls Ja (Ja in Schritt S72), ist dann der Berechnungsprozeß für eine elektromagnetische Feldintensität beendet.
Falls noch nicht verarbeitete Frequenzen existieren (Nein in Schritt S72), wird dann die als nächste zu verarbeitende Frequenz aus der Zahl der nicht verarbeiteten Frequenzen ausgewählt, und die Wellenlänge λ der ausgewählten Frequenz wird berechnet (Schritt S73). wählt, und die Wellenlänge λ der ausgewählten Frequenz wird berechnet (Schritt S73).
Ein Element i (i = 1 ~ m) und Element j (j = 1 ~ m) werden dann aus m Metallelementen ausgewählt, um die gegenseitige Impedanz Zij sequentiell zu berechnen. Der unten beschriebene Berechnungsprozeß für eine gegenseitige Impedanz in Schritten S76 bis S78 wird für alle Sätze dieser Elemente wiederholt (Schritte S74 und S75).
Das heißt, die elektrische Länge des Abstandes zwischen den beiden bei einer Berechnung der gegenseitigen Impedanz Zij ausgewählten Metallelementen wird bestimmt, und der repräsentative Wert der elektrischen Länge der beiden Metallelemente wird berechnet. Unter Verwendung der beiden elektrischen Längen und des repräsentativen Wertes als Wiederauffindschlüssel wird die Bestimmungstabelle 331 abgesucht. Man bestimmt dann, ob die gegenseitige Impedanz Zij durch eine normale Gleichung oder die Näherung gemäß der vorliegenden Ausführungsform berechnet wird (Schritt S76).
Falls die gegenseitige Impedanz durch eine normale Gleichung berechnet wird, wird die Steuerung zu Schritt S77 weitergeleitet, und sie wird durch eine normale Gleichung unter Verwendung einer reellen Zahl mit doppelter Genauigkeit berechnet.
Falls die gegenseitige Impedanz durch eine Näherung berechnet wird, wird die Steuerung zu Schritt S78 weitergeleitet, und sie wird durch die Näherung berechnet.
Falls die Prozesse in den Schritten S76 bis S78 für eines der Elemente i an den Elementen j 1 bis m wiederholt werden, werden dann ähnliche Prozesse für ein anderes Element i (z.B. durch Addieren von 1 zu dem wie oben beschrieben verarbeiteten Element i) wiederholt.
Falls die Berechnung für alle Sätze der Elemente i und j beendet worden ist, wird die Steuerung von dem Prozeß in Schritt S74 zu den Prozessen in und nach Schritt S79 weitergeleitet.
Das heißt, unter Verwendung der berechneten gegenseitigen Impedanz Z_ij und der Wellenquelle Vi, ausgelesen aus der Eingabedatendatei 330, wird die folgende simultane Gleichung in dem Momentenverfahren abgeleitet, um den durch das Metallelement fließenden elektrischen Strom Ii zu erhalten (Schritt S79). [Zij] [Ii] = [Vi]wo der durch das Metallelement fließende elektrische Strom Ii unbekannt ist.
Nach Zählung der verarbeiteten Beobachtungspunkte bestimmt man, ob alle eingegebenen Beobachtungspunkte verarbeitet worden sind oder nicht (Schritt S80).
Falls Ja (Ja in Schritt S80), wird dann die Steuerung zu dem Prozeß in Schritt S72 zurückgeführt, und die ähnlichen Prozesse werden für die als nächste zu verarbeitende Frequenz wiederholt.
Falls nicht (Nein in Schritt S80), kann dann die elektromagnetische Feldintensität des berechneten elektrischen Stroms Ii an einem gegebenen Beobachtungspunkt durch eine vorbestimmte Gleichung berechnet werden (Schritt S81). Das Berechnungsergebnis wird in der Ausgabedatendatei 332 gespeichert, und die Steuerung wird zu dem Prozeß in Schritt S80 weitergeleitet. Die Prozesse in den Schritten S80 und S81 werden wiederholt, bis die elektrischen und magnetischen Felder für alle Beobachtungspunkte berechnet werden können.
Die Berechnung des elektrischen Stroms in Schritt S79 und die Berechnung der elektrischen und magnetischen Felder in Schritt S81 können durch das herkömmliche Verfahren ausgeführt werden, und die ausführliche Erklärung wird daher hier weggelassen.
Weil gemäß der dritten Ausführungsform die gegenseitige Impedanz Zij, die in der simultanen Gleichung in dem Momentenverfahren verwendet wird, in Anbetracht der Charakteristiken des Berechnungsobjektes für die gegenseitige Impedanz unter der Bedingung berechnet wird, daß die elektrische Länge der Elemente kurz ist und die Elemente voneinander entfernt sind und die gegenseitige Impedanz beruhend auf einer vorbestimmten Näherung berechnet wird, kann man verhindern, daß die Berechnungszeit verlängert wird.
Bei Verwendung der Näherung ist die Berechnung für das Exponential-Integral nicht erforderlich, wodurch weniger Ziffern verloren werden und die Genauigkeit der Daten beibehalten wird.
Weil die Näherung unter Verwendung einer reellen Zahl mit mehrfacher Genauigkeit und einer ganzen Zahl mit mehrfacher Länge durch eine Gleichung genau ausgeführt wird, die einfacher als die herkömmliche Berechnung mit hoher Genauigkeit ist, kann die Berechnung mit einer beträchtlich höheren Geschwindigkeit ausgeführt werden.
Die Näherung zur Verwendung bei der Berechnung einer gegenseitigen Impedanz zwischen den Monopolen in jedem in den 25A bis 25D dargestellten Fall lautet wie folgt.
In den folgenden Gleichungen sind die Längen der Monopole d1 und d2, wobei für den Abstand r >> d1, d2 und für die Wellenlänge λ >> d1, d2 gelten.
Die gegenseitige Impedanz Z₀₀ zwischen dem Monopol (z₀ – z₁) 320-1 und dem Monopol (t₀ – t₁) 321-1, die in 25A dargestellt sind, wird folgendermaßen berechnet.
[Exakte Gleichung]

Z00 = (jωμ/4π sin kd1 sin kd2) × [∫∫ sin k(–z + z1) sin k(–t + t1) cos ψ × (exp(–jkr)/r) dz dt – ∫∫ cos k(–z + z1) cos k(–t + t1) × (exp(–jkr)/r) dz dt]wo ∫∫ das Integral von t₀ bis t₁ und von z₀ bis z₁ angibt.

[Näherung]

Z00 ≌ (η/4π sin kd1 sin kd2) × (1/kr) × [sin (kr) [cos ψ [1 – cos k(z0 – z1)] × [1 – cos k(t0 – t1)] – sin k(z0 – z1) sin k(t0 – t1)] + j cos (kr) [cos ψ [1 – cos k(z0 – z1)] × [1 – cos k(t0 – t1)] – sin k(z0 – z1) sin k(t0 – t1)]]

Die gegenseitige Impedanz Z₀₁ zwischen dem Monopol (z₀ – z₁) 320-2 und dem Monopol (t₀ – t₁) 321-2, die in 25B dargestellt sind, wird folgendermaßen berechnet.
[Exakte Gleichung]

Z01 = (jωμ/4π sin kd1 sin kd2) × [∫∫ sin k(–z + z1) sin k(t – t0) cos ψ × (exp(–jkr)/r) dz dt + ∫∫ cos k(–z + z1) cos k(t – t0) × (exp(–jkr)/r) dz dt]wo ∫∫ das Integral von t₀ bis t₁ und von z₀ bis z₁ angibt.

[Näherung]

Z01 ≌ (η/4π sin kd1 sin kd2) × (1/kr) × [sin (kr) [cos ψ [1 – cos k(z0 – z1)] × [1 – cos k(t1 – t0)] – sin k(z0 – z1) sin k(t1 – t0)] + j cos (kr) [cos ψ [1 – cos k(z0 – z1)] × [1 – cos k(t1 – t0)] – sin k(z0 – z1) sin k(t1 – t0)]]

Die gegenseitige Impedanz Z₁₀ zwischen dem Monopol (z₀ – z₁) 320-3 und dem Monopol (t₀ – t₁) 321-3, die in 25C dargestellt sind, wird folgendermaßen berechnet.
[Exakte Gleichung]

Z10 = (jωμ/4π sin kd1 sin kd2) × [∫∫ sin k(z – z0) sin k(–t + t1) cos ψ × (exp(–jkr)/r) dz dt – ∫∫ cos k(z – z0) cos k(–t + t1) × (exp(–jkr)/r) dz dt]wo ∫∫ das Integral von t₀ bis t₁ und von z₀ bis z₁ angibt.

[Näherung]

Z10 ≌ (η/4π sin kd1 sin kd2) × (1/kr) × [sin (kr) [cos ψ [1 – cos k(z1 – z0)] × [1 – cos k(t0 – t1)] – sin k(z1 – z0) sin k(t0 – t1)] + j cos (kr) [cos ψ [1 – cos k(z1 – z0)] × [1 – cos k(t0 – t1)] – sin k(z1 – z0) sin k(t0 – t1)]]

Die gegenseitige Impedanz Z₁₁ zwischen dem Monopol (z₀ – z₁) 320-4 und dem Monopol (t₀ – t₁) 321-4, die in 25D dargestellt sind, wird folgendermaßen berechnet.
[Exakte Gleichung]

Z11 = (jωμ/4π sin kd1 sin kd2) × [∫∫ sin k(z – z0) sin k(t – t0) cos ψ × (exp(–jkr)/r) dz dt – ∫∫ cos k(z – z0) cos k(t – t0) × (exp(–jkr)/r) dz dt]wo ∫∫ das Integral von t₀ bis t₁ und von z₀ bis z₁ angibt.

[Näherung]

Z11 ≌ (η/4π sin kd1 sin kd2) × (1/kr) × [sin (kr) [cos ψ [1 – cos k(z1 – z0)] × [1 – cos k (t1 – t0)] – sin k(z1 – z0) sin k(t1 – t0)] + j cos (kr) [cos ψ [1 – cos k(z1 – z0)] × [1 – cos k(t1 – t0)] – sin k(z1 – z0) sin k(t1 – t0)]]

In der oben aufgeführten Gleichung gibt η (μ₀/∈₀)^1/2 an.
28 zeigt ein Modell eines Berechnungsbeispiels der gegenseitigen Impedanz zwischen zwei Dipolen.
Hinsichtlich des in 28 dargestellten Dipolmodells zeigen die 29, 30 und 31 die normale Berechnung, eine herkömmliche Berechnung mit hoher Genauigkeit (reelle Zahl mit mehrfacher Genauigkeit oder ganze Zahl mit mehrfacher Länge) und die durch die Näherung erhaltenen Berechnungsergebnisse gemäß der dritten Ausführungsform.
Die in 29 bis 31 dargestellten Berechnungsergebnisse zeigen Berechnungsbeispiele, in denen die Frequenz 30 MHz beträgt, d.h. λ = 10m gilt. Die Länge der Monopole 320 und 321 beträgt 0,0001m. Die gegenseitige Impedanz Zmn zwischen den beiden Metalldrahtdipolen m und n ist Z₀₀ + Z₀₁ + Z₁₀ + Z₁₁.
29 zeigt das Ergebnis einer normalen Berechnung durch die herkömmliche exakte Gleichung unter Verwendung einer reellen Zahl mit doppelter Genauigkeit. Die für die Berechnung erforderliche Zeit beträgt 6 Sekunden. Die Berechnung und die in den 30 und 31 dargestellten werden durch die gleiche Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt.
Wie in 29 dargestellt ist, können bei der Berechnung Ziffern verloren werden, wenn r auf einen Wert eingestellt ist, der gleich oder größer als 0,05m ist, wodurch die Genauigkeit verschlechtert wird.
Das heißt, wenn die Berechnungsergebnisse für die reellen Zahlen, dargestellt in 29, mit den in 30 dargestellten verglichen werden, werden in dem Bereich von r = 0,0001 bis r = 0,03 keine signifikanten Unterschiede festgestellt. Wenn jedoch r gleich oder größer als 0,05 ist, lassen die in 29 dargestellten Berechnungsergebnisse gegenüber denjenigen, die in 30 dargestellt sind, mit der Zunahme des Wertes von r größere Unterschiede erkennen, sogar einen Unterschied in der Ziffernzahl anzeigend. Bei einer normalen Berechnung wird, falls der Abstand r einen vorbestimmten Wert erreicht hat, die Genauigkeit der Berechnung durch verlorene Ziffern erniedrigt.
30 zeigt das Ergebnis der Berechnung mit hoher Genauigkeit durch die herkömmliche exakte Gleichung unter Verwendung einer ganzen Zahl mit mehrfacher Länge mit Festkomma. Wie in 30 dargestellt, ist die Berechnung bezüglich der Genauigkeit ausgezeichnet, erfordert aber zur Berechnung 380 Sekunden.
31 zeigt das durch die Näherung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhaltene Berechnungsergebnis. Die Berechnung wird durch eine Näherung mit dem auf einen Wert gleich oder größer als 0,001 eingestellten Abstand r ohne ein Exponential-Integral ausgeführt. Daher kann die erforderliche Genauigkeit ohne verlorene Ziffern etc. beibehalten werden, und die Berechnung erfordert nur 4 Sekunden. Das ist eine beträchtliche Verbesserung.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen Fall beschränkt, in dem das Momentenverfahren auf alle Teile einer zu verarbeitenden elektrischen Schaltungsvorrichtung angewandt wird, sondern kann für einen Fall verwendet werden, wo das Momentenverfahren auf einen Teil der elektrischen Schaltungsvorrichtung angewandt wird.
Wie oben beschrieben, kann die elektromagnetische Feldintensität einer elektrischen Schaltungsvorrichtung mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit berechnet werden gemäß der dritten Ausführungsform in dem Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität, um die elektromagnetische Feldintensität der elektrischen Schaltungsvorrichtung in dem Momentenverfahren zu berechnen. Die Berechnung wird durch eine Näherung ausgeführt, die durch die Charakteristiken eines zu berechnenden Objektes für eine gegenseitige Impedanz unter der Bedingung erhalten wird, daß die elektrische Länge von Elementen kurz ist und die Elemente voneinander entfernt sind.
Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch Verweis auf die 32 bis 37 beschrieben.
32 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Berechnungsgerätes für eine elektromagnetische Feldintensität 400 gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
In 32 umfaßt das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität 400 eine CPU, einen Speicher etc. und berechnet die elektromagnetische Feldintensität der zu analysierenden elektrischen Schaltungsvorrichtung durch das Momentenverfahren.
Das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität 400 umfaßt eine Dateneingabeeinheit 410, eine Modell-Erzeugungseinheit 420 und eine Berechnungseinheit für eine elektromagnetische Feldintensität 430.
Die Dateneingabeeinheit 410 gibt die Strukturinformation einer zu analysierenden elektrischen Schaltungsvorrichtung ein.
Die Modell-Erzeugungseinheit 420 modelliert den Kabel-Drahtendteil in bezug auf die vierte Ausführungsform gemäß der Strukturinformation über die elektrische Schaltungsvorrichtung, die von der Dateneingabeeinheit 410 erhalten wurde.
Die Modell-Erzeugungseinheit 420 umfaßt eine Extraktionseinheit für einen Kabel-Drahtendteil 421, eine Modell-Auswahleinheit 422, eine Exakt-Modelliereinheit 423, die ein Polygonmodell verwendet, und eine Einfach-Modelliereinheit 424, die einen Draht verwendet.
Die Extraktionseinheit für einen Kabel-Drahtendteil 421 extrahiert einen Drahtendteil an dem Ende eines Koaxialkabels gemäß der Strukturinformation über die elektrische Schaltungsvorrichtung, die von der Dateneingabeeinheit 410 empfangen wurde.
Die Modell-Auswahleinheit 422 wählt einen Modellierprozeß durch die Exakt-Modelliereinheit 423 und einen Modellierprozeß. durch die Einfach-Modelliereinheit 424 gemäß der Spezifikation in den Eingabedaten oder gemäß einer externen Eingabe von dem Bediener etc. aus.
Die Exakt-Modelliereinheit 423 nähert unter Verwendung eines Polygonzylinders eine Koaxialkabel-Abschirmeinheit nahe dem Ende des Kabels gemäß der Strukturinformation über einen Drahtendteil, der durch die Extraktionseinheit für einen Kabel-Drahtendteil 421 extrahiert wurde. Sie erzeugt auch ein Modell durch Verbinden eines Drahtende-Leitungsteils mit einer genäherten Polygoneinheit und Verbinden der Polygoneinheit mit dem Gehäuse der elektrischen Schaltungsvorrichtung oder mit einem Klemmstück.
Die Einfach-Modelliereinheit 424 erzeugt ein Modell, indem unter Verwendung eines Drahtes, durch den ein elektrischer Strom vertikal zu dem Koaxialkabel fließt, die Koaxialkabel-Abschirmeinheit mit der Drahtende-Leitungseinheit bei dem Kabelanschluß gemäß der Strukturinformation über die Drahtendeinheit verbunden wird, die durch die Extraktionseinheit für einen Kabel-Drahtendteil 421 extrahiert wurde, und indem die Koaxialkabel-Abschirmeinheit mit dem Gehäuse der elektrischen Schaltungsvorrichtung oder einem Klemmstück verbunden wird.
Die Berechnungseinheit für eine elektromagnetische Feldintensität 430 berechnet die elektromagnetische Feldintensität einer elektrischen Schaltungsvorrichtung durch das Momentenver fahren gemäß der durch die Modell-Auswahleinheit 422 modellierten Information.
Eine Erzeugung eines Modells, verbunden mit einer Drahtende-Anschlußleitung, durch Nähern eines großen zylindrischen Koaxialkabels unter Verwendung eines Polygons nahe dem Drahtendteil gestattet, daß ein durch die Anschlußleitung fließender elektrischer Strom durch das Momentenverfahren analysiert wird, wodurch die elektromagnetische Feldintensität exakt berechnet wird.
Eine Erzeugung eines Modells durch Verbinden eines Drahtes, den vertikalen elektrischen Strom zwischen der Koaxialkabel-Abschirmeinheit und der Drahtende-Anschlußleitung repräsentierend, verwirklicht ein Modell, um Daten in einer kurzen Berechnungszeit leicht einzugeben.
Gemäß der vierten Ausführungsform kann das optimale Modell in Abhängigkeit von der Situation durch Bereitstellen und Auswählen eines exakten Modells unter Verwendung eines Polygonmodells und eines einfachen Modells unter Verwendung eines Drahtes erzeugt werden. Außerdem kann der Modellierprozeß bestätigt oder auf Gültigkeit geprüft werden.
Die 33A bis 33C zeigen ein Beispiel eines exakten Modellierens der vierten Ausführungsform.
Die Exakt-Modelliereinheit 423, die in 32 dargestellt ist, nähert ein Koaxialkabel 440 nahe dem Drahtendteil unter Verwendung eines Polygonzylinders, wie in 33A dargestellt ist. In 32 gibt Zi eine Impedanz in dem Koaxialkabel 440 an. Eine Seite des genäherten Polygonmodells ist mit einem Gehäuse 441 durch einen Draht verbunden. Eine Drahtende-Anschlußleitung 442 der Übertragungsleitung ist mit dem Koaxialkabel 440 bei dem Teil T in 32 verbunden.
Die Verbindung zwischen der Drahtende-Anschlußleitung 442 und dem Koaxialkabel 440, dargestellt in 33A, wird wie in 33B dargestellt modelliert. Dies ist ein Modellierprozeß unter Verwendung dreieckiger Oberflächenstücke. Das heißt, wenn das Momentenverfahren verwendet wird, wird ein senkrechter Seitenteil einer Polygonsäule durch rechtwinklige Oberflächenstücke dargestellt, wie in 33A gezeigt ist, während ein elektrischer Strom bei einem die Drahtende-Anschlußleitung 442 verbindenden Teil konzentriert ist. Daher sind die dreieckigen Oberflächenstücke erwünscht, wie in 33B dargestellt ist.
33C ist eine Vorderansicht des in 33A dargestellten Polygonmodells. Wie in 33C dargestellt ist, wird bei der Grenze zwischen dem Polygon und dem Zylinder des Koaxialkabels 440 eine Stufe erzeugt. Das heißt, eine durch ein Polygon und ihren eingeschriebenen Kreis umgebene Fläche (Zylinder) wird erzeugt, und ein Brückenstrom fließt auf die Mitte des Zylinders in der Fläche zu. Weil man den Brückenstrom bei der Grenze gleichmäßig und vertikal zu dem durch das/den Polygon/Zylinder fließenden elektrischen Strom annimmt, wird er bei der Berechnung der gegenseitigen Impedanz nicht gezählt.
Es sei hinsichtlich des oben beschriebenen Brückenstroms auf das folgende Dokument verwiesen.

M.A. TILSTON, K.G. BALMAIN, "A MULTIRADIUS, RECIPROCAL IMPLEMENTATION OF THE THIN-WIRE MOMENT METHOD", IEEE Trans. Antennas Propagat., Bd. AP-38, Nr. 10, S. 1636–1644, Okt. 1990.

Die Näherung unter Verwendung eines Polygons ermöglicht somit, daß ein vertikaler elektrischer Strom geeignet dargestellt wird, und eine Verbindung kann zu jeder Einheit festgelegt werden.
Die 34A und 34B zeigen Beispiele direkter Verbindungen für ein Gehäuse unter Verwendung einer Klemme. 34A ist eine Vorderansicht, während 34B eine Seitenansicht ist.
In den 34A und 34B ist das Koaxialkabel 440 ein in dem exakten Modellierprozeß erzeugtes und mit dem Gehäuse 441 durch eine Klemme 450 direkt verbundenes oktagonales Modell. Wie in 34B dargestellt, ist die Klemme 450 ebenfalls durch ein Polygon als ein Objekt des Momentenverfahrens genähert, wodurch eine genaue Berechnung realisiert wird.
Die 35A und 35B zeigen ein Beispiel des einfachen Modellierprozesses gemäß der vierten Ausführungsform.
Die in 32 dargestellte Einfach-Modelliereinheit 424 modelliert einen Koaxialkabel-Drahtendteil, wie in den 35A und 35B dargestellt.
Man erwartet, daß der exakte Modellierprozeß, wie in 33A und 34B dargestellt, eine erheblich höhere Genauigkeit liefert, aber eine Anzahl von Oberflächenstücken und eine komplizierte Eingabe von Daten verarbeitet.
Auf der anderen Seite ist, wenn der einfache Modellierprozeß ausgeführt wird, wobei nur Drähte verwendet werden, wie in den 35A und 35B dargestellt ist, die Berechnungszeit kurz, und eine Dateneingabe kann vereinfacht werden.
In dem einfachen Modellierprozeß ist eine Koaxialkabelabschirmung 460 mit der Drahtende-Anschlußleitung 442 durch einen Draht für einen vertikalen elektrischen Strom 461 mit einem kleinen Zwischenraum von z.B. 0,001m bis 0,01m verbunden, wie in 35A dargestellt ist. Die Drahtende-Anschlußleitung 442 ist folglich mit der Koaxialkabelabschirmung 460 verbunden, und der vertikale elektrische Strom kann geeignet dargestellt werden.
Wie in 35B dargestellt, ist die Koaxialkabelabschirmung 460 mit dem Gehäuse 441 durch einen Gehäuse-Kabel-Verbindungsdraht 462 verbunden. Wenn das Koaxialkabel 440 mit dem Gehäuse 441 direkt verbunden ist, ist die Länge des Gehäuse-Kebel-Verbindungsdrahtes 462 verkürzt (z.B. 0,001m bis 0,01m), und der Durchmesser des Drahtes ist gleich dem der Koaxialkabelabschirmung 460 gemacht.
Wenn eine Anschlußleitung verwendet wird, werden die tatsächliche Leitungslänge und der Durchmesser verwendet.
36 ist ein Flußdiagramm, das die Operationen des Berechnungsgerätes für eine elektromagnetische Feldintensität 400 gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
In 36 verwaltet eine Eingabedatendatei 470 die Strukturinformation etc. über die zu analysierende elektrische Schaltungsvorrichtung. Eine Ausgabedatendatei 480 speichert Berechnungsergebnisse für eine elektromagnetische Feldintensität.
Wenn das Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität 400 aktiviert ist, liest sie zuerst die Strukturinformation über die elektrische Schaltungsvorrichtung aus der Eingabedatendatei 470 und legt Metallelemente und andere Daten (Frequenz etc.) als eine Struktur und ein Feld fest (Schritt S91).
Gemäß der eingegebenen Strukturinformation über die elektrische Schaltungsvorrichtung wird dann ein Modell erzeugt und umgewandelt, um die elektrische Wellenstrahlung von einem Drahtendteil zu berechnen (Schritt S92). Dieser Prozeß wird später durch Verweis auf 37 beschrieben.
Man bestimmt dann durch Zählung der verarbeiteten Frequenz, ob der Prozeß für alle eingegebenen Frequenzen beendet worden ist oder nicht (Schritt S93).
Falls Ja (Ja in Schritt S93), endet der Berechnungsprozeß für eine elektromagnetische Feldintensität.
Wenn nicht verarbeitete Frequenzen existieren (Nein in Schritt S93), wird eine als nächste zu verarbeitende Frequenz aus der Zahl der nicht verarbeiteten Frequenzen ausgewählt, und die Wellenlänge λ der ausgewählten Frequenz wird berechnet (Schritt S94).
Ein Satz aus einem Element i (i = 1 bis m) und einem Element j (j = 1 bis m) wird dann aus m Metallelementen erzeugt, um die gegenseitige Impedanz Zij sequentiell zu berechnen (Schritt S95), und die gegenseitige Impedanz Zij wird zur Verwendung in der simultanen Gleichung in dem Momentenverfahren berechnet (Schritt S96).
Man bestimmt dann, ob die Berechnung der gegenseitigen Impedanz Zij für alle Elementsätze beendet worden ist oder nicht (Schritt S97).
Falls nicht (Nein in Schritt S97), werden dann die Prozesse in Schritt S95 und S96 wiederholt.
Falls Ja (Ja in Schritt S97), wird dann die folgende simultane Gleichung in dem Momentenverfahren unter Verwendung der berechneten gegenseitigen Impedanz Zij und der Wellenquelle Vi, ausgelesen aus der Eingabedatendatei 470, abgeleitet. [Zij] [Ii] = [Vi]wo der durch die Metallelemente fließende elektrische Strom Ii unbekannt ist. Der durch die Metallelemente fließende elektrische Strom Ii wird durch Lösen der oben beschriebenen Gleichung erhalten.
Nach Zählung der verarbeiteten Beobachtungspunkte wird dann bestimmt, ob der Prozeß für alle eingegebenen Beobachtungspunkte beendet worden ist oder nicht (Schritt S99).
Falls nicht (Nein in Schritt S99), wird dann die elektromagnetische Feldintensität des berechneten elektrischen Stroms Ii durch eine vorbestimmte Gleichung berechnet (Schritt S100). Das Berechnungsergebnis wird in der Ausgabedatendatei 480 gespeichert, und die Steuerung wird dann zu dem Prozeß in Schritt S99 zurückgeführt, und die Prozesse in den Schritten S99 und S100 werden wiederholt, bis für alle Beobachtungspunkte die elektrischen und magnetischen Felder berechnet worden sind.
Falls die oben beschriebenen Prozesse für alle Beobachtungspunkte beendet worden sind (Ja in Schritt S99), wird dann die Steuerung zu Schritt S93 zurückgeführt, und ähnliche Prozesse werden für die nächste nicht verarbeitete Frequenz wiederholt.
Die gegenseitige Impedanz Zij in Schritt S96 und die elektrischen und magnetischen Felder in Schritt S98 werden durch die herkömmlichen Verfahren berechnet, und die ausführliche Erklärung wird hier weggelassen.
37 ist ein Flußdiagramm, das ausführlich den modellerzeugenden und -umwandelnden Prozeß in Schritt S92 darstellt, der in 36 veranschaulicht ist.
In 37 wird ein Drahtendteil an dem Ende eines Koaxialkabels gemäß der eingegebenen Strukturinformation über die elektrische Schaltungsvorrichtung extrahiert (Schritt 110).
Ein exaktes Modell oder ein einfaches Modell unter Verwendung eines Drahtes wird dann gemäß Eingabedaten oder einer externen Spezifikation ausgewählt (Schritt S111). Falls ein exaktes Modell ausgewählt wird, wird die Steuerung zu Schritt S112 weitergeleitet. Falls ein einfaches Modell unter Verwendung eines Drahtes ausgewählt wird, wird die Steuerung zu Schritt S116 weitergeleitet.
Falls ein exaktes Modell ausgewählt ist, wird ein Polygon als ein Polygonmodell erzeugt, das den Zylinder des Koaxialkabels 440 einschließt, dargestellt in 33A (Schritt S112). Das Polygon kann ein Hexagon, Oktagon etc. sein. Es kann gemäß der externen Eingabe ausgewählt werden.
Als nächstes wird das Polygon mit dem Zylinderkoaxialteil verbunden (Schritt S113).
Die Übertragungsleitung wird dann mit dem Polygon verbunden (Schritt S114). Das heißt, wie in 33A dargestellt, wird die Drahtende-Anschlußleitung 442 mit einer Seite des Polygonmodells des Koaxialkabels 440 verbunden. Das Polygon wird auch mit dem Gehäuse 441 verbunden. Andernfalls wird, falls das Koaxialkabel 440 mit dem Gehäuse 441 mit einer Klemme direkt verbunden ist, das Gehäuse mit dem Klemmstück verbunden (die Klemme 450, die unter Verwendung eines Polygons genähert ist), wie in den 34A und 34B dargestellt ist (Schritt S115).
Falls in Schritt S111 ein einfaches Modell unter Verwendung eines Drahtes ausgewählt worden ist, wird dann der Draht für einen vertikalen elektrischen Strom 461 erzeugt, wie in den 35A und 35B dargestellt ist (Schritt S116). Der Draht für einen vertikalen elektrischen Strom 461 wird dann mit der Koaxialkabelabschirmung 460 verbunden (Schritt S117). Der Draht für einen vertikalen elektrischen Strom 461 wird auch mit der Übertragungsleitung verbunden (Drahtende-Anschlußleitung 442) (Schritt S118). Ferner wird der Gehäuse-Kabel-Verbindungsdraht 462 erzeugt, um die Koaxialkabelabschirmung 460 mit dem Gehäuse 441 zu verbinden (Schritt S119).
Der oben beschriebene Modellierprozeß wird an allen aus den Eingabedaten extrahierten Kabel-Drahtendteilen ausgeführt.
Gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Momentenverfahren nicht nur auf alle Teile einer elektrischen Schaltung angewandt werden, sondern auch auf nur einen Teil der Vorrichtung.
Wie oben beschrieben, kann die elektrische Wellenstrahlung von einem Drahtendteil mit hoher Genauigkeit beim Berechnen der elektromagnetischen Feldintensität durch das Momentenverfahren gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung simuliert werden, wodurch die elektromagnetische Feldintensität einer elektrischen Schaltungsvorrichtung mit hoher Geschwindigkeit und mit hoher Genauigkeit berechnet wird.

Claims

Ein Berechnungsgerät für eine elektromagnetische Feldintensität, um eine elektromagnetische Feldintensität einer elektrischen Schaltungsvorrichtung zu berechnen, umfassend: eine Dateneingabeeinheit, die Strukturinformation über die elektrische Schaltungsvorrichtung empfängt; ein Zwischen-Stück-Regelmäßigkeitsdetektionsmittel zum Detektieren von Zwischen-Stück-Regelmäßigkeit entsprechend den Stücknummern, die durch ein Stücknummer-Zuordnungsmittel zugeordnet sind, und Stückattributen einschließlich des Stückmaterials; Wechselseitige-Impedanz-Berechnungsmittel, zum Berechnen der wechselseitigen Impedanz für einen Satz von Stücken, deren relative Positionen eindeutig unter den Sätzen von Stücken sind, für welche die wechselseitige Impedanz berechnet werden sollte, gemäß der zwischen-Stück-Regelmäßigkeit, die von dem Zwischen-Stück-Regelmäßigkeitsdetektionsmittel detektiert wurde, Berechnungsergebnis-Übertragungsmittel zum Anwenden jeder wechselseitigen Impedanz, die vom dem Wechselseitige-Impedanz-Berechnungsmittel erhalten wurde, als eine wechselseitige Impedanz zwischen Stücken, welche die selben relativen Positionen haben; und elektromagnetische Feldintensitätsberechnungsmittel zum Berechnen der elektromagnetischen Feldintensität der elktrischen Schaltungsvorrichtung unter Verwendung des Momentenverfahrens gemäß den Prozeßergebnissen des Wechselseitige-Impedanz-Berechnungsmittels und des Berechnungsergebnis-Übertragungsmittels, bei dem das Zwischen-Stück-Regelmäßigkeitsdetektionsmittel beliebig ein Stück mit einer Stücknummer als laufendes Stück auswählt, bestimmt ob das Stück mit der nächsten Stücknummer an das laufende Stück angrenzt und ob das Stück der nächsten Stücknum mer und das laufende Stück das selbe Stückattribut wie Stückmaterial und Form hat, das Stück mit der nächsten Stücknummer als das laufende Stück betrachtet, wenn das Stück unter der nächsten Stücknummer and das laufende Stück angrenzt und das Stück unter der nächsten Stücknummer und das laufende Stück das selbe Stückattribut haben, Regelmäßigkeit in einer Richtung detektiert durch wiederholen eines Prozesses, der bestimmt, ob ein Stück der nächsten Stücknummer an ein laufendes Stück angrenzt und ob das Stück der nächsten Stücknummer und das laufende Stück das selbe Attribut haben, bis festgestellt wird, daß das Stück der nächsten Stücknummer an das laufende Stück angrenzt und daß das Stück der nächsten Stücknummer nicht das selbe Stückattribut wie das laufende Stück hat, eine Platte in der elektrischen Schaltungsvorrichtung als einen Satz von Stücken des selben Materials und der selben Form mit m Reihen und n Spalten erkennt, und einen Satz von Stücken detektiert, deren relative Positionen einzigartig unter dem Satz von Stücken mit m Reihen und n Spalten ist.
Ein Berechnungsgerät nach Anspruch 1, bei dem das Stücknummer-Zuordnungsmittel, serielle Stücknummern in einer aufsteigenden Reihenfolge Stücken zuordnet, die zu mindestens einer von Platten gehören, die analysiert werden, wenn ein Analyseobjekt in kleine Elemente eingeteilt ist, auf die als Stücke verwiesen wird, und schon zugeordnete Stücknummern in einer aufsteigenden Reihenfolge in einem Analyseprozeß neu zuordnet.
Berechnungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Berechnungsergebnis-Übertragungsmittel jede gegenseitige Impedanz zwischen den Stücken, deren relative Positionen eindeutig sind, zu dem Speicherbereich für eine gegenseitige Impedanz für Stücke mit gleichen relativen Positionen überträgt, um simultane Gleichungen in dem Momentenverfahren aufzustellen.
Berechnungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Stücknummer-Zuordnungsmittel ein Hilfsstück zu einer Platte hinzufügt, der eine Regelmäßigkeit teilweise fehlt, und die seriellen Stücknummern in einer aufsteigenden Reihenfolge wie eine scheinbar regelmäßige Platte zuordnet; und das Berechnungsergebnis-Übertragungsmittel ein Berechnungsergebnis einer entsprechenden gegenseitigen Impedanz auf einen Teil ausschließlich des Hilfsstücks überträgt, aber das Berechnungsergebnis der gegenseitigen Impedanz auf das Hilfsstück nicht überträgt.
Verfahren zum Berechnen einer elektromagnetischen Feldintensität einer elektrischen Schaltungsvorrichtung umfassend: eine Dateneingabeeinheit, die Strukturinformation über die elektrische Schaltungsvorrichtung empfängt; Detektieren von zwischen-Stück-Regelmäßigkeit entsprechend den Stücknummern, die durch ein Stücknummer-Zuordnungsmittel zugeordnet sind, und Stückattributen einschließlich des Stückmaterials; Berechnen der wechselseitigen Impedanz für einen Satz von Stücken, deren relative Positionen eindeutig unter den Sätzen von Stücken sind, für welche die wechselseitige Impedanz berechnet werden sollte, gemäß der Zwischen-Stück-Regelmäßigkeit, die von dem Zwischen-Stück-Regelmäßigkeitsdetektionsmittel detektiert wurde, Berechnungsergebnis-Übertragungsmittel zum Anwenden jeder wechselseitigen Impedanz, die vom dem Wechselseitige-Impedanz-Berechnungsmittel erhalten wurde, als eine wechselseitige Impedanz zwischen Stücken, welche die selben relativen Positionen haben; Berechnen der elektromagnetischen Feldintensität der elktrischen Schaltungsvorrichtung unter Verwendung des Momentenverfahrens gemäß den Prozeßergebnissen des Wechselseitige-Impedanz-Berechnungsmittels und des Berechnungsergebnis-Übertragungsmittels, bei dem das Zwischen-Stück-Regelmäßigkeitsdetektionsmittel beliebig ein Stück mit einer Stücknummer als laufendes Stück auswählt, bestimmt ob das Stück mit der nächsten Stücknummer an das laufende Stück angrenzt und ob das Stück der nächsten Stücknummer und das laufende Stück das selbe Stückattribut wie Stückmaterial und Form hat, das Stück mit der nächsten Stücknummer als das laufende Stück betrachtet, wenn das Stück unter der nächsten Stücknummer and das laufende Stück angrenzt und das Stück unter der näch sten Stücknummer und das laufende Stück das selbe Stückattribut haben, Regelmäßigkeit in einer Richtung detektiert durch Wiederholen eines Prozesses, der bestimmt, ob ein Stück der nächsten Stücknummer an ein laufendes Stück angrenzt und ob das Stück der nächsten Stücknummer und das laufende Stück das selbe Attribut haben, bis festgestellt wird, daß das Stück der nächsten Stücknummer an das laufende Stück angrenzt und daß das Stück der nächsten Stücknummer nicht das selbe Stückattribut wie das laufende Stück hat, eine Platte in der elektrischen Schaltungsvorrichtung als einen Satz von Stücken des selben Materials und der selben Form mit m Reihen und n Spalten erkennt, und einen Satz von Stücken detektiert, deren relative Positionen einzigartig unter dem Satz von Stücken mit m Reihen und n Spalten ist.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Stücknummer-Zuordnungsmittel, serielle Stücknummern in einer aufsteigenden Reihenfolge Stücken zuordnet, die zu mindestens einer von Platten gehören, die analysiert werden, wenn ein Analyseobjekt in kleine Elemente eingeteilt ist, auf die als Stücke verwiesen wird, und schon zugeordnete Stücknummern in einer aufsteigenden Reihenfolge in einem Analyseprozeß neu zuordnet.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das Berechnungsergebnis-Übertragungsmittel jede gegenseitige Impedanz zwischen den Stücken, deren relative Positionen eindeutig sind, zu dem Speicherbereich für eine gegenseitige Impedanz für Stücke mit gleichen relativen Positionen überträgt, um simultane Gleichungen in dem Momentenverfahren aufzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem das Stücknummer-Zuordnungsmittel ein Hilfsstück zu einer Platte hinzufügt, der eine Regelmäßigkeit teilweise fehlt, und die seriellen Stücknummern in einer aufsteigenden Reihenfolge wie eine scheinbar regelmäßige Platte zuordnet; und das Berechnungsergebnis-Übertragungsmittel ein Berechnungsergebnis einer entsprechenden gegenseitigen Impedanz auf einen Teil ausschließlich des Hilfsstücks überträgt, aber das Berechnungsergebnis der gegenseitigen Impedanz auf das Hilfsstück nicht überträgt.