DE19816097A1 - Verfahren, Vorrichtung und Programmspeichermedium zum Berechnen der Stärke eines elektromagnetischen Feldes - Google Patents
Verfahren, Vorrichtung und Programmspeichermedium zum Berechnen der Stärke eines elektromagnetischen FeldesInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Berechnen der Stärke eines von einem
elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes
nach einer Momentmethode sowie ein Medium zum Speichern eines
Programms für die Durchführung des Verfahrens. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine
Vorrichtung für die präzise Berechnung der Stärke eines von
in einem elektrischen Gerät verlegten zweidrähtigen Kabeln
abgestrahlten elektromagnetischen Feldes mittels
anwenderfreundlicher Vorgänge, sowie ein Medium zum Speichern
eines Programms für die Durchführung des Verfahrens.
Viele Länder haben strenge Auflagen für elektrische
Geräte, die deren Abgabe von Radiowellen und Rauschen ober
halb bestimmter Niveaus verbieten.
Um die Auflagen zu erfüllen, sind zahlreiche Abschirm-
und Filtertechniken entwickelt worden. Diese Techniken erfor
dern eine Technik für die quantitative Bewertung ihrer Wirk
samkeit.
Die gegenwärtigen Erfinder haben mehrere Techniken zum
Simulieren der Stärke eines von einem elektrischen Gerät
abgestrahlten elektromagnetischen Feldes unter Anwendung der
Momentmethode offengelegt. Diese Techniken erfordern ein feh
lerfreies Modell eines elektrischen Zielobjekt-Gerätes.
Die Stärke eines von einem Objekt abgestrahlten elektro
magnetischen Feldes wird simuliert, indem man die durch Teile
des Objektes fließenden elektrischen und magnetischen Ströme
findet und die Ströme in bekannte elektromagnetische Formeln
einsetzt. Die durch Teile eines Objektes fließenden elektri
schen und magnetischen Ströme können durch Lösen der Maxwell
schen elektromagnetischen Gleichungen unter vorgebenen Rand
bedingungen berechnet werden.
Die Momentmethode basiert auf mehreren Integralglei
chungen, die von den Maxwellschen elektromagnetischen Glei
chungen abgeleitet sind. Die Momentmethode teilt ein Objekt
in kleine Elemente auf und berechnet durch diese hindurch
fließende elektrische und magnetische Ströme. Die Moment
methode ist auf dreidimensionale Objekte mit beliebigen Form
gebungen anwendbar. Die Momentmethode ist beispielsweise in
"Sinusoidal Reaction Formulation for Radiation und Scattering
from Conducting Surface" von H. N. Wang, J. H. Richmond, und
H. C. Gilreath in IEEE Transactions Antennas und Propagation,
Vol. AP-23, 1975, beschrieben.
Die Momentmethode teilt die Struktur eines elektrischen
Zielobjekt-Gerätes in Maschen auf und wählt eine Frequenz.
Basierend auf der Frequenz berechnet die Momentmethode den
Kernwiderstand, den Kernleitwert und die wechselseitige
Rückwirkung der Maschen. Diese Einzeldaten und durch die
Strukturdaten des elektrischen Gerätes spezifizierte Wellen
ursprünge werden in die simultanen Gleichungen der Moment
methode eingesetzt, um die durch die Maschen fließenden elek
trischen und magnetischen Ströme zu ergeben.
Beim Behandeln eines metallischen Objektes teilt die
Momentmethode das metallische Objekt in Maschen auf und fin
det den Kernwiderstand Zij der Maschen. Lineare Gleichungen
der Momentmethode drücken den Kernwiderstand Zij, die Wellen
ursprünge Vi und die durch die Maschen fließenden Ströme Ii
folgendermaßen aus:
[Zij] [Ii] = [Vi]
wobei [ ] eine Matrix andeutet. Die Lösung hiervon
ergibt die Ströme Ii, anhand derer die Momentmethode die
Stärke eines von dem metallischen Objekt abgestrahlten elek
tromagnetischen Feldes berechnet.
Falls die Maschen Widerstände, Kondensatoren und Reak
tanzelemente beinhalten, werden diese zu Eigenimpedanz-Kompo
nenten der Maschen hinzugezählt.
Elektrische Geräte enthalten Kabel für die Verbindung
von jeweils zwei voneinander separaten Punkten.
Herkömmliche Vorrichtungen und Verfahren zum Berechnen
der Stärke eines elektromagnetischen Feldes besitzen keine
Anwender-Schnittstellen für die Behandlung derartiger in
elektrischen Geräten verlegter Kabel. Der Stand der Technik
behandelt die Kabel jeweils als ortsfeste Teile und erstellt
Modelle der elektrischen Geräte für die Momentmethode.
Diese Kabel haben jedoch ein hohes Maß an Freiheit, was
ihre Anordnung betrifft. Sie sind zwischen zwei zu verbinden
den Punkten gebogen und verdrillt und strahlen starke elek
tromagnetische Felder ab.
Der Stand der Technik, der Kabel jeweils als ortsfeste
Teile behandelt, ist nicht in der Lage, von diesen abge
strahlte elektromagnetische Felder richtig zu simulieren. Die
Vorgehensweisen des Standes der Technik sind ebenso nicht in
der Lage, die Anordnungen von Kabeln zu variieren, um die
Auswirkung davon zu bestimmen.
Es gibt viele Arten von Kabeln, wie etwa Parallelkabel
und verseilte bzw. verdrillte Kabel, und für diese Kabel gibt
es unterschiedliche Standards.
Die Vorgehensweisen des Standes der Technik verfügen
jedoch über keine standardisierten Theorien für das Modellie
ren von Kabeln und müssen sich daher gegebenenfalls mit einer
Vielfalt von Kabeln befassen. Insbesondere stellt der Stand
der Technik keine Technik für die Modellierung von verseilten
Kabeln zur Verfügung. Was benötigt wird, ist ein Verfahren
für die präzise Modellierung unterschiedlicher Kabeltypen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver
fahren und eine Vorrichtung für die präzise Berechnung der
Stärke eines von einem elektrischen Gerät, insbesondere in
dem elektrischen Gerät verlegten zweidrähtigen Kabeln, abge
strahlten elektromagnetischen Feldes nach der Momentmethode
mittels anwenderfreundlicher Vorgänge zur Verfügung zu stel
len. Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Medium zum
Speichern eines von einem Computer lesbaren Programms für die
Durchführung des Verfahrens zur Verfügung.
Um die Aufgaben zu lösen, stellt die vorliegende Erfin
dung eine Vorrichtung zum Berechnen der Stärke eines von
einem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen
Feldes nach der Momentmethode zur Verfügung. Die Vorrichtung
weist auf: eine Einstelleinheit zum interaktiven Einstellen
der Benennung eines in dem elektrischen Gerät angeordneten
zweidrähtigen Kabels und der Koordinaten des zweidrähtigen
Kabels an einem Kabeleintritt, einem Kabelaustritt und
Streckenpunkten in dem elektrischen Gerät, wobei die
Streckenpunkte erstellt werden, wie und wenn dies zum Biegen
des Kabels zwischen dem Kabeleintritt und dem Kabelaustritt
erforderlich ist; Bibliotheken, die jeweiligen Kabelbenen
nungen entsprechen und jedes der Attribute eines entspre
chenden Kabels einschließlich zumindest dessen Benennung,
Typs, charakteristischer Impedanz und der Strukturdaten des
Kabels speichern; eine Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines
Modells des zweidrähtigen Kabels für die Momentmethode gemäß
den Attributen des zweidrähtigen Kabels, die aus einer unter
den Bibliotheken ausgelesen werden, welche der von der Ein
stelleinheit eingestellten Benennung des zweidrähtigen Kabels
entspricht, sowie gemäß den von der Einstelleinheit einge
stellten Koordinaten des Kabels am Kabeleintritt, am Kabel
austritt und an Streckenpunkten; und eine Recheneinheit zum
Berechnen der Stärke eines von dem elektrischen Gerät abge
strahlten elektromagnetischen Feldes gemäß dem Modell und der
Momentmethode.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum
Berechnen der Stärke eines von einem elektrischen Gerät abge
strahlten elektromagnetischen Feldes gemäß einer Moment
methode zur Verfügung. Das Verfahren weist die Schritte auf:
Speichern der Attribute eines entsprechenden Kabels, ein schließlich zumindest der Benennung, des Typs, der charakte ristischen Impedanz und der Strukturdaten des Kabels in jeweiligen Kabelbenennungen entsprechenden Bibliotheken; interaktives Einstellen der Benennung eines in dem elektri schen Gerät angeordneten zweidrähtigen Kabels und der Koordi naten des zweidrähtigen Kabels an einem Kabeleintritt, einem Kabelaustritt und Streckenpunkten in dem elektrischen Gerät, wobei die Streckenpunkte erstellt werden, wie und wenn dies zum Biegen des Kabels zwischen dem Kabeleintritt und dem Kabelaustritt erforderlich ist; Erzeugen eines Modells des zweidrähtigen Kabels für die Momentmethode gemäß den über die eingestellte Benennung des zweidrähtigen Kabels aus einer der Bibliotheken aufgerufenen Attributen des zweidrähtigen Kabels sowie den eingestellten Koordinaten des Kabels am Kabelein tritt, am Kabelaustritt und an Streckenpunkten; und Berechnen der Stärke eines von dem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes gemäß dem Modell und der Moment methode.
Speichern der Attribute eines entsprechenden Kabels, ein schließlich zumindest der Benennung, des Typs, der charakte ristischen Impedanz und der Strukturdaten des Kabels in jeweiligen Kabelbenennungen entsprechenden Bibliotheken; interaktives Einstellen der Benennung eines in dem elektri schen Gerät angeordneten zweidrähtigen Kabels und der Koordi naten des zweidrähtigen Kabels an einem Kabeleintritt, einem Kabelaustritt und Streckenpunkten in dem elektrischen Gerät, wobei die Streckenpunkte erstellt werden, wie und wenn dies zum Biegen des Kabels zwischen dem Kabeleintritt und dem Kabelaustritt erforderlich ist; Erzeugen eines Modells des zweidrähtigen Kabels für die Momentmethode gemäß den über die eingestellte Benennung des zweidrähtigen Kabels aus einer der Bibliotheken aufgerufenen Attributen des zweidrähtigen Kabels sowie den eingestellten Koordinaten des Kabels am Kabelein tritt, am Kabelaustritt und an Streckenpunkten; und Berechnen der Stärke eines von dem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes gemäß dem Modell und der Moment methode.
Die vorliegende Erfindung stellt des weiteren ein Medium
zum Speichern eines Programms zur Verfügung, das einen Compu
ter zur Durchführung des Verfahrens veranlaßt.
Die vorliegende Erfindung berechnet die Stärke eines von
einem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen
Feldes gemäß der Momentmethode und einem Modell des elektri
schen Gerätes. Die vorliegende Erfindung ist in der Lage,
zweidrähtige Kabeln in dem elektrischen Gerät nicht nur in
einer tatsächlichen Anordnung, sondern auch in unterschiedli
chen Anordnungen zu modellieren, um die Auswirkung einer
jeden Anordnung zu bewerten.
Die vorliegende Erfindung modelliert jedes in einem
elektrischen Gerät installierte Parallelkabel oder verseilte
Kabel in eine aus metallischen Leitungen und Kondensatoren
bestehende Kettenschaltung, um die Stärke eines von dem elek
trischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes prä
zise zu berechnen.
Die oben genannten Aufgaben und Merkmale sowie weitere
Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deut
licher aus der Lektüre der folgenden Beschreibung der bevor
zugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung, worin:
Fig. 1 eine prinzipielle Struktur gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm ist, das Verarbeitungsschritte
gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3A eine Tabelle ist, die die Struktur einer
Kabeldatenbibliothek zeigt;
Fig. 3B eine Schnittansicht von zwei Leitern eines
Kabels ist;
Fig. 3C eine Verdrillungssteigung eines verseilten
Kabels zeigt;
Fig. 4 bis 9 Ablaufdiagramme sind, die Verarbeitungs
schritte gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 10A und 10B eine Anordnung eines Kabels erläutern;
Fig. 11 und 12 Anzeigebildschirme gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen;
Fig. 13, 14A und 14B Glieddaten erläutern;
Fig. 15 Normalenvektoren erläutert;
Fig. 16 Glieddaten an einem Parallelkabel erläutert;
Fig. 17 Glieddaten an einem verseilten Kabel erläutert;
Fig. 18 einen Torsionswinkel zwischen Normalenvektoren
erläutert;
Fig. 19 eine Beziehung zwischen dem Anfang und dem Ende
eines Gliedes erläutert;
Fig. 20 Kondensator-Einsetzpositionen an einem Modell
eines Parallelkabels zeigt;
Fig. 21 einen Vorgang zum Ändern der Verdrillungsstei
gungen eines verseilten Kabels erläutert;
Fig. 22 Kondensator-Einsetzpositionen an einem Modell
eines verseilten Kabels zeigt;
Fig. 23 ein Modell eines Parallelkabels für die Moment
methode erläutert;
Fig. 24A und 24B Segmentalströme erläutern;
Fig. 25A, 25B, 25C und 26 Nachprüfungen erläutern; und
Fig. 27A, 27B, 28A und 28B Ergebnisse der Nachprüfungen
zeigen.
Fig. 1 zeigt eine grundlegende Struktur einer Vorrich
tung zum Berechnen des von einem elektrischen Gerät abge
strahlten elektromagnetischen Feldes gemäß der vorliegenden
Erfindung.
Die Vorrichtung 1 wendet die Momentmethode an, um die
Stärke eines elektromagnetischen Feldes zu berechnen.
Die Vorrichtung 1 weist eine Eingabeeinheit 10, Biblio
theken 11, eine Einstelleinheit 12, eine Modellerzeugungsein
heit 13, einen Generator 14 und eine Recheneinheit 15 auf.
Die Eingabeeinheit 10 erhält Strukturdaten für ein zu
analysierendes elektrisches Gerät. In dem elektrischen Gerät
ist ein Zielobjekt der vorliegenden Erfindung ein zweidräh
tiges Parallelkabel oder verseiltes Kabel. Dementsprechend
erhält die Eingabeeinheit 10 Strukturdaten wie etwa die
Benennung, den Typ (parallel oder verseilt), die charakteri
stische Impedanz, den Leiterdurchmesser, den Leiter/Leiter-
Abstand und die Verdrillungssteigungen (falls es sich um ein
verseiltes Kabel handelt) des Kabels.
Die Bibliotheken 11 werden für jeweilige Kabelbenennun
gen erstellt. Jede der Bibliotheken 11 speichert die Attri
bute eines entsprechenden Kabels wie etwa die Benennung, den
Typ, die charakteristische Impedanz und die Struktur des
Kabels.
Die Einstelleinheit 12 stellt interaktiv die Benennung
des Zielobjekt-Kabels und die Koordinaten des Zielobjekt-
Kabels an einem Kabeleintritt, einem Kabelaustritt und
Streckenpunkten in dem elektrischen Gerät ein. Die Strecken
punkte werden erstellt, wie und wenn dies zum Biegen des
Kabels zwischen dem Kabeleintritt und dem Kabelaustritt in
dem elektrischen Gerät erforderlich ist.
Die in der Einstelleinheit 12 einzustellenden Daten kön
nen über die Eingabeeinheit 10 oder unmittelbar durch einen
interaktiven Vorgang zur Verfügung gestellt werden.
Die Modellerzeugungseinheit 13 erzeugt ein Momentmetho
den-Modell des Zielobjekt-Kabels gemäß Attributen, die aus
einer der Bibliotheken 11 mit der Benennung des Zielobjekt-
Kabels ausgelesen werden, sowie gemäß den von der Einstell
einheit 12 eingestellten Koordinaten des Kabels am Kabelein
tritt, am Kabelaustritt und an Streckenpunkten.
Die Recheneinheit 15 berechnet die Stärke eines von dem
elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes
gemäß dem Modell und der Momentmethode.
Die Funktionen der Vorrichtung 1 werden tatsächlich
durch ein Programm erfüllt, das auf einer Floppy-Disk bzw.
Diskette oder einer Festplatte einer Bedienereinheit gespei
chert ist. Das Programm auf der Diskette bzw. Festplatte wird
in einen Speicher der Vorrichtung 1 installiert und ausge
führt, um den Effekt der vorliegenden Erfindung zu verwirkli
chen.
Wenn die Eingabeeinheit 10 Strukturdaten für ein elek
trisches Gerät erhält, gibt die Einstelleinheit 12 interaktiv
Streckenpunkte für den Verlauf eines zweidrähtigen Zielob
jekt-Kabels in dem elektrischen Gerät vor und bestimmt die
Positionen des Kabels.
Falls es sich bei dem Zielobjekt-Kabel um ein verdrillte
oder verseiltes Kabel handelt, müssen dessen beide Kernleiter
die gleiche Länge aufweisen. Um dies sicherzustellen, stellt
der Generator 14 die Verdrillungssteigungen des verseilten
Kabels so ein, daß jeder der Streckenpunkte, die zum Ändern
der Richtung des Kabels dienen, auf eine Schleife des Kabels
treffen kann. Der Generator 14 bestimmt Kernleiterpositionen
des Kabels an jedem Streckenpunkt gemäß den geänderten Ver
drillungssteigungen und spezifizierten Verdrillungswinkeln.
Der Generator 14 folgt den Kernleiterpositionen mit Leitungen
für jeden Abschnitt des Kabels, über den die Richtung des Ka
bels unverändert ist. Der Generator 14 setzt zwischen den
Leitungen für jeden Abschnitt des Kabels Kondensatoren ein,
um ein Modell des Kabels für die Momentmethode zu bilden.
Falls das Kabel in irgendeinem Abschnitt des Kabels eine
Verdrehung beinhaltet, korrigiert der Generator 14 Verdril
lungswinkel des Kabels, um die Verdrehung beim Erzeugen von
Leitungen zum Bilden des Modells aufzuheben.
Um eine Schleife eines verseilten Kabels an einem
Streckenpunkt anzuordnen, kann die Einstelleinheit 12 die
Positionen von Streckenpunkten einstellen, anstatt Verdril
lungssteigungen des Kabels durch den Generator 14 zu ändern.
Falls es sich bei dem zweidrähtigen Zielobjekt-Kabel um
ein Parallelkabel handelt, teilt der Generator 14 jeden
Abschnitt des Kabels, über den die Richtung des Kabels unver
ändert ist, in Segmente mit einer spezifizierten bzw. kür
zeren Länge, plottet Leiterpositionen des Kabels an den Seg
menten, folgt den Leiterpositionen mit Leitungen und setzt
Kondensatoren zwischen den Leitungen ein, um hierdurch ein
Modell des Kabels für die Momentmethode zu bilden.
Falls irgendein Abschnitt des Kabels eine Verdrehung
zwischen dem Anfang und dem Ende des Abschnitts beinhaltet,
plottet der Generator 14 Kernleiterpositionen des Kabels an
den Segmenten des Abschnitts unter Berücksichtigung der Ver
drehung und folgt den Leiterpositionen mit Leitungen, wenn er
ein Modell des Kabels für die Momentmethode erstellt.
Der Generator 14 wendet Formeln an, um die Induktivität
und die Kapazität einer Einheitslänge des Kabels zu finden,
unter der Voraussetzung, daß die Kernleiter des Kabels blank
in Luft vorliegen, um die charakteristische Impedanz des
Kabels in Luft gemäß der gefundenen Induktivität und Kapazi
tät zu berechnen, und um die Kapazität der Einheitslänge des
Kabels gemäß der berechneten charakteristischen Impedanz und
derjenigen charakteristischen Impedanz zu finden, die in den
aus einer der Bibliotheken 11 aufgerufenen Attributen des
Kabels enthalten ist. Daraufhin bestimmt der Generator 14 die
Kapazität jedes der Kondensatoren, um das Modell gemäß der
gefundenen Kapazität der Einheitslänge des Kabels und der
Anzahl der Segmente zu bilden.
Auf diese Weise wendet die Vorrichtung 1 die Moment
methode an, um die Stärke eines von einem elektrischen Gerät
abgestrahlten elektromagnetischen Feldes zu berechnen. Die
Vorrichtung 1 gestattet die freie Anordnung von in dem elek
trischen Gerät installierten zweidrähtigen Kabeln. Die Vor
richtung 1 ist in der Lage, nicht nur eine tatsächliche
Anordnung der Kabel, sondern auch andere Anordnungen des
Kabels zu simulieren, um die Auswirkung dieser Anordnungen zu
überprüfen.
Die Vorrichtung 1 ist in der Lage, in einem elektrischen
Gerät installierte parallele und verdrehte oder verseilte
Kabel präzise als Leiter- oder Kettenschaltungen zu model
lieren, die aus metallischen Leitungen und Kondensatoren
bestehen, um die Stärke eines von dem elektrischen Gerät
abgestrahlten elektromagnetischen Feldes richtig zu
berechnen.
Es werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfin
dung erläutert.
Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm, das Verarbeitungsschritte
der Ausführungsform zeigt, die von der Vorrichtung 1 zum
Berechnen der Stärke eines elektromagnetischen Feldes durch
geführt werden. Das Ablaufdiagramm umfaßt eine Eingabedaten-
Datei 100 zum Speichern von Strukturdaten für ein zu analy
sierendes elektrisches Gerät, eine Kabelbibliothek 200 zum
Speichern von Attributen von in dem elektrischen Gerät ent
haltenen zweidrähtigen Kabeln, und eine Ausgabedaten-Datei
300 zum Speichern eines Ergebnisses der Berechnung der Stärke
eines elektromagnetischen Feldes.
Ein Programm zum Durchführen der Verarbeitungsschritte
ist auf einer Diskette oder einer Festplatte einer Server
einheit gespeichert, von der aus das Programm in die Vorrich
tung 1 installiert und in einem Speicher davon durchgeführt
wird.
Die Vorrichtung 1 weist eine (hier nicht gezeigte) End
stelleneinheit auf, welche als interaktive Vorrichtung mit
dem Anwender dient.
Schritt ST201 liest Strukturdaten für das elektrische
Gerät aus der Eingabedaten-Datei 100 aus. Die Strukturdaten
beinhalten beispielsweise die Benennung, den Typ (parallel
oder verseilt), die charakteristische Impedanz, den Leiter
durchmesser, den Leiter/Leiter-Abstand und Verdrillungsstei
gungen eines jeden in dem elektrischen Gerät enthaltenen
zweidrähtigen Kabels. Falls die Strukturdaten nicht aus der
Eingabedaten-Datei 100 ausgelesen werden, werden sie statt dessen
von einem Anwender durch einen interaktiven Arbeits
schritt in Schritt ST202 direkt eingegeben.
Schritt ST202 verwendet die Kabelbenennung als Schlüs
sel, um die Attribute des Kabels aus der Bibliotheksdatei 200
aufzurufen, und bestimmt eine Anordnung des Kabels gemäß den
Attributen.
Schritt ST203 verwendet die Strukturdaten und die in
Schritt ST202 getroffene Kabelanordnung, teilt das elektri
sche Gerät in Maschen auf und bildet ein Modell des elektri
schen Gerätes für die Momentmethode.
Schritt ST204 wählt eine noch nicht verarbeitete elek
tromagnetische Feldfrequenz. Schritt ST205 bestimmt, ob alle
Frequenzen gewählt wurden. Falls alle Frequenzen gewählt wur
den, endet der Ablauf.
Falls Schritt ST204 erfolgreich eine Frequenz wählt,
wendet Schritt ST206 eine Green-Funktion zum Berechnen des
Kernwiderstandes Zij (i = 1 bis n, j = 1 bis n) zwischen den
Maschen an. Zum Zweck der Einfachheit der Erläuterung der
Ausführungsform ist das zu analysierende Objekt metallisch,
und nur der Kernwiderstand wird berechnet.
Schritt ST207 verwendet den in Schritt ST206 errechneten
Kernwiderstand Zij und die in den Strukturdaten enthaltenen
Spannungen Vi der Wellenursprünge, um die folgende lineare
Gleichung der Momentmethode zu lösen:
[Zij] [Ii] = [Vi]
Daraufhin wird der durch jedes vermaschte metallische
Element hindurchfließende Strom Ii berechnet.
Schritt ST208 wählt einen Beobachtungspunkt, der noch
nicht verarbeitet wurde. Schritt ST209 bestimmt, ob alle
Beobachtungspunkte gewählt wurden. Falls alle Beobachtungs
punkte gewählt wurden, kehrt der Ablauf für die Bearbeitung
der nächsten Frequenz zu Schritt ST204 zurück.
Falls Schritt ST208 erfolgreich einen Beobachtungspunkt
wählt, berechnet Schritt ST210 die Stärke eines von den Strö
men Ii verursachten elektromagnetischen Feldes an dem Beob
achtungspunkt. Ein Ergebnis der Berechnung wird in der Ausga
bedaten-Datei 300 gespeichert, und der Ablauf kehrt für die
Verarbeitung des nächsten Beobachtungspunktes zu Schritt
ST208 zurück.
Auf diese Weise berechnet die Vorrichtung 1 die Stärke
eines von dem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagne
tischen Feldes gemäß der Momentmethode.
Fig. 3A zeigt eine Datenstruktur in der Kabelbibliothek
200.
Die Kabelbibliothek 200 speichert die Attribute eines in
dem elektrischen Gerät angeordneten Kabels. Die Attribute
beinhalten die Benennung, die charakteristische Impedanz und
den Typ (parallel, verseilt, oder koaxial) des Kabels. Falls
es sich bei dem Kabel um ein Parallelkabel handelt, beinhal
ten die Attribute auch einen in Fig. 3B gezeigten Leiter
durchmesser d und Leiter/Leiter-Abstand δ. Falls das Kabel
ein verseiltes Kabel bzw., in anderen Worten, ein verdrilltes
Kabel ist, beinhalten die Attribute zusätzlich zum Lei
terdurchmesser d und Leiter/Leiter-Abstand δ eine Verdril
lungssteigung ψ (positiv falls im Uhrzeigersinn, negativ
falls gegen den Uhrzeigersinn), die in Fig. 3C gezeigt ist.
Die Verdrillungssteigung ψ ist eine Länge, innerhalb derer
das verseilte Kabel eine Windung vollführt. In Fig. 3B stehen
die Bezugszeichen A und B für die Mittelpunkte von zwei Lei
tern des Kabels.
Fig. 4 bis 6 sind Ablaufdiagramme, die Einzelheiten des
Vorgangs zur Bestimmung der Kabelanordnung von Schritt ST202
der Fig. 2 zeigen, und Fig. 7 bis 9 sind Ablaufdiagramme, die
Einzelheiten des Kabelmodellierungsvorgangs von Schritt ST203
der Fig. 2 zeigen. Die Einzelheiten dieser Vorgänge werden im
nachfolgenden erläutert.
Der Vorgang zur Bestimmung der Kabelanordnung besteht
aus einem interaktiv durchgeführten Kabelanordnungsvorgang
und einem Vorgang zur Bestimmung der Glieddaten, der gemäß
einem Ergebnis des Kabelanordnungsvorgangs durchgeführt wird.
Der Kabelanordnungsvorgang von Fig. 4 wird zu Beginn des
Schrittes ST202 von Fig. 2 durchgeführt.
Schritt ST401 von Fig. 4 stellt interaktiv die Koordina
ten des Kabels an einem Kabeleintritt ein. Schritt ST402
stellt interaktiv die Koordinaten des Kabels an einem Kabel
austritt ein. Unter den Koordinaten des Kabels sind hier die
Koordinaten der Mitte jedes der beiden Leiter des Kabels zu
verstehen.
Schritt ST403 bestimmt interaktiv die Koordinaten jedes
Streckenpunktes. Die Streckenpunkte werden zwischen dem
Kabeleintritt und dem Kabelaustritt eingestellt und dienen
dazu, die Richtung des Kabels zu ändern. Die Koordinaten
jedes Streckenpunktes werden verwendet, um die Koordinaten
jedes der Leiter des Kabels am Streckenpunkt zu bestimmen.
Falls kein Streckenpunkt eingestellt wird, verläuft das Kabel
zwischen dem Kabeleintritt und dem Kabelaustritt geradlinig.
Schritt ST404 stellt interaktiv die in der Kabelbiblio
thek 200 eingetragene Benennung des Kabels ein, wodurch das
zu verwendende Kabel bestimmt wird. Schritt ST405 bestimmt,
ob eine Aufforderung zum Einstellen des nächsten Kabels vor
liegt. Falls dies der Fall ist, kehrt der Ablauf zu Schritt
ST401 zurück, und falls nicht, endet der Kabelanordnungsvor
gang.
Die Koordinaten des Kabels am Kabeleintritt und Kabel
austritt werden manchmal im voraus in die Eingabedaten-Datei
100 eingetragen. In diesem Fall ruft der Anwender die Daten
aus der Eingabedaten-Datei 100 auf und stellt sie ein. Danach
werden die Koordinaten von Streckenpunkten interaktiv einge
stellt.
Auf diese Weise ordnet die Vorrichtung 1 im Kabelanord
nungsvorgang dasjenige Kabel in dem elektrischen Gerät,
welches das zu analysierende Objekt darstellt, interaktiv an,
wie in Fig. 10A gezeigt ist. Das Kabel von Fig. 10A weist
tatsächlich eine Dicke auf, wie sie in Fig. 10B gezeigt ist.
Die Bezugszeichen A und B entsprechen Positionen der Leiter
des Kabels am Kabeleintritt, und C und D denjenigen am Kabel
austritt. Die Bezugszeichen E, F, C und H sind Streckenpunk
te.
In Fig. 10A ist eine kontinuierliche Linie zwischen
benachbarten Streckenpunkten ein "Glied". Die Glieder verlau
fen entlang einer Kabelachse, die durch die Mitte zwischen
den beiden Leitern des Kabels verläuft. Jedes Glied hat einen
kabeleintrittsseitigen Anfangspunkt und einen kabelaustritts
seitigen Endpunkt.
Fig. 11 und 12 zeigen Beispiele für Anzeigebildschirme,
die zum Einstellen der Koordinaten jedes der Streckenpunkte
verwendet werden.
Die Vorrichtung 1 erlaubt es dem Anwender, die drei
dimensionalen Positionen des Kabels am Kabeleintritt, am
Kabelaustritt und an Streckenpunkten korrekt zu erkennen. Zu
diesem Zweck weist jeder Bildschirm einen Abschnitt unten
links zum Anzeigen einer XY-Ebene, einen Abschnitt oben links
für eine XZ-Ebene, einen Abschnitt unten rechts für eine YZ-Ebene
und einen Abschnitt oben rechts für eine dreidimensio
nale Ansicht auf. Der Bildschirm von Fig. 11 wird zum Ein
stellen der Koordinaten eines Kabels an einem Kabeleintritt
und an einem Kabelaustritt in einem elektrischen Gerät ver
wendet, und der Bildschirm von Fig. 12 wird zum Einstellen
der Koordinaten von Streckenpunkten wie E, F, G und H verwen
det.
Auf diese Weise stellt der Kabelanordnungsvorgang die
Koordinaten des Kabels am Kabeleintritt, am Kabelaustritt und
an Streckenpunkten sowie die Benennung des Kabels interaktiv
ein. Daraufhin führt die Vorrichtung 1 den Vorgang zur
Bestimmung der Glieddaten durch.
Die Glieddaten eines Gliedes beinhalten die Koordinaten
jedes der Enden des Gliedes. Genauer gesagt beinhalten die
Glieddaten eines Gliedes die Koordinaten von Streckenpunkten,
die sich auf das Glied beziehen, und die Koordinaten von
Leiterpositionen, die den Streckenpunkten entsprechen.
Die Koordinaten eines Streckenpunktes am Kabeleintritt
liegen in der Mitte zwischen den Koordinaten für die Positio
nen der Leiter A und B. Die Koordinaten eines Streckenpunktes
am Kabelaustritt liegen in der Mitte zwischen den Koordinaten
für die Positionen der Leiter am Kabelaustritt.
Die Koordinaten der Positionen der Leiter des Kabels an
einem Streckenpunkt liegen auf der positiven und der negati
ven Seite einer Normalen, die am Streckenpunkt orthogonal zu
einem entsprechenden Glied kreuzt. Jede dieser Leiterpositio
nen wird entgegengesetzt um den halben Leiter/Leiter-Abstand
vom Streckenpunkt beabstandet eingestellt.
Fig. 13 zeigt beispielsweise Leiterpositionen A und B
für einen Streckenpunkt C sowie Leiterpositionen D und E für
einen Streckenpunkt F.
Das Kabel von Fig. 13 ist in Glieder a, b, c und der
gleichen unterteilt. Fig. 14A zeigt ein Beispiel für Glied
daten. Die Glieddaten bestehen aus Anfangspunktdaten und End
punktdaten. Die Anfangspunktdaten beinhalten eine Koordinate
des Anfangspunktes des Gliedes, eine Koordinate eines auf der
positiven Seite der entsprechenden Normalen befindlichen und
vom Anfangspunkt um den halben Leiter/Leiter-Abstand δ beab
standeten Punktes, und eine Koordinate eines auf der negati
ven Seite der Normale befindlichen und vom Anfangspunkt um
den halben Leiter/Leiter-Abstand δ beabstandeten Punktes. Auf
ähnliche Weise beinhalten die Endpunktdaten eine Koordinate
des Endpunktes des Gliedes, eine Koordinate eines auf der
positiven Seite der entsprechenden Normalen befindlichen und
vom Endpunkt um den halben Leiter/Leiter-Abstand δ beabstan
deten Punktes, und eine Koordinate eines auf der negativen
Seite der Normalen befindlichen und vom Endpunkt um den hal
ben Leiter/Leiter-Abstand δ beabstandeten Punktes. Hierbei
ist eine positive Seite einer Normalen eine Seite, die durch
das Rechtssystem-Vektorprodukt des Einheitsvektors zweier
benachbarter Glieder bestimmt wird. Beispielsweise liefern in
Fig. 15 ein Einheitsvektor 1 des Gliedes a und ein Ein
heitsvektor 2 des Gliedes b ein Vektorprodukt 1×2 zum
Bestimmen eines Vektors 1, der die positive Richtung der
Normalen anzeigt.
Fig. 14B zeigt Beispiele für Glieddaten. Die Glieddaten
für das Glied a beinhalten die Koordinaten der Leiterposition
A, die auf der positiven Seite einer den Anfangspunkt C kreu
zenden Normalen liegt und vom Anfangspunkt C um den halben
Leiter/Leiter-Abstand δ beabstandet ist, die Koordinaten des
Anfangspunktes C, die Koordinaten der Leiterposition B, die
auf der negativen Seite der Normalen liegt und vom Anfangs
punkt C um den halben Leiter/Leiter-Abstand δ beabstandet
ist, und die Koordinaten der mit dem Endpunkt F in Beziehung
stehenden Positionen D, F und E. Auf ähnliche Weise beinhal
ten die Glieddaten für das Glied b die Koordinaten der Posi
tionen D, F, E, G, I und H, und die Glieddaten für das Glied
c beinhalten die Koordinaten der Positionen G, I, H, J, L und
K.
Nach der Bestimmung von Kabeleintritt, Kabelaustritt,
und Streckenpunkten durch den Kabelanordnungsvorgang beginnt
der Vorgang zur Bestimmung der Glieddaten der Ablaufdiagramme
von Fig. 5 und 6. Schritt ST501 wählt ein Zielobjekt-Kabel
unter den in dem elektrischen Gerät angeordneten Kabeln aus.
Schritt ST502 überprüft, ob alle Kabel gewählt wurden. Falls
alle Kabel gewählt wurden, endet der Vorgang zur Bestimmung
der Glieddaten.
Falls Schritt ST501 erfolgreich ein Zielobjekt-Kabel
wählt, bestimmt Schritt ST502, daß noch auszuwählende Kabel
verblieben sind, und Schritt ST503 verwendet die Benennung
des Zielobjekt-Kabels als Schlüssel für die Bezugnahme auf
die Kabelbibliothek 200 und bestimmt, ob das Zielobjekt-Kabel
parallel oder verseilt ist. Falls das Kabel keines von diesen
ist, d. h. falls es sich bei dem Kabel nicht um ein zweidräh
tiges Kabel handelt, muß ein Modellierungsvorgang auf der
Basis eines anderen Algorithmus für beispielsweise ein
Koaxialkabel ausgeführt werden, und der Ablauf kehrt zu
Schritt ST501 zurück.
Falls Schritt ST503 bestimmt, daß das zu untersuchende
Kabel ein Parallelkabel oder ein verseiltes Kabel ist, ver
wendet Schritt ST504 die Benennung des Kabels als Schlüssel
für den Zugriff auf die Kabelbibliothek 200 und liest einen
Leiter/Leiter-Abstand δ des Kabels aus. Schritt 504 bestimmt
gemäß den Koordinaten der Positionen der Leiter des Kabels am
Kabeleintritt und am Kabelaustritt, ob der ausgelesene Lei
ter/Leiter-Abstand mit dem durch den Kabelanordnungsvorgang
eingestellten Leiter/Leiter-Abstand übereinstimmt. Falls sie
nicht miteinander übereinstimmen, liefert Schritt ST505 eine
Fehlermeldung, und der Ablauf kehrt zu Schritt ST501 zurück.
Falls Schritt ST504 bestimmt, daß sie miteinander über
einstimmen, berechnet Schritt ST506 die Koordinaten eines
Mittelpunktes zwischen den beiden Leiterpositionen sowohl am
Kabeleintritt als auch am Kabelaustritt. In Fig. 10A berech
net Schritt ST506 die Koordinaten des Mittelpunktes X zwi
schen den Leiterpositionen A und B am Kabeleintritt und die
Koordinaten des Mittelpunktes Y zwischen den Leiterpositionen
C und D am Kabelaustritt.
Schritt ST507 addiert "1" zur Anzahl der Streckenpunkte
hinzu, um die Anzahl von Gliedern des Zielobjekt-Kabels zwi
schen dem Kabeleintritt und dem Kabelaustritt als N zu
bestimmen. Schritt ST508 überprüft, ob N = 1 ist. Falls N = 1
ist, liegen keine dazwischenliegenden Streckenpunkte vor. In
diesem Fall stellt Schritt ST509 die im Kabelanordnungsvor
gang eingestellten Koordinaten des Kabels am Kabeleintritt
und am Kabelaustritt und die in Schritt ST506 eingestellten
Koordinaten der Mittelpunkte als Glieddaten für das Ziel
objekt-Kabel ein. Daraufhin kehrt der Ablauf zu Schritt ST501
zurück.
Falls Schritt ST508 bestimmt, daß die Anzahl der Glieder
2 oder mehr beträgt, stellt Schritt ST510 ein erstes Glied
ein, das sich vom Kabeleintritt ausgehend als ein jetziges
Glied erstreckt. Schritt ST511 von Fig. 6 sucht ausgehend vom
jetzigen Glied nach einem Glied mit einem anderen Richtungs
vektor als demjenigen des jetzigen Gliedes und findet einen
zu dem gesuchten Glied in Beziehung stehenden Normalenvektor.
Wie unter Bezugnahme auf die Fig. 13 und 14 erläutert
wurde, beinhalten die Glieddaten die Koordinaten von
Streckenpunkten sowie die Koordinaten von Leiterpositionen in
Bezug auf die Streckenpunkte. Jede Leiterposition ist von dem
dazu in Beziehung stehenden Streckenpunkt in einer positiven
bzw. negativen Richtung entlang einer den Streckenpunkt kreu
zenden Normalen um den halben Leiter/Leiter-Abstand beabstan
det. Ein Normalenvektor wird, wie in Fig. 15 bezeigt ist, als
das äußere Produkt eines Richtungsvektors 1 eines Gliedes i
und eines unterschiedlichen Richtungsvektors j eines zu dem
Glied i benachbarten Gliedes j bestimmt.
Dementsprechend folgt Schritt ST511 Gliedern, bis ein
Glied erreicht ist, das einen Normalenvektor liefert.
Schritt ST512 überprüft, ob ein Glied erreicht wurde,
das einen Normalenvektor liefert. Falls ein solches Glied
erreicht wurde, bestimmt Schritt ST513, ob sich zwischen dem
jetzigen Glied und dem erreichten Glied sonstige Glieder be
finden. Falls kein dazwischenliegendes Glied vorhanden ist,
erzeugt Schritt ST514 den Normalenvektor und erstellt Glied
daten für das jetzige Glied.
Genauer gesagt wird der Normalenvektor am Endpunkt des
jetzigen Gliedes eingestellt, und die Koordinaten der Leiter
positionen, die jeweils auf dem Normalenvektor liegen und vom
Endpunkt um den halben Leiter/Leiter-Abstand beabstandet
sind, werden gefunden, um die Glieddaten für den Endpunkt des
jetzigen Gliedes zu vervollständigen. Daraufhin werden
Glieddaten für den Anfangspunkt des jetzigen Gliedes gefun
den. Falls es sich bei dem jetzigen Glied um das erste Glied
handelt, werden die Koordinaten der Leiterpositionen am Ka
beleintritt und die in Schritt ST506 gefundenen Koordinaten
des Mittelpunkts als die Glieddaten für den Anfangspunkt des
jetzigen Gliedes kopiert. Falls das jetzige Glied nicht das
erste Glied ist, werden die Glieddaten für einen Endpunkt des
vorhergehenden Gliedes als die Glieddaten für den An
fangspunkt des jetzigen Gliedes kopiert. Die Koordinaten
eines dazwischenliegenden Punktes mit jeglichen Glieddaten
sind gleich denen eines entsprechenden Streckenpunktes und
können folglich durch Kopieren der Koordinaten des Strecken
punktes erhalten werden.
Eine detaillierte Erläuterung von Schritt ST514 erfolgt
unter Bezugnahme auf Fig. 15. Es ist zu beachten, daß die
Koordinaten jedes der Punkte A, B, C, F, I und L bereits be
kannt sind.
Gemäß den Koordinaten der Punkte C, F und I werden der
positive und der negative Normalenvektor 1 bzw. -1, die
durch den Punkt F und orthogonal zu einem Richtungsvektor 1
des Gliedes a verlaufen, sowie ein Richtungsvektor 2 des
Gliedes b gefunden. Hier gilt i = -(-1). Die Koordinaten
eines Punktes D werden ausgehend von den Koordinaten des
Punktes F, dem Normalenvektor 1 und dem halben Lei
ter/Leiter-Abstand gefunden. Die Koordinaten eines Punktes E
werden ausgehend von den Koordinaten des Punktes F, dem Nor
malenvektor -1 und dem halben Leiter/Leiter-Abstand gefun
den. Dies vervollständigt die Glieddaten für das Glied a.
Gemäß den Koordinaten der Punkte F, I und L werden der
positive und der negative Normalenvektor 2 bzw. -2, die
durch den Punkt I und orthogonal zum Richtungsvektor 2 des
Gliedes b verlaufen, sowie ein Richtungsvektor 3 des Glie
des c gefunden. Hier gilt 2 = -(-2). Die Koordinaten
eines Punktes G werden ausgehend von den Koordinaten des
Punktes I, dem Normalenvektor 2 und dem halben Lei
ter/Leiter-Abstand gefunden. Die Koordinaten eines Punktes H
werden gemäß den Koordinaten des Punktes I, dem Normalenvek
tor -2 und dem halben Leiter/Leiter-Abstand gefunden. Dies
vervollständigt die Glieddaten für das Glied b.
Glieddaten für das Glied c werden auf ähnliche Weise ge
funden.
Falls Schritt ST513 bestimmt, daß ein Glied (bzw. Glie
der) zwischen dem jetzigen Glied und dem erreichten Glied
vorhanden ist (bzw. sind), hat das dazwischenliegende Glied
den gleichen Richtungsvektor wie das jetzige Glied. Daraufhin
findet Schritt ST515 Normalenvektoren, um Glieddaten für das
jetzige Glied sowie Glieddaten für das dazwischenliegende
Glied zu liefern.
Genauer gesagt werden normale Vektoren an einem Anfangs
punkt des erreichten Gliedes gefunden. Diese Normalenvektoren
werden für den Endpunkt des jetzigen Gliedes verwendet. Die
gleichen Normalenvektoren werden sowohl für den Anfangs- als
auch den Endpunkt des dazwischenliegenden Gliedes verwendet.
Daraufhin werden die Koordinaten jedes um den halben Lei
ter/Leiter-Abstand vom Anfangs- und Endpunkt des Gliedes be
abstandeten Punktes gefunden. Die Glieddaten für den Anfangs
punkt des jetzigen Gliedes einschließlich der Koordinaten des
Mittelpunktes werden durch Kopieren gemäß der obenstehenden
Beschreibung erstellt.
Die Schritte ST513 und ST515 für ein Parallelkabel wer
den unter Bezugnahme auf Fig. 16 erläutert.
Falls die Glieder m und m+1 parallel zueinander sind,
d. h. wenn sie auf der selben Geraden liegen, ist ein Rich
tungsvektor m des Gliedes m parallel zu einem Richtungs
vektor (m+1) des Gliedes m+1. Es ist nicht möglich, Norma
lenvektoren mu und md an einem Streckenpunkt F zwischen
den beiden Gliedern m und m+1 zu finden. Insbesondere ist es
nicht möglich, die Koordinaten der mit dem Streckenpunkt F in
Beziehung stehenden Punkte D und E zu finden. In diesem Fall
folgt man Gliedern, bis ein Glied erreicht ist, das nicht
parallel zu den Gliedern m und m+1 ist. Daraufhin werden Nor
malenvektoren für das erreichte Glied gefunden und für die
parallelen Glieder verwendet. Insbesondere werden die Norma
lenvektoren (m+1)u und (m+1)d an einem Anfangspunkt des
erreichten Gliedes gefunden. Da die Normalenvektoren (m-1)u
und (m-1)d bekannt sind, werden die Vektoren mu und md
gemäß diesen bestimmt, und die Koordinaten der Punkte D und E
werden bestimmt.
Die Schritte ST513 und ST515 für ein verseiltes Kabel
werden unter Bezugnahme auf Fig. 17 erläutert.
Falls die Glieder m und m+1 parallel zueinander sind,
d. h. wenn sie auf der selben Geraden liegen, dann sind ein
Richtungsvektor m des Gliedes m und ein Richtungsvektor
(m+1) des Gliedes m+1 parallel zueinander. Es ist nicht
möglich, Normalenvektoren mu und md an einem Strecken
punkt F zwischen den Gliedern m und m+1 zu bestimmen. Insbe
sondere ist es nicht möglich, die Koordinaten der mit dem
Streckenpunkt F in Beziehung stehenden Punkte D und E zu fin
den. In diesem Fall werden, ähnlich wie beim Parallelkabel,
Vektoren (m+1)u und (m+1)d zuerst gefunden und dann die
Koordinaten der Punkte D und E bestimmt. Im Unterschied zum
Parallelkabel werden die Punkte D und E an geometrischen
Orten des verseilten Kabels bestimmt. Dies soll in mehr
Detail erläutert werden.
- (1) Die Gesamtlänge Lm + Lm+1 der parallelen Glieder m und m+1 wird berechnet.
- (2) Die Gesamtlänge wird durch eine Verdrillungsstei
gung ψ des verseilten Kabels als (Lm + Lm+1)/ψ geteilt, um
die Anzahl von Windungen r und einen Rest R folgendermaßen
zur Verfügung zu stellen:
(Lm + Lm+1)/ψ = r + R - (3) Die Verdrillungssteigung ψ wird so geändert, daß
sie sich an eine tatsächliche Verdrillungssteigung annähert.
Die Anzahl von Windungen wird als "r" oder "r ± 0,5" einge stellt. Im Fall 0 ≦ R ≦ 0,5 ist sie r, und im Fall 0,5 < R < 1 ist sie r + 0,5. - (4) Die Verdrillungssteigung ψ wird folgendermaßen in
ψ' geändert:
ψ' = (Lm + Lm+1)/r, falls (0 ≦ R ≦ 0,5)
ψ' = (Lm + Lm+1)/(r + 0,5), falls (0,5 < R < 1) - (5) Die geänderte Verdrillungssteigung ψ' wird zum Be rechnen von Lm/ψ' verwendet, um die Anzahl von Windungen r' und einen Rest R' für den Punkt F zur Verfügung zu stel len.
- (6) Der Rest R' erfüllt 0 ≦ R' < 1. Dies entspricht einem Verdrillungswinkel von 0 ≦ ϕ < 360 des verseilten Ka bels im Hinblick auf (m-l)u.
- (7) Mit diesen Teildaten werden die Koordinaten der Punkte D und E bestimmt.
Auf diese Weise bestimmen die Schritte ST513 und ST515
Glieddaten. Schritt ST516 stellt das erreichte Glied als das
jetzige Glied ein. Schritt ST517 überprüft, ob das jetzige
Glied das letzte, mit dem Kabelaustritt verbundene Glied ist.
Falls es sich nicht um das letzte Glied handelt, kehrt der
Ablauf zu Schritt ST511 zurück. Falls es sich um das letzte
Glied handelt, kopiert Schritt ST518 Glieddaten für den End
punkt des vorhergehenden Gliedes, die Koordinaten der Leiter
positionen am Kabelaustritt und den in Schritt ST506 gefunde
nen Mittelpunkt, um Glieddaten für das letzte Glied zu er
stellen. Daraufhin kehrt der Ablauf zu Schritt ST501 zurück.
Falls Schritt ST512 bestimmt, daß kein Glied vorhanden
ist, das Normalenvektoren liefert, liegt keine Änderung des
Richtungsvektors bis hin zum letzten Glied vor. Daraufhin
verwendet Schritt ST519 Normalenvektoren, die durch die Koor
dinaten von Leiterpositionen am Kabelaustritt spezifiziert
sind, um Glieddaten für das jetzige Glied, das letzte Glied
und dazwischenliegende Glieder zwischen dem jetzigen und dem
letzten Glied zu bestimmen. Daraufhin kehrt der Ablauf zu
Schritt ST501 zurück.
Genauer gesagt werden Normalenvektoren, die ausgehend
von den Koordinaten von Leiterpositionen am Kabelaustritt
gefunden wurden, auf den Endpunkt des jetzigen Gliedes, den
Anfangspunkt des letzten Gliedes und den Anfangs und End
punkt eines jeden dazwischenliegenden Gliedes angewendet.
Daraufhin werden die Koordinaten jeder Leiterposition, die
vom Anfangs- und Endpunkt eines jeden Gliedes um den halben
Leiter/Leiter-Abstand beabstandet sind, auf den Normalen
vektoren gefunden. Die Glieddaten für den Endpunkt des letz
ten Gliedes werden durch Kopieren der Koordinaten der Leiter
positionen am Kabelaustritt und des in Schritt 506 gefundenen
Mittelpunktes erhalten. Die Glieddaten für den Anfangspunkt
des jetzigen Gliedes einschließlich der Koordinaten seines
Mittelpunktes werden durch Kopieren gemäß der obenstehenden
Beschreibung erhalten.
Auf diese Weise führt die Vorrichtung 1 der vorliegenden
Erfindung den Glieddaten-Bestimmungsvorgang durch, um Glied
daten für jedes der Glieder zu bestimmen, die das Kabel dar
stellen und den Kabeleintritt mit dem Kabelaustritt verbin
den.
Das Parallelkabel bzw. das verseilte Kabel ist an jedem
Streckenpunkt orthogonal zu einer Normalen des Kabels gebo
gen. Der Grund dafür ist es, die Länge des Kabels bzw. die
Länge der Glieder sicherzustellen, und die Länge der Signal
pfade in Sende- als auch Rücklaufrichtung sicherzustellen.
Wenn ein tatsächliches zweidrähtiges Kabel an einem
Streckenpunkt gebogen wird, werden ein Leiter und seine Iso
lierung gelockert und die anderen gestrafft. Um ein sauberes
Modell des Kabels für Simulationen zu erstellen, ist es be
vorzugt, das Kabel orthogonal zu einer Normalen zu biegen,
wie obenstehend erwähnt ist.
Fig. 7 ist ein Ablaufdiagramm, das die Details des Ka
belmodellierungsvorgangs von Schritt ST203 der Fig. 2 zeigt.
Schritt ST701 bestimmt eine Segmentlänge L für die Mo
mentmethode wie folgt:
L = (1/10) × (f/c)
wobei f die maximale Frequenz der Analysefrequenzen des
zu analysierenden elektromagnetischen Feldes und C die Licht
geschwindigkeit ist.
Schritt ST702 bestimmt interaktiv die Anzahl von Segmen
ten pro Verdrillungssteigung eines verseilten Kabels als "m".
Die Momentmethode teilt ein elektrisches Gerät in Maschen mit
der Segmentlänge L auf. Eine Verdrillungssteigung ψ eines
verseilten Kabels ist für gewöhnlich kürzer als die Segment
länge L. Wenn das verseilte Kabel gemäß der Segmentlänge L in
Maschen aufgeteilt wird, verschwinden Verdrillungen des Ka
bels. Dementsprechend wird jede Steigung des verseilten Ka
bels durch "m", z. B. 24, in Segmente geteilt. Zu diesem Zweck
stellt Schritt ST702 interaktiv die Anzahl von Segmenten m
ein, bei der es sich um eine gerade Zahl handelt.
Schritt ST703 liest Kabelattribute aus der Kabelbiblio
thek 200 aus.
Schritt ST704 wählt ein zweidrähtiges Zielobjekt-Kabel
in dem elektrischen Gerät aus. Schritt ST705 überprüft, ob
alle Kabel gewählt wurden. Falls alle Kabel gewählt wurden,
endet der Kabelmodellierungsvorgang.
Falls Schritt ST704 erfolgreich ein Zielobjekt-Kabel
wählt, ergibt Schritt ST704, daß noch auszuwählende Kabel
verblieben sind. Daraufhin bestimmt Schritt ST706, ob es sich
bei dem Zielobjekt-Kabel um ein Parallelkabel oder ein ver
seiltes Kabel handelt.
Falls es sich bei dem Kabel um ein Parallelkabel han
delt, wählt Schritt ST707 eines der nicht-parallelen Glieder
des Kabels. Ein nicht-paralleles Glied ist ein Glied, das zu
dem ihm benachbarten Glied nicht parallel ist und an keinem
Punkt innerhalb des Gliedes eine Änderung der Normalenrich
tung aufweist.
Schritt ST708 bestimmt, ob alle nicht-parallelen Glieder
gewählt wurden. Falls alle nicht-parallelen Glieder gewählt
wurden, kehrt der Ablauf zu Schritt ST704 zurück, um das
nächste zweidrähtige Kabel zu modellieren. Falls noch auszu
wählende nicht-parallele Glieder verblieben sind, wendet
Schritt ST709 einen Modellierungsalgorithmus für Parallel
kabel an, um ein Modell des gewählten nicht-parallelen Glie
des für die Momentmethode zu erzeugen. Daraufhin kehrt der
Ablauf zu Schritt ST707 zurück, um das nächste nicht-paral
lele Glied des in Schritt ST704 gewählten Kabels zu modellie
ren.
Falls Schritt ST706 bestimmt, daß das Zielobjekt-Kabel
ein verseiltes Kabel ist, wählt Schritt ST710 eines der
nicht-parallelen Glieder des Kabels.
Schritt ST711 überprüft, ob alle nicht-parallelen Glie
der gewählt wurden. Falls alle nicht-parallelen Glieder
gewählt wurden, kehrt der Ablauf zu Schritt ST704 zurück, um
das nächste zweidrähtige Kabel zu modellieren. Falls ein
nicht-paralleles Glied gewählt wurde, verwendet Schritt ST712
einen Modellierungsalgorithmus für verseilte Kabel, um ein
Modell des gewählten nicht-parallelen Gliedes für die Moment
methode zu erzeugen. Daraufhin kehrt der Ablauf zu Schritt
ST710 zurück, um das nächste nicht-parallele Glied des in
Schritt ST704 gewählten Zielobjekt-Kabels zu modellieren.
Es werden nun die Ablaufdiagramme der Fig. 8 und 9 er
läutert. Das Ablaufdiagramm von Fig. 8 zeigt Einzelheiten des
Modellierungsalgorithmus für Parallelkabel von Schritt ST709
der Fig. 7. Das Ablaufdiagramm von Fig. 9 zeigt Einzelheiten
des Modellierungsalgorithmus für verseilte Kabel von Schritt
ST712 der Fig. 7.
Es wird nun der Modellierungsalgorithmus für Parallelka
bel von Fig. 8 erklärt.
Schritt ST801 teilt das nicht-parallele Glied durch die
Segmentlänge L, um die Anzahl von Segmenten als M zu bestim
men, die geradzahlig sein muß. Falls der Quotient ungeradzah
lig ist, wird "1" zum Quotienten hinzuaddiert, um eine gerade
Zahl M zur Verfügung zu stellen, da sich die Genauigkeit der
Momentmethode mit abnehmender Größe jedes Segmentes verbes
sert.
Schritt ST802 findet einen Torsionswinkel θ zwischen
Normalenvektoren an jedem Ende des nicht-parallelen Gliedes.
Wie in Fig. 18 gezeigt ist, ist der Torsionswinkel θ zwischen
einem Normalenvektor an einem Anfangspunkt (A, B) und einem
Normalenvektor an einem Endpunkt (D, E) des nicht-parallelen
Gliedes gebildet.
Schritt ST803 überprüft, ob θ = 90 (Grad) ist. Falls θ =
90° ist, bestimmt Schritt ST804 eine Verdrillungsrichtung.
Falls eine vorhergehende Verdrillung von θ = 90° eine rechts
läufige Verdrillung ist, ist die jetzige Verdrillung von θ =
90° eine linksläufige Verdrillung. Falls die vorhergehende
Verdrillung von θ = 90° eine linksläufige Verdrillung ist,
ist die jetzige Verdrillung von θ = 90° eine rechtsläufige
Verdrillung.
Falls θ < 90° ist, wie in Fig. 19 gezeigt ist, wird
Punkt der A mit dem Punkt D verbunden, und der Punkt B mit
dem Punkt E, so daß der Anfangspunkt (A, B) dem Endpunkt (D,
E) entsprechen kann. Falls θ = 90° ist, ist das Parallelkabel
nach rechts oder nach links verdrillt. Falls nur eine
Verdrillungsrichtung über das Parallelkabel angewendet wird,
wird das Parallelkabel in dieser verwendeten Richtung scharf
verdrillt. Um dies zu vermeiden, wird das Parallelkabel,
falls θ = 90° ist, in abwechselnde Richtungen verdrillt.
Schritt ST805 teilt den Torsionswinkel θ durch die M
Segmente, um einen Korrekturwinkel ϕ zum Korrigieren des Tor
sionswinkels θ zur Verfügung zu stellen. Der Korrekturwinkel
ϕ gibt einen Winkel zum Verdrillen jedes der M Segmente an.
Schritt ST806 bestimmt Teilungspositionen, an denen Kon
densatoren eingesetzt werden.
Falls die Länge des nicht-parallelen Gliedes X beträgt,
werden die Teilungspositionen in Intervallen X/M eingestellt,
wobei eine erste davon um X/2M vom Anfangspunkt des nicht
parallelen Gliedes beabstandet eingestellt wird. Die Leiter
des Parallelkabels werden an der ersten Teilungsposition um ϕ/2
und daraufhin an jeder Teilungsposition um ϕ verdrillt. An
jeder Teilungsposition werden die Koordinaten eines um den
halben Leiter/Leiter-Abstand von dem nicht-parallelen Glied
beabstandeten Punktes als die Koordinaten eines entsprechen
den Leiters des Parallelkabels bestimmt. Fig. 20 zeigt Posi
tionen, an denen Kondensatoren eingesetzt werden. Die Konden
satoren werden an Intervallen von X/M eingesetzt, wobei ein
erster Kondensator um X/2M vom Anfangspunkt des nicht-paral
lelen Gliedes beabstandet angeordnet wird. Schwarze Punkte in
Fig. 20 stehen für Leiterteilungspositionen.
Schritt ST807 berechnet die Kapazität einer Einheits
länge des Parallelkabels. Falls die Kapazität in der Kabel
bibliothek 200 eingetragen ist, wird die eingetragene verwen
det. Falls nicht, wird die Kapazität nach Formeln berechnet.
Elektromagnetismus stellt die folgende Formel für ein
zweidrähtiges Kabel zur Verfügung:
L0 = (µ0/π) ln [(D + (D2 - 4a)½)/2a]
≅ (µ0/π) ln (D/a)
≅ (µ0/π) ln (D/a)
wobei 2a der Durchmesser (ausgedrückt in Metern) eines
jeden von zwei parallel verlaufenden Leitern, D ein in Metern
ausgedrückter Leiter/Leiter-Abstand, und L0 die Induktivität
einer Einheitslänge des blanken Kabels in Luft ist.
Die Kapazität C0 einer Einheitslänge des Kabels in Luft
ist wie folgt:
C0 = (π∈0)/ln [(D + (D2 - 4a)½)/2a]
≅ (π∈0)/ln (D/a]
wobei eine Bedingung a«D erfüllt ist.
Die charakteristische Impedanz Z0 des Kabels in Luft ist
wie folgt:
Z0≅(L0/C0)½ = (1/π) (µ0/∈0)½ ln (D/a), wobei µ0 die magnetische Feldkonstante und ∈0 die elektrische Feldkonstante ist.
Z0≅(L0/C0)½ = (1/π) (µ0/∈0)½ ln (D/a), wobei µ0 die magnetische Feldkonstante und ∈0 die elektrische Feldkonstante ist.
In den obenstehenden Ausdrücken L0 und C0 ist gewöhnlich
die Bedingung a«D für übliche parallele Kabel und verseilte
Kabel für gewöhnlich erfüllt.
Die in der Kabelbibliothek 200 eingetragene charakteri
stische Impedanz Z ist ein aktueller Wert, der eine Isolie
rung um einen Leiter annimmt. Die effektive dielektrische
Konstante ∈reff eines Isolators weist das folgende Verhält
nis in Bezug auf die charakteristische Impedanz Z0 in Luft
und die tatsächliche charakteristische Impedanz Z auf:
Z/Z0 = (∈reff)½
Dementsprechend kann die effektive dielektrische Kon
stante ∈reff aus der berechneten charakteristischen Impedanz
Z0 in Luft und der aus der Kabelbibliothek 200 aufgerufenen
charakteristischen Impedanz Z berechnet werden. Somit ist die
Kapazität C einer Einheitslänge des die Isolierung aufweisen
den Kabels wie folgt:
C = ∈reff C0 - C0 = C0(∈reff - 1).
Schritt ST807 berechnet zuerst die Kapazität C0 und die
charakteristische Impedanz Z0 einer Einheitslänge des blanken
Parallelkabels in Luft nach den Formeln. Schritt ST807 ver
wendet die berechnete charakteristische Impedanz Z0 und die
aus der Kabelbibliothek 200 ausgelesene charakteristische
Impedanz Z und berechnet die effektive dielektrische Kon
stante ∈reff einer Isolierung des Parallelkabels. Daraufhin
verwendet Schritt ST807 die effektive dielektrische Konstante
∈reff und die Kapazität C0 und berechnet die Kapazität einer
Einheitslänge des Parallelkabels.
Falls das Kabel nicht-kreisförmige Leiter aufweist, sind
die oben genannten Formeln nicht anwendbar. In diesem Fall
werden zweidimensionale Analysen eingesetzt, um die Indukti
vität L0 und die Kapazität C0 einer Einheitslänge des blanken
Kabels in Luft zu finden. Dann kann die Kapazität C einer
Einheitslänge des Kabels, dessen Leiter mit einer Isolierung
bedeckt sind, wie oben erwähnt berechnet werden.
Auf diese Weise stellt Schritt ST807 die Kapazität einer
Einheitslänge des Parallelkabels zur Verfügung. Schritt ST808
bestimmt die Kapazität eines jeden in das nicht-parallele
Glied eingesetzten Kondensators. Dies wird durch Multiplizie
ren der Kapazität einer Einheitslänge des Parallelkabels mit
der Länge des nicht-parallelen Gliedes und Dividieren des
Produktes durch die Anzahl von einzusetzenden Kondensatoren
bewerkstelligt. Im Beispiel von Fig. 20 ist die Anzahl von
einzusetzenden Kondensatoren gleich 4.
Schließlich wird ein Modell für die Momentmethode er
stellt, wie in Fig. 20 gezeigt ist. Dieses Modell ist eine
Kettenschaltung, die aus metallischen Leitungen und Kondensa
toren besteht. Die Dicke einer jeden metallischen Leitung
entspricht dem Durchmesser eines jeden Leiters des Parallel
kabels.
Als nächstes wird das Ablaufdiagramm von Fig. 9 erläu
tert. Dieses Ablaufdiagramm zeigt die Einzelheiten des Model
lierungsalgorithmus für verseilte Kabel von Schritt ST712 der
Fig. 7.
Um ein nicht-paralleles Glied des verseilten Kabels zu
modellieren, untersucht Schritt ST901 die Länge des nicht-
parallelen Gliedes und die Verdrillungssteigungen des ver
seilten Kabels und ändert die Verdrillungssteigungen so, daß
die Leiter des Kabels für das nicht-parallele Glied "π × n"
Windungen aufweisen können. Falls das verseilte Kabel Ver
drillungssteigungen von 10 mm aufweist, bei denen das Kabel
einmal gewunden ist, und falls die Länge des nicht-parallelen
Gliedes 47 mm beträgt, ist das Kabel in dem Glied 4,7-mal
gewunden, falls keine Änderung an den Verdrillungssteigungen
durchgeführt wird. In diesem Fall stimmt keines der Enden des
nicht-parallelen Gliedes auf eine Schleife des Kabels zusam
men. Demzufolge werden die Verdrillungssteigungen des Kabels
um π × n geändert, so daß das Kabel in dem nicht-parallelen
Glied 4,5-mal gewunden ist, und jedes Ende des nicht-paralle
len Gliedes mit einer Schleife des Kabels zusammenstimmt.
Genauer gesagt, die Länge X des nicht-parallelen Gliedes
wird durch die Verdrillungssteigung ψ geteilt, um einen Quo
tienten "r" und einen Rest "R" zu ergeben. Falls 0 ≦ R ≦ 0,5
ist, wird die Steigung ψ zu "X/r" geändert, so daß das ver
seilte Kabel r-mal gewunden ist. Falls 0,5 < R < 1 ist, wird
die Verdrillungssteigung ψ zu "X/(r + 0,5)" geändert.
Falls die Verdrillungssteigungen Ψ nach einem festste
henden Algorithmus geändert werden, können die Verdrillungs
steigungen ψ eine Neigung zu einer kleineren oder größeren
Seite über die Gesamtlänge des Kabels erhalten. Um dies zu
vermeiden, können die Verdrillungssteigungen ψ abwechselnd
geändert werden. Falls die Verdrillungssteigungen ψ in einem
gegebenen nicht-parallelen Glied verringert werden, werden
sie im nächsten nicht-parallelen Glied erhöht, um Änderungen
in den Verdrillungssteigungen ψ für die Gesamtlänge des Ka
bels auszugleichen.
Wie in Fig. 21 gezeigt ist, werden die Verdrillungs
steigungen derart eingestellt, daß jedes Ende eines nicht-
parallelen Gliedes mit einer Schleife des verseilten Kabels
zusammenstimmt. Dies resultiert in einer Angleichung der Län
gen der Signalleiter des Kabels für das Senden und den Rück
lauf aneinander.
Schritt ST901 ändert die Verdrillungssteigungen, und
Schritt ST902 findet einen Torsionswinkel θ zwischen Norma
lenvektoren an entgegengesetzten Enden des nicht-parallelen
Gliedes. Wie in Fig. 18 gezeigt ist, wird der Torsionswinkel
θ zwischen einem Normalenvektor an einem Anfangspunkt (A, B)
und einer Normalen an einem Endpunkt (D, E) des nicht-paral
lelen Gliedes gefunden.
Schritt ST903 korrigiert einen in Schritt ST702 für je
des der m Segmente eingestellten Verdrillungswinkel gemäß der
Anzahl m von Segmenten, der Anzahl von Windungen für das in
Schritt ST901 geänderte nicht-parallele Glied, und dem in
Schritt ST902 gefundenen Torsionswinkel θ.
Diese Korrektur wird durchgeführt, um den Torsionswinkel
θzu neutralisieren. Falls die Anzahl m von Segmenten gleich
12 ist, ist ein Verdrillungswinkel für jeden Prüfpunkt an
jedem Segment 30 Grad (360/12 = 30). An jedem Prüfpunkt
wird die Position der Leiter des Kabels bestimmt. Ein Ver
drillen des verseilten Kabels um 30 Grad an jedem Prüfpunkt
kann den Torsionswinkel θ nicht neutralisieren.
Falls die in Schritt ST901 bestimmte Anzahl von Windun
gen 4,5 ist, beträgt die Gesamtanzahl von Prüfpunkten über
das nicht-parallele Glied 54 (4,5 × 12 = 54). Falls der Tor
sionswinkel θ 40 Grad beträgt, müssen die 54 Prüfpunkte den
Torsionswinkel von 40 Grad neutralisieren. Hierfür werden "40/54
= 0,74" Grad dem Verdrillungswinkel von 30 Grad hinzuad
diert bzw. von ihm abgezogen. Auf diese Weise wird der durch
die Segmenteanzahl m bestimmte Verdrillungswinkel korrigiert.
Im allgemeinen werden ein Torsionswinkel θ und ein Korrektur
winkel zu einem Verdrillungswinkel α folgendermaßen ausge
drückt:
(θ/360) × (α/2) = θα/720
Das Hinzuaddieren oder Subtrahieren des Korrekturwinkels
zum bzw. vom Verdrillungswinkel wird nach der Verdrillungs
richtung des verseilten Kabels und der Richtung des Torsions
winkels θ bestimmt. Falls das verseilte Kabel im Uhrzeiger
sinn in einer Vorwärtsrichtung gewunden ist und der Torsions
winkel θ im Uhrzeigersinn ist, wird die Addition durchge
führt, und falls der Torsionswinkel θ gegen den Uhrzeigersinn
ist, wird die Subtraktion durchgeführt. Falls das verseilte
Kabel gegen den Uhrzeigersinn in einer Vorwärtsrichtung
gewunden ist und der Torsionswinkel θ im Uhrzeigersinn ist,
wird die Subtraktion durchgeführt, und falls der Torsi
onswinkel θ gegen den Uhrzeigersinn ist, wird die Addition
durchgeführt.
Auf diese Weise korrigiert Schritt ST903 den durch die
Anzahl m von Segmenten bestimmten Verdrillungswinkel. Schritt
ST904 bestimmt Teilungspositionen an den Leitern des verseil
ten Kabels, an denen Kondensatoren eingesetzt werden, gemäß
den in Schritt ST901 geänderten Verdrillungssteigungen und
dem in Schritt ST903 korrigierten Verdrillungswinkel.
Genauer gesagt, Schritt ST904 verdrillt das verseilte
Kabel in Intervallen α, wobei nur ein erster Verdrillungswin
kel α/2 ist. Bei jeder Verdrillung bestimmt Schritt ST904 die
Koordinaten der Leiter gemäß dem Verdrillungswinkel und den
Verdrillungssteigungen. Positionen, an denen Kondensatoren
eingesetzt werden, werden gemäß der Darstellung von Fig. 22
bestimmt. Insbesondere werden Kondensatoren in Intervallen α
des Verdrillungswinkels eingesetzt, wobei nur ein erster Kon
densator an einer Position eingesetzt wird, die einem Ver
drillungswinkel von α/2 entspricht.
Schritt ST905 findet die Kapazität einer Einheitslänge
des verseilten Kabels nach der gleichen Technik wie für das
Parallelkabel. Zuerst werden die Kapazität C0 und die charak
teristische Impedanz Z0 einer Einheitslänge des verseilten
Kabels in Luft nach den Formeln berechnet. Die charakteristi
sche Impedanz Z0 und die aus der Kabelbibliothek 200 aufgeru
fene charakteristische Impedanz Z werden verwendet, um die
effektive dielektrische Konstante ∈reff einer für das ver
seilte Kabel verwendeten Isolierung zu berechnen. Die effek
tive dielektrische Konstante ∈reff und die Kapazität C0 wer
den verwendet, um die Kapazität einer Einheitslänge des ver
seilten Kabels zu berechnen.
Schritt ST906 bestimmt die Kapazität eines jeden in das
nicht-parallele Glied eingesetzten Kondensators. Insbesondere
multipliziert Schritt ST906 die in Schritt ST905 berechnete
Kapazität einer Einheitslänge des verseilten Kabels mit der
Länge des nicht-parallelen Gliedes und teilt das Produkt
durch die Anzahl von einzusetzenden Kondensatoren. Im Bei
spiel von Fig. 23 beträgt die Anzahl von Kondensatoren 12.
Auf diese Weise erzeugt der Modellierungsalgorithmus für
verseilte Kabel von Fig. 9 ein Modell des verseilten Kabels
gemäß der Darstellung von Fig. 22 für die Momentmethode. Das
Modell ist eine aus metallischen Leitungen und Kondensatoren
bestehende Kettenschaltung. Der Durchmesser der metallischen
Leitung entspricht dem Durchmesser eines Leiters des verseil
ten Kabels.
Wie obenstehend erläutert wurde, erzeugen die Schritte
der Fig. 8 und 9 ein Modell eines Parallelkabels oder eines
verseilten Kabels für die Momentmethode, wie in Fig. 23 ge
zeigt ist.
Bei der Anwendung der Momentmethode auf das Modell der
Fig. 23 werden die in Fig. 24A gezeigten Segmentalströme an
genommen. Ebenso angenommen werden die in Fig. 24B gezeigten
Verteilungen der Segmentalströme. Diese Ströme werden verwen
det, um den Kernwiderstand zu finden. Zu diesem Zeitpunkt
wird die Kapazität eines jeden Kondensators zu Eigenimpedanz-
Komponenten der Maschen hinzugezählt.
Es werden nun Nachprüfungen erläutert, die zum Verifi
zieren des Effekts der erfindungsgemäß erstellten Modelle von
Parallelkabeln und verseilten Kabeln durchgeführt wurden.
Fig. 25A zeigt eine für die Nachprüfungen verwendete An
ordnung. Ein Parallelkabel oder ein verseiltes Kabel wurde
mit einer Leiterplatte verbunden, und von der Leiterplatte
wurden Hochfrequenzsignale an das Kabel gelegt. Die Stärke
eines von dem Kabel abgestrahlten elektromagnetischen Feldes
wurde unter Verwendung eines gemäß der vorliegenden Erfindung
erstellten Modells des Kabels berechnet. Ein Ergebnis der
Berechnung wurde mit einem tatsächlich gemessenen Wert ver
glichen.
Fig. 25B zeigt ein für die Prüfungen verwendetes Paral
lelkabel. Das Kabel hatte eine Länge von 945 mm, und ein 180
Ω-Widerstand war an ein Ende des Kabels angeschlossen. Fig.
25C zeigt ein für die Prüfungen verwendetes verseiltes Kabel.
Das Kabel hatte eine Länge von 300 mm, und ein 120 Ω-Wider
stand war an ein Ende des Kabels angeschlossen. Weitere Daten
bezüglich der für die Prüfungen verwendeten Kabel sind in
Fig. 26 gezeigt.
Fig. 27A und 27B zeigen Prüfungsergebnisse für das Par
allelkabel, und Fig. 28A und 28B zeigen Prüfungsergebnisse
für das verseilte Kabel.
Das Parallelkabel wurde nach einem 10 m-Verfahren unter
sucht, das einen Beobachtungspunkt 10 m in Vorwärtsrichtung
und 2 m hoch ansetzte. Eine Signalfrequenz von 50 MHz wurde
für die Prüfung verwendet. Fig. 27A zeigt die Prüfungsergeb
nisse in einer vertikalen Richtung, und Fig. 27B zeigt die
Prüfungsergebnisse in einer horizontalen Richtung. Eine
durchgehende Linie zeigt errechnete Werte an, und Punkte zei
gen gemessene Werte an.
Das verseilte Kabel wurde nach einem 3 m-Verfahren un
tersucht, das einen Beobachtungspunkt 3 m in Vorwärtsrichtung
und 2 m hoch ansetzte. Eine Signalfrequenz von 50 MHz wurde
für die Prüfung verwendet. Fig. 28A zeigt das Prüfungs
ergebnis in einer vertikalen Richtung, und Fig. 28B zeigt das
Prüfungsergebnis in einer horizontalen Richtung. Eine durch
gehende Linie zeigt errechnete Werte an, und Punkte stehen
für gemessene Werte.
Diese Prüfungsergebnisse zeigen, daß die durch die vor
liegende Erfindung errechneten Werte gut mit den gemessenen
Werten übereinstimmen und den Effekt der vorliegenden Erfin
dung bestätigen.
Die oben genannte Ausführungsform modelliert ein ver
seiltes Kabel, indem sie dessen Verdrillungssteigungen so
ändert, daß jeder vom Anwender spezifizierte Streckenpunkt
mit einer Schleife des verseilten Kabels zusammenstimmen
kann. Anstatt die Verdrillungssteigungen zu ändern, ist es
möglich, die Streckenpunkte selbst so zu ändern, daß jeder
Streckenpunkt mit einer Schleife des verseilten Kabels zu
sammenstimmt. In diesem Fall wird, anstatt die Streckenpunkte
automatisch einzustellen, dem Anwender die Notwendigkeit
einer Einstellung der Streckenpunkte vorausgehend mitgeteilt,
und die Einstellung wird nur dann durchgeführt, wenn sie vom
Anwender akzeptiert wird.
Wie obenstehend erläutert wurde, stellt die vorliegende
Erfindung eine Vorrichtung zum Berechnen der Stärke eines von
einem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen
Feldes gemäß der Momentmethode zur Verfügung. Die Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung ermöglicht die freie Anordnung von
zweidrähtigen Kabeln in dem elektrischen Gerät, so daß der
Anwender die Stärke eines nicht nur von einer tatsächlichen
Anordnung des Kabels, sondern auch von weiteren Anordnungen
davon abgestrahlten elektromagnetischen Feldes erfahren kann,
um die Auswirkung jeder Anordnung zu sehen.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung modelliert
jedes in einem elektrischen Gerät angeordnete parallele und
verseilte Kabel in eine aus metallischen Leitungen und Kon
densatoren bestehende Kettenschaltung, infolgedessen die
Stärke eines von dem elektrischen Gerät abgestrahlten elek
tromagnetischen Feldes präzise berechnet wird.
Claims (13)
1. Vorrichtung zum Berechnen der Stärke eines von
einem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen
Feldes nach einer Momentmethode, welche aufweist:
eine Einstelleinrichtung zum interaktiven Einstel len der Benennung eines in dem elektrischen Gerät angeord neten zweidrähtigen Kabels und der Koordinaten des zweidräh tigen Kabels an einem Kabeleintritt, einem Kabelaustritt und Streckenpunkten in dem elektrischen Gerät, wobei die Streckenpunkte erstellt werden, wie und wenn dies zum Biegen des Kabels zwischen dem Kabeleintritt und dem Kabelaustritt erforderlich ist;
Bibliothekseinrichtungen, die jeweiligen Kabelbenennun gen entsprechen und jedes der Attribute eines entsprechenden Kabels einschließlich zumindest der Benennung, des Typs, der charakteristischen Impedanz und der Strukturdaten des Kabels speichern;
eine Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Modells des zweidrähtigen Kabels für die Momentmethode gemäß den At tributen des zweidrähtigen Kabels, die aus einer unter den Bibliothekseinrichtungen ausgelesen werden, welche durch die von der Einstelleinrichtung eingestellte Benennung des zwei drähtigen Kabels spezifiziert ist, sowie durch die von der Einstelleinrichtung eingestellten Koordinaten des Kabels am Kabeleintritt, am Kabelaustritt und an Streckenpunkten; und
eine Recheneinrichtung zum Berechnen der Stärke eines von dem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes gemäß dem Modell und der Momentmethode.
eine Einstelleinrichtung zum interaktiven Einstel len der Benennung eines in dem elektrischen Gerät angeord neten zweidrähtigen Kabels und der Koordinaten des zweidräh tigen Kabels an einem Kabeleintritt, einem Kabelaustritt und Streckenpunkten in dem elektrischen Gerät, wobei die Streckenpunkte erstellt werden, wie und wenn dies zum Biegen des Kabels zwischen dem Kabeleintritt und dem Kabelaustritt erforderlich ist;
Bibliothekseinrichtungen, die jeweiligen Kabelbenennun gen entsprechen und jedes der Attribute eines entsprechenden Kabels einschließlich zumindest der Benennung, des Typs, der charakteristischen Impedanz und der Strukturdaten des Kabels speichern;
eine Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Modells des zweidrähtigen Kabels für die Momentmethode gemäß den At tributen des zweidrähtigen Kabels, die aus einer unter den Bibliothekseinrichtungen ausgelesen werden, welche durch die von der Einstelleinrichtung eingestellte Benennung des zwei drähtigen Kabels spezifiziert ist, sowie durch die von der Einstelleinrichtung eingestellten Koordinaten des Kabels am Kabeleintritt, am Kabelaustritt und an Streckenpunkten; und
eine Recheneinrichtung zum Berechnen der Stärke eines von dem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes gemäß dem Modell und der Momentmethode.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der die Erzeu
gungseinrichtung ein Momentmethoden-Modell mit Leitungen und
Kondensatoren erzeugt, und die Leitungen in Abschnitte aufge
teilt sind, die jeweils in Segmente geteilt sind, um Kern
leiter des zweidrähtigen Kabels anzunähern, und die Kondensa
toren zwischen den Segmenten angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, in der die Erzeu
gungseinrichtung Formeln anwendet, um die Induktivität und
Kapazität einer Einheitslänge der Kernleiter des zweidrähti
gen Kabels zu finden, unter der Voraussetzung, daß die Leiter
blank in Luft vorliegen, um die charakteristische Impedanz
des zweidrähtigen Kabels in Luft gemäß der gefundenen Induk
tivität und Kapazität zu berechnen, und um die Kapazität der
Einheitslänge des zweidrähtigen Kabels gemäß der berechneten
charakteristischen Impedanz und derjenigen charakteristischen
Impedanz zu finden, die in den Attributen des zweidrähtigen
Kabels enthalten ist, und die Kapazität jedes der Kondensato
ren bestimmt, um das Modell gemäß der gefundenen Kapazität
der Einheitslänge des zweidrähtigen Kabels und der Anzahl der
Leitungen zu bilden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der, falls es sich
bei dem zweidrähtigen Kabel um ein verseiltes Kabel handelt,
die Erzeugungseinrichtung Verdrillungssteigungen des verseil
ten Kabels ändert, so daß jeder der Streckenpunkte zum Ändern
der Richtung des verseilten Kabels auf eine Schleife des ver
seilten Kabels trifft, Leiterpositionen in jedem Abschnitt
des verseilten Kabels, in welchem die Richtung Richtung des
verseilten Kabels unverändert ist, gemäß den geänderten Ver
drillungssteigungen und spezifizierten Verdrillungswinkeln
plottet, und den geplotteten Leiterpositionen mit Leitungen
folgt bzw. sie verbindet, um ein Momentmethoden-Modell eines
jeden Abschnitts des verseilten Kabels zu erzeugen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der, falls es sich
bei dem zweidrähtigen Kabel um ein verseiltes Kabel handelt:
die Einstelleinrichtung die Position eines jeden Streckenpunktes um diesen einstellt, so daß der Streckenpunkt auf eine Schleife des verseilten Kabels trifft; und
die Erzeugungseinrichtung in jedem Abschnitt des ver seilten Kabels, über den die Richtung des verseilten Kabels unverändert ist, Kernleiterpositionen gemäß Verdrillungsstei gungen des verseilten Kabels und spezifizierten Verdrillungs winkeln plottet, und den geplotteten Kernleiterpositionen mit Leitungen folgt, um eine Momentmethoden-Modell eines jeden Abschnitts des verseilten Kabels zu erzeugen.
die Einstelleinrichtung die Position eines jeden Streckenpunktes um diesen einstellt, so daß der Streckenpunkt auf eine Schleife des verseilten Kabels trifft; und
die Erzeugungseinrichtung in jedem Abschnitt des ver seilten Kabels, über den die Richtung des verseilten Kabels unverändert ist, Kernleiterpositionen gemäß Verdrillungsstei gungen des verseilten Kabels und spezifizierten Verdrillungs winkeln plottet, und den geplotteten Kernleiterpositionen mit Leitungen folgt, um eine Momentmethoden-Modell eines jeden Abschnitts des verseilten Kabels zu erzeugen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, in der, falls irgend
ein Abschnitt des verseilten Kabels zwischen dem Anfang und
Ende des Abschnitts Verdrehung aufweist, die Erzeugungs
einrichtung die Verdrillungswinkel korrigiert, um die Ver
drehung zu absorbieren, und ein Momentmethoden-Modell des
Abschnitts gemäß den korrigierten Verdrillungswinkeln er
zeugt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, in der:
die Erzeugungseinrichtung das Modell mittels Leitungen, welche die Kernleiter des verseilten Kabels annähern, und zwischen den Leitungen angeordneten Kondensatoren erzeugt; und
die Kondensatoren gemäß den korrigierten Verdrillungs winkeln angeordnet sind.
die Erzeugungseinrichtung das Modell mittels Leitungen, welche die Kernleiter des verseilten Kabels annähern, und zwischen den Leitungen angeordneten Kondensatoren erzeugt; und
die Kondensatoren gemäß den korrigierten Verdrillungs winkeln angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, in der die Erzeu
gungseinrichtung die Verdrillungssteigungen des verseilten
Kabels derart ändert, daß Änderungen, die die Verdrillungs
steigungen verkürzen, und Änderungen, die die Verdrillungs
steigungen verlängern, ausgeglichen werden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der, falls es sich
bei dem zweidrähtigen Kabel um ein Parallelkabel handelt, die
Erzeugungseinrichtung jeden Abschnitt des Parallelkabels,
über den die Richtung des Parallelkabels unverändert ist, in
Segmente mit einer spezifizierten oder kürzeren Länge auf
teilt, Kernleiterpositionen des Parallelkabels in den Seg
menten plottet, und den geplotteten Leiterpositionen mit Lei
tungen folgt, um ein Modell eines jeden Abschnitts des Paral
lelkabels für die Momentmethode zu erzeugen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, in der, falls irgend
ein Abschnitt des Parallelkabels eine Verdrehung zwischen dem
Anfang und Ende des Abschnitts beinhaltet, die Erzeu
gungseinrichtung Kernleiterpositionen des Parallelkabels in
den Segmenten des Abschnitts unter Berücksichtigung der Ver
drehung plottet und den geplotteten Kernleiterpositionen mit
Leitungen folgt, um ein Modell des Abschnitts des Parallel
kabels zu erzeugen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, in der, falls irgend
ein Abschnitt des Parallelkabels eine Verdrehung zwischen dem
Anfang und Ende des Abschnitts beinhaltet, die Erzeugungs
einrichtung eine Lagebeziehung zwischen dem Anfang und Ende
des Abschnitts bestimmt, so daß eine Verdrehung beim Erzeugen
von Modellen der Abschnitte des Parallelkabels nicht
akkumuliert wird.
12. Verfahren zum Berechnen der Stärke eines von einem
elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes
gemäß einer Momentmethode, welches die Schritte aufweist:
Speichern, in jeweiligen Kabelbenennungen entsprechen den Bibliothekseinrichtungen, der Attribute eines entspre chenden Kabels, einschließlich zumindest der Benennung, des Typs, der charakteristischen Impedanz und der Strukturdaten des Kabels;
interaktives Einstellen der Benennung eines in dem elektrischen Gerät angeordneten zweidrähtigen Kabels und der Koordinaten des zweidrähtigen Kabels an einem Kabeleintritt, einem Kabelaustritt und Streckenpunkten in dem elektrischen Gerät, wobei die Streckenpunkte erstellt werden, wie und wenn dies zum Biegen des Kabels zwischen dem Kabeleintritt und dem Kabelaustritt erforderlich ist;
Erzeugen eines Modells des zweidrähtigen Kabels für die Momentmethode gemäß den Attributen des zweidrähtigen Kabels, welche aus Bibliothekseinrichtung ausgelesen werden, die einer eingestellten Benennung des zweidrähtigen Kabels ent spricht, sowie den eingestellten Koordinaten des Kabels am Kabeleintritt und am Kabelaustritt und an Streckenpunkten; und
Berechnen der Stärke eines von dem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes gemäß dem Modell und der Momentmethode.
Speichern, in jeweiligen Kabelbenennungen entsprechen den Bibliothekseinrichtungen, der Attribute eines entspre chenden Kabels, einschließlich zumindest der Benennung, des Typs, der charakteristischen Impedanz und der Strukturdaten des Kabels;
interaktives Einstellen der Benennung eines in dem elektrischen Gerät angeordneten zweidrähtigen Kabels und der Koordinaten des zweidrähtigen Kabels an einem Kabeleintritt, einem Kabelaustritt und Streckenpunkten in dem elektrischen Gerät, wobei die Streckenpunkte erstellt werden, wie und wenn dies zum Biegen des Kabels zwischen dem Kabeleintritt und dem Kabelaustritt erforderlich ist;
Erzeugen eines Modells des zweidrähtigen Kabels für die Momentmethode gemäß den Attributen des zweidrähtigen Kabels, welche aus Bibliothekseinrichtung ausgelesen werden, die einer eingestellten Benennung des zweidrähtigen Kabels ent spricht, sowie den eingestellten Koordinaten des Kabels am Kabeleintritt und am Kabelaustritt und an Streckenpunkten; und
Berechnen der Stärke eines von dem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes gemäß dem Modell und der Momentmethode.
13. Speichermedium zum Speichern eines von einem Computer
lesbaren Programms zum Berechnen der Stärke eines von
einem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen
Feldes gemäß einer Momentmethode, wobei das Programm einen
Computer zum Ausführen der folgenden Schritte veranlaßt:
Speichern, in jeder der Bibliothekseinrichtungen, die jeweiligen Kabelbenennungen entsprechen, der Attribute eines entsprechenden Kabels einschließlich zumindest der Benennung, des Typs, der charakteristischen Impedanz und der Strukturdaten des Kabels;
interaktives Einstellen der Benennung eines in dem elektrischen Gerät angeordneten zweidrähtigen Kabels und der Koordinaten des zweidrähtigen Kabels an einem Kabeleintritt, einem Kabelaustritt und Streckenpunkten in dem elektrischen Gerät, wobei die Streckenpunkte erstellt werden, wie und wenn dies zum Biegen des Kabels zwischen dem Kabeleintritt und dem Kabelaustritt erforderlich ist;
Erzeugen eines Modells des zweidrähtigen Kabels für die Momentmethode gemäß den Attributen, welche aus einer Biblio thekseinrichtung ausgelesen werden, die der eingestellten Benennung des zweidrähtigen Kabels entspricht, und den einge stellten Koordinaten des Kabels am Kabeleintritt, am Kabel austritt und an Streckenpunkten; und
Berechnen der Stärke eines von dem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes gemäß dem Modell und der Momentmethode.
Speichern, in jeder der Bibliothekseinrichtungen, die jeweiligen Kabelbenennungen entsprechen, der Attribute eines entsprechenden Kabels einschließlich zumindest der Benennung, des Typs, der charakteristischen Impedanz und der Strukturdaten des Kabels;
interaktives Einstellen der Benennung eines in dem elektrischen Gerät angeordneten zweidrähtigen Kabels und der Koordinaten des zweidrähtigen Kabels an einem Kabeleintritt, einem Kabelaustritt und Streckenpunkten in dem elektrischen Gerät, wobei die Streckenpunkte erstellt werden, wie und wenn dies zum Biegen des Kabels zwischen dem Kabeleintritt und dem Kabelaustritt erforderlich ist;
Erzeugen eines Modells des zweidrähtigen Kabels für die Momentmethode gemäß den Attributen, welche aus einer Biblio thekseinrichtung ausgelesen werden, die der eingestellten Benennung des zweidrähtigen Kabels entspricht, und den einge stellten Koordinaten des Kabels am Kabeleintritt, am Kabel austritt und an Streckenpunkten; und
Berechnen der Stärke eines von dem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes gemäß dem Modell und der Momentmethode.
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