DE19816097B4

DE19816097B4 - Verfahren, Vorrichtung und Programmspeichermedium zum Berechnen der Stärke eines elektromagnetischen Feldes

Info

Publication number: DE19816097B4
Application number: DE19816097A
Authority: DE
Inventors: Yoshirou Kawasaki Tanaka; Shinichi Kawasaki Ohtsu; Makoto Kawasaki Mukai
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-08-12
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2018-04-10
Also published as: US6285957B1; DE19816097A1; JPH1164412A; JP3405905B2

Abstract

Vorrichtung zum Berechnen der Stärke eines von einem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes nach einer Momentmethode, welche aufweist:
eine Einstelleinrichtung 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;
Bibliothekseinrichtungen, die jeweiligen Kabelbenennungen 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 Attributen des zweidrähtigen Kabels, die aus einer unter den Bibliothekseinrichtungen ausgelesen werden, welche durch die von der Einstelleinrichtung eingestellte Benennung des zweidrähtigen Kabels spezifiziert ist, sowie durch die von der Einstelleinrichtung eingestellten Koordinaten des Kabels...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Umfeld der Erfindung
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 oberhalb bestimmter Niveaus verbieten.
Um die Auflagen zu erfüllen, sind zahlreiche Abschirm- und Filtertechniken entwickelt worden. Diese Techniken erfordern eine Technik für die quantitative Bewertung ihrer Wirksamkeit.
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 fehlerfreies Modell eines elektrischen Zielobjekt-Gerätes.

2. Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik

Die Stärke eines von einem Objekt abgestrahlten elektromagnetischen 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 elektrischen und magnetischen Ströme können durch Lösen der Maxwellschen elektromagnetischen Gleichungen unter vorgebenen Randbedingungen berechnet werden.

Die Momentmethode basiert auf mehreren Integralgleichungen, die von den Maxwellschen elektromagnetischen Gleichungen abgeleitet sind. Die Momentmethode teilt ein Objekt in kleine Elemente auf und berechnet durch diese hindurchfließende elektrische und magnetische Ströme. Die Momentmethode ist auf dreidimensionale Objekte mit beliebigen Formgebungen 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 Wellenursprünge werden in die simultanen Gleichungen der Momentmethode 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 findet den Kernwiderstand Zij der Maschen. Lineare Gleichungen der Momentmethode drücken den Kernwiderstand Zij, die Wellenursprünge 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 elektromagnetischen Feldes berechnet.

Falls die Maschen Widerstände, Kondensatoren und Reaktanzelemente beinhalten, werden diese zu Eigenimpedanz-Komponenten 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 verbindenden Punkten gebogen und verdrillt und strahlen starke elektromagnetische Felder ab.

Der Stand der Technik, der Kabel jeweils als ortsfeste Teile behandelt, ist nicht in der Lage, von diesen abgestrahlte 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.

Vorrichtungen und Verfahren zum Berechnen der elektromagnetischen Feldstärke sind ferner aus der DE 19616 772 A , der EP 0 778 533 A2 und der US 5,650,935 bekannt. Zum technologischen Hintergrund der Erfindung gehört ferner SATTLER, F. GONSCHOREK, K:-H.: "Measurement and Computation of Cable Coupling in Arbitrary Environment" in: IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility. Symposium Record. New York: IEEE 1994. ISBN: 0-7803-1398-4.

Die Vorgehensweisen des Standes der Technik verfügen jedoch über keine standardisierten Theorien für das Modellieren 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.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die präzise Berechnung der Stärke eines von einem elektrischen Gerät, insbesondere in dem elektrischen Gerät verlegten zweidrähtigen Kabeln, abgestrahlten elektromagnetischen Feldes nach der Momentmethode mittels anwenderfreundlicher Vorgänge zur Verfügung zu stellen. 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 Erfindung 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 Kabelbenennungen entsprechen und jedes der Attribute eines entsprechenden 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 Einstelleinheit eingestellten Benennung des zweidrähtigen Kabels entspricht, sowie gemäß den von der Einstelleinheit eingestellten Koordinaten des Kabels am Kabeleintritt, am Kabelaustritt und an Streckenpunkten; und eine Recheneinheit zum Berechnen der Stärke eines von dem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes gemäß dem Modell und der Momentmethode.

Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Berechnen der Stärke eines von einem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes gemäß einer Momentmethode zur Verfügung. Das Verfahren weist die Schritte auf: Speichern der Attribute eines entsprechenden Kabels, einschließlich zumindest der Benennung, des Typs, der charakteristischen Impedanz und der Strukturdaten des Kabels in jeweiligen Kabelbenennungen entsprechenden Bibliotheken; 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 über die eingestellte Benennung des zweidrähtigen Kabels aus einer der Bibliotheken aufgerufenen Attributen des zweidrähtigen Kabels sowie den eingestellten Koordinaten des Kabels am Kabeleintritt, am Kabelaustritt und an Streckenpunkten; und Berechnen der Stärke eines von dem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes gemäß dem Modell und der Momentmethode.

Die vorliegende Erfindung stellt des weiteren ein Medium zum Speichern eines Programms zur Verfügung, das einen Computer 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 elektrischen Gerätes. Die vorliegende Erfindung ist in der Lage, zweidrähtige Kabeln in dem elektrischen Gerät nicht nur in einer tatsächlichen Anordnung, sondern auch in unterschiedlichen 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 elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes präzise zu berechnen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die oben genannten Aufgaben und Merkmale sowie weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der Lektüre der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, worin:
1 eine prinzipielle Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Ablaufdiagramm ist, das Verarbeitungsschritte gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
3A eine Tabelle ist, die die Struktur einer Kabeldatenbibliothek zeigt;
3B eine Schnittansicht von zwei Leitern eines Kabels ist;
3C eine Verdrillungssteigung eines verseilten Kabels zeigt;
4 bis 9 Ablaufdiagramme sind, die Verarbeitungsschritte gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
10A und 10B eine Anordnung eines Kabels erläutern;
11 und 12 Anzeigebildschirme gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
13, 14A und 14B Glieddaten erläutern;
15 Normalenvektoren erläutert;
16 Glieddaten an einem Parallelkabel erläutert;
17 Glieddaten an einem verseilten Kabel erläutert;
18 einen Torsionswinkel zwischen Normalenvektoren erläutert;
19 eine Beziehung zwischen dem Anfang und dem Ende eines Gliedes erläutert;
20 Rondensator-Einsetzpositionen an einem Modell eines Parallelkabels zeigt;
21 einen Vorgang zum Ändern der Verdrillungssteigungen eines verseilten Kabels erläutert;
22 Kondensator-Einsetzpositionen an einem Modell eines verseilten Kabels zeigt;
23 ein Modell eines Parallelkabels für die Momentmethode erläutert;
24A und 24B Segmentalströme erläutern;
25A, 25B, 25C und 26 Nachprüfungen erläutern; und
27A, 27B, 28A und 28B Ergebnisse der Nachprüfungen zeigen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine grundlegende Struktur einer Vorrichtung zum Berechnen des von einem elektrischen Gerät abgestrahlten 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, Bibliotheken 11, eine Einstelleinheit 12, eine Modellerzeugungseinheit 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 zweidrähtiges Parallelkabel oder verseiltes Kabel. Dementsprechend erhält die Eingabeeinheit 10 Strukturdaten wie etwa die Benennung, den Typ (parallel oder verseilt), die charakteristische 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 Kabelbenennungen erstellt. Jede der Bibliotheken 11 speichert die Attribute 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 Streckenpunkte 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 können über die Eingabeeinheit 10 oder unmittelbar durch einen interaktiven Vorgang zur Verfügung gestellt werden.
Die Modellerzeugungseinheit 13 erzeugt ein Momentmethoden-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 Einstelleinheit 12 eingestellten Koordinaten des Kabels am Kabeleintritt, 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 gespeichert 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 verwirklichen.
Wenn die Eingabeeinheit 10 Strukturdaten für ein elektrisches Gerät erhält, gibt die Einstelleinheit 12 interaktiv Streckenpunkte für den Verlauf eines zweidrähtigen Zielobjekt-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 Verdrillungssteigungen und spezifizierten Verdrillungswinkeln. Der Generator 14 folgt den Kernleiterpositionen mit Leitungen für jeden Abschnitt des Kabels, über den die Richtung des Kabels 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 Verdrillungswinkel 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 Verdrillungssteigungen 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 unverändert ist, in Segmente mit einer spezifizierten bzw. kürzeren Länge, plottet Leiterpositionen des Kabels an den Segmenten, 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 Verdrehung 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 Kapazität 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 Momentmethode an, um die Stärke eines von einem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes zu berechnen. Die Vorrichtung 1 gestattet die freie Anordnung von in dem elektrischen Gerät installierten zweidrähtigen Kabeln. Die Vorrichtung 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 modellieren, 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 Erfindung erläutert.
2 ist ein Ablaufdiagramm, das Verarbeitungsschritte der Ausführungsform zeigt, die von der Vorrichtung 1 zum Berechnen der Stärke eines elektromagnetischen Feldes durchgeführt werden. Das Ablaufdiagramm umfaßt eine Eingabedaten-Datei 100 zum Speichern von Strukturdaten für ein zu analysierendes elektrisches Gerät, eine Kabelbibliothek 200 zum Speichern von Attributen von in dem elektrischen Gerät enthaltenen 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 Servereinheit gespeichert, von der aus das Programm in die Vorrichtung 1 installiert und in einem Speicher davon durchgeführt wird.
Die Vorrichtung 1 weist eine (hier nicht gezeigte) Endstelleneinheit 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 Leiterdurchmesser, den Leiter/Leiter-Abstand und Verdrillungssteigungen eines jeden in dem elektrischen Gerät enthaltenen zweidrähtigen Kabels. Falls die Strukturdaten nicht aus der Eingabedaten-Datei 100 ausgelesen werden, werden sie stattdessen von einem Anwender durch einen interaktiven Arbeitsschritt in Schritt ST202 direkt eingegeben.
Schritt ST202 verwendet die Kabelbenennung als Schlüssel, 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 elektrische Gerät in Maschen auf und bildet ein Modell des elektrischen Gerätes für die Momentmethode.
Schritt ST204 wählt eine noch nicht verarbeitete elektromagnetische Feldfrequenz. Schritt ST205 bestimmt, ob alle Frequenzen gewählt wurden. Falls alle Frequenzen gewählt wurden, 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 Beobachtungspunkte 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 Strömen Ii verursachten elektromagnetischen Feldes an dem Beobachtungspunkt. Ein Ergebnis der Berechnung wird in der Ausgabedaten-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 elektromagnetischen Feldes gemäß der Momentmethode.
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, beinhalten die Attribute auch einen in 3B gezeigten Leiterdurchmesser 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 Leiterdurchmesser d und Leiter/Leiter-Abstand δ eine Verdrillungssteigung ψ (positiv falls im Uhrzeigersinn, negativ falls gegen den Uhrzeigersinn), die in 3C gezeigt ist. Die Verdrillungssteigung ψ ist eine Länge, innerhalb derer das verseilte Kabel eine Windung vollführt. In 3B stehen die Bezugszeichen A und B für die Mittelpunkte von zwei Leitern des Kabels.
4 bis 6 sind Ablaufdiagramme, die Einzelheiten des Vorgangs zur Bestimmung der Kabelanordnung von Schritt ST202 der 2 zeigen, und 7 bis 9 sind Ablaufdiagramme, die Einzelheiten des Kabelmodellierungsvorgangs von Schritt ST203 der 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 4 wird zu Beginn des Schrittes ST202 von 2 durchgeführt.
Schritt ST401 von 4 stellt interaktiv die Koordinaten des Kabels an einem Kabeleintritt ein. Schritt ST402 stellt interaktiv die Koordinaten des Kabels an einem Kabelaustritt 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 Kabelbibliothek 200 eingetragene Benennung des Kabels ein, wodurch das zu verwendende Kabel bestimmt wird. Schritt ST405 bestimmt, ob eine Aufforderung zum Einstellen des nächsten Kabels vorliegt. Falls dies der Fall ist, kehrt der Ablauf zu Schritt ST401 zurück, und falls nicht, endet der Kabelanordnungsvorgang.
Die Koordinaten des Kabels am Kabeleintritt und Kabelaustritt 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 eingestellt.
Auf diese Weise ordnet die Vorrichtung 1 im Kabelanordnungsvorgang dasjenige Kabel in dem elektrischen Gerät, welches das zu analysierende Objekt darstellt, interaktiv an, wie in 10A gezeigt ist. Das Kabel von 10A weist tatsächlich eine Dicke auf, wie sie in 10B gezeigt ist. Die Bezugszeichen A und B entsprechen Positionen der Leiter des Kabels am Kabeleintritt, und C und D denjenigen am Kabelaustritt. Die Bezugszeichen E, F, C und H sind Streckenpunkte.
In 10A ist eine kontinuierliche Linie zwischen benachbarten Streckenpunkten ein "Glied". Die Glieder verlaufen entlang einer Kabelachse, die durch die Mitte zwischen den beiden Leitern des Kabels verläuft. Jedes Glied hat einen kabeleintrittsseitigen Anfangspunkt und einen kabelaustrittsseitigen Endpunkt.
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 dreidimensionalen 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 dreidimensionale Ansicht auf. Der Bildschirm von 11 wird zum Einstellen der Koordinaten eines Kabels an einem Kabeleintritt und an einem Kabelaustritt in einem elektrischen Gerät verwendet, und der Bildschirm von 12 wird zum Einstellen der Koordinaten von Streckenpunkten wie E, F, G und H verwendet.
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 Positionen 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 negativen Seite einer Normalen, die am Streckenpunkt orthogonal zu einem entsprechenden Glied kreuzt. Jede dieser Leiterpositionen wird entgegengesetzt um den halben Leiter/Leiter-Abstand vom Streckenpunkt beabstandet eingestellt.
13 zeigt beispielsweise Leiterpositionen A und B für einen Streckenpunkt C sowie Leiterpositionen D und E für einen Streckenpunkt F.
Das Kabel von 13 ist in Glieder a, b, c und dergleichen unterteilt. 14A zeigt ein Beispiel für Glieddaten. Die Glieddaten bestehen aus Anfangspunktdaten und Endpunktdaten. 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 beabstandeten Punktes, und eine Koordinate eines auf der negativen 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 halben 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 15 ein Einheitsvektor l →1 des Gliedes a und ein Einheitsvektor l →2 des Gliedes b ein Vektorprodukt l →1 × l →2 zum Bestimmen eines Vektors n →1, der die positive Richtung der Normalen anzeigt.
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 kreuzenden 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 Anfangspunkt 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 beinhalten die Glieddaten für das Glied b die Koordinaten der Positionen 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 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 zweidrähtiges 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, verwendet 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 ST504 bestimmt gemäß den Koordinaten der Positionen der Leiter des Kabels am Kabeleintritt und am Kabelaustritt, ob der ausgelesene Leiter/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 übereinstimmen, berechnet Schritt ST506 die Koordinaten eines Mittelpunktes zwischen den beiden Leiterpositionen sowohl am Kabeleintritt als auch am Kabelaustritt. In 10A berechnet Schritt ST506 die Koordinaten des Mittelpunktes X zwischen 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 zwischen 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 Kabelanordnungsvorgang eingestellten Koordinaten des Kabels am Kabeleintritt und am Kabelaustritt und die in Schritt ST506 eingestellten Koordinaten der Mittelpunkte als Glieddaten für das Zielobjekt-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 6 sucht ausgehend vom jetzigen Glied nach einem Glied mit einem anderen Richtungsvektor als demjenigen des jetzigen Gliedes und findet einen zu dem gesuchten Glied in Beziehung stehenden Normalenvektor.
Wie unter Bezugnahme auf die 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 kreuzenden Normalen um den halben Leiter/Leiter-Abstand beabstandet. Ein Normalenvektor wird, wie in 15 bezeigt ist, als das äußere Produkt eines Richtungsvektors l →i eines Gliedes i und eines unterschiedlichen Richtungsvektors l →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 befinden. Falls kein dazwischenliegendes Glied vorhanden ist, erzeugt Schritt ST514 den Normalenvektor und erstellt Glieddaten für das jetzige Glied.
Genauer gesagt wird der Normalenvektor am Endpunkt des jetzigen Gliedes eingestellt, und die Koordinaten der Leiterpositionen, 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 gefunden. Falls es sich bei dem jetzigen Glied um das erste Glied handelt, werden die Koordinaten der Leiterpositionen am Kabeleintritt 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 Anfangspunkt 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 Streckenpunktes erhalten werden.
Eine detaillierte Erläuterung von Schritt ST514 erfolgt unter Bezugnahme auf 15. Es ist zu beachten, daß die Koordinaten jedes der Punkte A, B, C, F, I und L bereits bekannt sind.
Gemäß den Koordinaten der Punkte C, F und I werden der positive und der negative Normalenvektor n →1 bzw. –n →1, die durch den Punkt F und orthogonal zu einem Richtungsvektor l →1 des Gliedes a verlaufen, sowie ein Richtungsvektor l →2 des Gliedes b gefunden. Hier gilt n →1 = –(–n →1). Die Koordinaten eines Punktes D werden ausgehend von den Koordinaten des Punktes F, dem Normalenvektor n →1 und dem halben Leiter/Leiter-Abstand gefunden. Die Koordinaten eines Punktes E werden ausgehend von den Koordinaten des Punktes F, dem Normalenvektor –n →1 und dem halben Leiter/Leiter-Abstand gefunden. Dies vervollständigt die Glieddaten für das Glied a.
Gemäß den Koordinaten der Punkte F, I und L werden der positive und der negative Normalenvektor n →2 bzw. –n →2, die durch den Punkt I und orthogonal zum Richtungsvektor l →2 des Gliedes b verlaufen, sowie ein Richtungsvektor l →3 des Gliedes c gefunden. Hier gilt n →2 = –(–n →2). Die Koordinaten eines Punktes G werden ausgehend von den Koordinaten des Punktes I, dem Normalenvektor n →2 und dem halben Leiter/Leiter-Abstand gefunden. Die Koordinaten eines Punktes H werden gemäß den Koordinaten des Punktes I, dem Normalenvektor –n →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 gefunden.
Falls Schritt ST513 bestimmt, daß ein Glied (bzw. Glieder) 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 Anfangspunkt 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 Leiter/Leiter-Abstand vom Anfangs- und Endpunkt des Gliedes beabstandeten Punktes gefunden. Die Glieddaten für den Anfangspunkt des jetzigen Gliedes einschließlich der Koordinaten des Mittelpunktes werden durch Kopieren gemäß der obenstehenden Beschreibung erstellt.
Die Schritte ST513 und ST515 für ein Parallelkabel werden unter Bezugnahme auf 16 erläutert.
Falls die Glieder m und m+1 parallel zueinander sind, d.h. wenn sie auf der selben Geraden liegen, ist ein Richtungsvektor l →m des Gliedes m parallel zu einem Richtungsvektor l →(m+1) des Gliedes m+1. Es ist nicht möglich, Normalenvektoren n →mu und n →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 Normalenvektoren für das erreichte Glied gefunden und für die parallelen Glieder verwendet. Insbesondere werden die Norma 1envektoren n →(m+1)u und n →(m+1)d an einem Anfangspunkt des erreichten Gliedes gefunden. Da die Normalenvektoren n →(m–1)u und n →(m–1)d bekannt sind, werden die Vektoren n →mu und n →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 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 l →m des Gliedes m und ein Richtungsvektor l →(m+1) des Gliedes m+1 parallel zueinander. Es ist nicht möglich, Normalenvektoren n →mu und n →md an einem Streckenpunkt F zwischen den Gliedern m und m+1 zu bestimmen. Insbesondere ist es nicht möglich, die Koordinaten der mit dem Streckenpunkt F in Beziehung stehenden Punkte D und E zu finden. In diesem Fall werden, ähnlich wie beim Parallelkabel, Vektoren n →(m+1)u und n →(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 + L_m+1 der parallelen Glieder m und m+1 wird berechnet.
(2) Die Gesamtlänge wird durch eine Verdrillungssteigung ψ des verseilten Kabels als (Lm + L_m+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 Y wird so geändert, daß sie sich an eine tatsächliche Verdrillungssteigung annähert. Die Anzahl von Windungen wird als "r" oder "r ± 0,5" eingestellt. 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 Berechnen von Lm/ψ' verwendet, um die Anzahl von Windungen r' und einen Rest R' für den Punkt F zur Verfügung zu stellen.
(6) Der Rest R' erfüllt 0 ≤ R' < 1. Dies entspricht einem Verdrillungswinkel von 0 ≤ ϕ < 360 des verseilten Kabels im Hinblick auf n →(m-1)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 Endpunkt des vorhergehenden Gliedes, die Koordinaten der Leiterpositionen am Kabelaustritt und den in Schritt ST506 gefundenen Mittelpunkt, um Glieddaten für das letzte Glied zu erstellen. 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 Koordinaten 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 Endpunkt 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 Normalenvektoren gefunden. Die Glieddaten für den Endpunkt des letzten Gliedes werden durch Kopieren der Koordinaten der Leiterpositionen 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 Glieddaten für jedes der Glieder zu bestimmen, die das Kabel darstellen und den Kabeleintritt mit dem Kabelaustritt verbinden.
Das Parallelkabel bzw. das verseilte Kabel ist an jedem Streckenpunkt orthogonal zu einer Normalen des Kabels gebogen. Der Grund dafür ist es, die Länge des Kabels bzw. die Länge der Glieder sicherzustellen, und die Länge der Signalpfade in Sende- als auch Rücklaufrichtung sicherzustellen.
Wenn ein tatsächliches zweidrähtiges Kabel an einem Streckenpunkt gebogen wird, werden ein Leiter und seine Isolierung gelockert und die anderen gestrafft. Um ein sauberes Modell des Kabels für Simulationen zu erstellen, ist es bevorzugt, das Kabel orthogonal zu einer Normalen zu biegen, wie obenstehend erwähnt ist.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das die Details des Kabelmodellierungsvorgangs von Schritt ST203 der 2 zeigt. Schritt ST701 bestimmt eine Segmentlänge L für die Momentmethode wie folgt: L = (1/10) × (f/c)wobei f die maximale Frequenz der Analysefrequenzen des zu analysierenden elektromagnetischen Feldes und C die Lichtgeschwindigkeit ist.
Schritt ST702 bestimmt interaktiv die Anzahl von Segmenten 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 Segmentlänge L. Wenn das verseilte Kabel gemäß der Segmentlänge L in Maschen aufgeteilt wird, verschwinden Verdrillungen des Kabels. Dementsprechend wird jede Steigung des verseilten Kabels 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 Kabelbibliothek 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 verseiltes Kabel handelt.
Falls es sich bei dem Kabel um ein Parallelkabel handelt, 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 Normalenrichtung 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 auszuwählende nicht-parallele Glieder verblieben sind, wendet Schritt ST709 einen Modellierungsalgorithmus für Parallelkabel an, um ein Modell des gewählten nicht-parallelen Gliedes für die Momentmethode zu erzeugen. Daraufhin kehrt der Ablauf zu Schritt ST707 zurück, um das nächste nicht-parallele Glied des in Schritt ST704 gewählten Kabels zu modellieren.
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 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 ein nicht-paralleles Glied gewählt wurde, verwendet Schritt ST712 einen Modellierungsalgorithmus für verseilte Kabel, um ein Modell des gewählten nicht-parallelen Gliedes für die Momentmethode 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 8 und 9 erläutert. Das Ablaufdiagramm von 8 zeigt Einzelheiten des Modellierungsalgorithmus für Parallelkabel von Schritt ST709 der 7. Das Ablaufdiagramm von 9 zeigt Einzelheiten des Modellierungsalgorithmus für verseilte Kabel von Schritt ST712 der 7.
Es wird nun der Modellierungsalgorithmus für Parallelkabel von 8 erklärt.
Schritt ST801 teilt das nicht-parallele Glied durch die Segmentlänge L, um die Anzahl von Segmenten als M zu bestimmen, die geradzahlig sein muß. Falls der Quotient ungeradzahlig 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 verbessert.
Schritt ST802 findet einen Torsionswinkel θ zwischen Normalenvektoren an jedem Ende des nicht-parallelen Gliedes. Wie in 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 rechtsläufige 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 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 Torsionswinkels θ zur Verfügung zu stellen. Der Korrekturwinkel ϕ gibt einen Winkel zum Verdrillen jedes der M Segmente an.
Schritt ST806 bestimmt Teilungspositionen, an denen Kondensatoren 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 entsprechenden Leiters des Parallelkabels bestimmt. 20 zeigt Positionen, an denen Kondensatoren eingesetzt werden. Die Kondensatoren werden an Intervallen von X/M eingesetzt, wobei ein erster Kondensator um X/2M vom Anfangspunkt des nicht-parallelen Gliedes beabstandet angeordnet wird. Schwarze Punkte in 20 stehen für Leiterteilungspositionen.
Schritt ST807 berechnet die Kapazität einer Einheitslänge des Parallelkabels. Falls die Kapazität in der Kabelbibliothek 200 eingetragen ist, wird die eingetragene verwendet. 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)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), wobeiμ₀ die magnetische Feldkonstante und E₀ 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 charakteristische Impedanz Z ist ein aktueller Wert, der eine Isolierung um einen Leiter annimmt. Die effektive dielektrische Konstante ∈reff eines Isolators weist das folgende Verhältnis 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 Konstante ∈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 aufweisenden 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 verwendet die berechnete charakteristische Impedanz Z₀ und die aus der Kabelbibliothek 200 ausgelesene charakteristische Impedanz Z und berechnet die effektive dielektrische Konstante ∈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 Induktivität 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 Multiplizieren 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 20 ist die Anzahl von einzusetzenden Kondensatoren gleich 4.
Schließlich wird ein Modell für die Momentmethode erstellt, wie in 20 gezeigt ist. Dieses Modell ist eine Kettenschaltung, die aus metallischen Leitungen und Kondensatoren besteht. Die Dicke einer jeden metallischen Leitung entspricht dem Durchmesser eines jeden Leiters des Parallelkabels.
Als nächstes wird das Ablaufdiagramm von 9 erläutert. Dieses Ablaufdiagramm zeigt die Einzelheiten des Modellierungsalgorithmus für verseilte Kabel von Schritt ST712 der 7.
Um ein nicht-paralleles Glied des verseilten Kabels zu modellieren, untersucht Schritt ST901 die Länge des nicht-parallelen Gliedes und die Verdrillungssteigungen des verseilten 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 Verdrillungssteigungen 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 zusammen. 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-parallelen Gliedes mit einer Schleife des Kabels zuammenstimmt.
Genauer gesagt, die Länge X des nicht-parallelen Gliedes wird durch die Verdrillungssteigung ψ geteilt, um einen Quotienten "r" und einen Rest "R" zu ergeben. Falls 0 ≤ R ≤ 0,5 ist, wird die Steigung ψ zu "X/r" geändert, so daß das verseilte 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 feststehenden Algorithmus geändert werden, können die Verdrillungssteigungen 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 Kabels auszugleichen.
Wie in 21 gezeigt ist, werden die Verdrillungssteigungen derart eingestellt, daß jedes Ende eines nicht- parallelen Gliedes mit einer Schleife des verseilten Kabels zusammenstimmt. Dies resultiert in einer Angleichung der Längen der Signalleiter des Kabels für das Senden und den Rücklauf aneinander.
Schritt ST901 ändert die Verdrillungssteigungen, und Schritt ST902 findet einen Torsionswinkel θ zwischen Normalenvektoren an entgegengesetzten Enden des nicht-parallelen Gliedes. Wie in 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-parallelen Gliedes gefunden.
Schritt ST903 korrigiert einen in Schritt ST702 für jedes 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 θ zu 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 Verdrillen des verseilten Kabels um 30 Grad an jedem Prüfpunkt kann den Torsionswinkel θ nicht neutralisieren.
Falls die in Schritt ST901 bestimmte Anzahl von Windungen 4,5 ist, beträgt die Gesamtanzahl von Prüfpunkten über das nicht-parallele Glied 54 (4,5 × 12 = 54). Falls der Torsionswinkel 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 hinzuaddiert bzw. von ihm abgezogen. Auf diese Weise wird der durch die Segmenteanzahl m bestimmte Verdrillungswinkel korrigiert. Im allgemeinen werden ein Torsionswinkel θ und ein Korrekturwinkel zu einem Verdrillungswinkel α folgendermaßen ausgedrückt: (θ/360) × (α/2) = θα/720
Das Hinzuaddieren oder Subtrahieren des Korrekturwinkels zum bzw. vom Verdrillungswinkel wird nach der Verdrillungsrichtung des verseilten Kabels und der Richtung des Torsionswinkels θ bestimmt. Falls das verseilte Kabel im Uhrzeigersinn in einer Vorwärtsrichtung gewunden ist und der Torsionswinkel θ im Uhrzeigersinn ist, wird die Addition durchgeführt, 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 Torsionswinkel 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 verseilten 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 Verdrillungswinkel 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 22 bestimmt. Insbesondere werden Kondensatoren in Intervallen α des Verdrillungswinkels eingesetzt, wobei nur ein erster Kondensator an einer Position eingesetzt wird, die einem Verdrillungswinkel 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 charakteristische Impedanz Z₀ einer Einheitslänge des verseilten Kabels in Luft nach den Formeln berechnet. Die charakteristische Impedanz Z₀ und die aus der Kabelbibliothek 200 aufgerufene charakteristische Impedanz Z werden verwendet, um die effektive dielektrische Konstante ∈reff einer für das verseilte Kabel verwendeten Isolierung zu berechnen. Die effektive dielektrische Konstante ∈reff und die Kapazität CO werden verwendet, um die Kapazität einer Einheitslänge des verseilten 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 Beispiel von 22 beträgt die Anzahl von Kondensatoren 12.
Auf diese Weise erzeugt der Modellierungsalgorithmus für verseilte Kabel von 9 ein Modell des verseilten Kabels gemäß der Darstellung von 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 verseilten Kabels.
Wie obenstehend erläutert wurde, erzeugen die Schritte der 8 und 9 ein Modell eines Parallelkabels oder eines verseilten Kabels für die Momentmethode, wie in 23 gezeigt ist.
Bei der Anwendung der Momentmethode auf das Modell der 23 werden die in 24A gezeigten Segmentalströme angenommen. Ebenso angenommen werden die in 24B gezeigten Verteilungen der Segmentalströme. Diese Ströme werden verwendet, 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 Verifizieren des Effekts der erfindungsgemäß erstellten Modelle von Parallelkabeln und verseilten Kabeln durchgeführt wurden.
25A zeigt eine für die Nachprüfungen verwendete Anordnung. 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 verglichen.
25B zeigt ein für die Prüfungen verwendetes Parallelkabel. Das Kabel hatte eine Länge von 945 mm, und ein 180 Ω-Widerstand war an ein Ende des Kabels angeschlossen. 25C zeigt ein für die Prüfungen verwendetes verseiltes Kabel. Das Kabel hatte eine Länge von 300 mm, und ein 120 Ω-Widerstand war an ein Ende des Kabels angeschlossen. weitere Daten bezüglich der für die Prüfungen verwendeten Kabel sind in 26 gezeigt.
27A und 27B zeigen Prüfungsergebnisse für das Parallelkabel, und 28A und 28B zeigen Prüfungsergebnisse für das verseilte Kabel.
Das Parallelkabel wurde nach einem 10 m-Verfahren untersucht, das einen Beobachtungspunkt 10 m in Vorwärtsrichtung und 2 m hoch ansetzte. Eine Signalfrequenz von 50 MHz wurde für die Prüfung verwendet. 27A zeigt die Prüfungsergebnisse in einer vertikalen Richtung, und 27B zeigt die Prüfungsergebnisse in einer horizontalen Richtung. Eine durchgehende Linie zeigt errechnete Werte an, und Punkte zeigen gemessene Werte an.
Das verseilte Kabel wurde nach einem 3 m-Verfahren untersucht, das einen Beobachtungspunkt 3 m in Vorwärtsrichtung und 2 m hoch ansetzte. Eine Signalfrequenz von 50 MHz wurde für die Prüfung verwendet. 28A zeigt das Prüfungsergebnis in einer vertikalen Richtung, und 28B zeigt das Prüfungsergebnis in einer horizontalen Richtung. Eine durchgehende Linie zeigt errechnete Werte an, und Punkte stehen für gemessene Werte.
Diese Prüfungsergebnisse zeigen, daß die durch die vorliegende Erfindung errechneten Werte gut mit den gemessenen Werten übereinstimmen und den Effekt der vorliegenden Erfindung bestätigen.
Die oben genannte Ausführungsform modelliert ein verseiltes 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 zusammenstimmt. 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 Kondensatoren bestehende Kettenschaltung, infolgedessen die Stärke eines von dem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes präzise berechnet wird.

Claims

Vorrichtung zum Berechnen der Stärke eines von einem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes nach einer Momentmethode, welche aufweist: eine Einstelleinrichtung 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; Bibliothekseinrichtungen, die jeweiligen Kabelbenennungen 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 Attributen des zweidrähtigen Kabels, die aus einer unter den Bibliothekseinrichtungen ausgelesen werden, welche durch die von der Einstelleinrichtung eingestellte Benennung des zweidrähtigen 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.
Vorrichtung nach Anspruch 1, in der die Erzeugungseinrichtung ein Momentmethoden-Modell mit Leitungen und Kondensatoren erzeugt, und die Leitungen in Abschnitte aufgeteilt sind, die jeweils in Segmente geteilt sind, um Kernleiter des zweidrähtigen Kabels anzunähern, und die Kondensatoren zwischen den Segmenten angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, in der die Erzeugungseinrichtung Formeln anwendet, um die Induktivität und Kapazität einer Einheitslänge der Kernleiter des zweidrähtigen 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 Induktivität 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 Kondensatoren bestimmt, um das Modell gemäß der gefundenen Kapazität der Einheitslänge des zweidrähtigen Kabels und der Anzahl der Leitungen zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, in der, falls es sich bei dem zweidrähtigen Kabel um ein verseiltes Kabel handelt, die Erzeugungseinrichtung Verdrillungssteigungen des verseilten Kabels ändert, so daß jeder der Streckenpunkte zum Ändern der Richtung des verseilten Kabels auf eine Schleife des verseilten Kabels trifft, Leiterpositionen in jedem Abschnitt des verseilten Kabels, in welchem die Richtung des verseilten Kabels unverändert ist, gemäß den geänderten Verdrillungssteigungen 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.
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 verseilten Kabels, über den die Richtung des verseilten Kabels unverändert ist, Kernleiterpositionen gemäß Verdrillungssteigungen des verseilten Kabels und spezifizierten Verdrillungswinkeln plottet, und den geplotteten Kernleiterpositionen mit Leitungen folgt, um eine Momentmethoden-Modell eines jeden Abschnitts des verseilten Kabels zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, in der, falls irgendein Abschnitt des verseilten Kabels zwischen dem Anfang und Ende des Abschnitts Verdrehung aufweist, die Erzeugungseinrichtung die Verdrillungswinkel korrigiert, um die Verdrehung zu absorbieren, und ein Momentmethoden-Modell des Abschnitts gemäß den korrigierten Verdrillungswinkeln erzeugt.
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 Verdrillungswinkeln angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, in der die Erzeugungseinrichtung die Verdrillungssteigungen des verseilten Kabels derart ändert, daß Änderungen, die die Verdrillungssteigungen verkürzen, und Änderungen, die die Verdrillungssteigungen verlängern, ausgeglichen werden.
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 aufteilt, Kernleiterpositionen des Parallelkabels in den Segmenten plottet, und den geplotteten Leiterpositionen mit Leitungen folgt, um ein Modell eines jeden Abschnitts des Parallelkabels für die Momentmethode zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, in der, falls irgendein Abschnitt des Parallelkabels eine Verdrehung zwischen dem Anfang und Ende des Abschnitts beinhaltet, die Erzeugungseinrichtung Kernleiterpositionen des Parallelkabels in den Segmenten des Abschnitts unter Berücksichtigung der Verdrehung plottet und den geplotteten Kernleiterpositionen mit Leitungen folgt, um ein Modell des Abschnitts des Parallelkabels zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, in der, falls irgendein Abschnitt des Parallelkabels eine Verdrehung zwischen dem Anfang und Ende des Abschnitts beinhaltet, die Erzeugungseinrichtung 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.
Verfahren zum Berechnen der Stärke eines von einem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes gemäß einer Momentmethode, welches die Schritte aufweist: Speichern, in jeweiligen Kabelbenennungen entsprechenden Bibliothekseinrichtungen, 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 des zweidrähtigen Kabels, welche aus Bibliothekseinrichtung ausgelesen werden, die einer eingestellten Benennung des zweidrähtigen Kabels entspricht, 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.
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 Bibliothekseinrichtung ausgelesen werden, die der eingestellten Benennung des zweidrähtigen Kabels entspricht, und den eingestellten Koordinaten des Kabels am Kabeleintritt, am Kabelaustritt und an Streckenpunkten; und Berechnen der Stärke eines von dem elektrischen Gerät abgestrahlten elektromagnetischen Feldes gemäß dem Modell und der Momentmethode.