TWI773970B - 電磁特性分析方法及電子裝置 - Google Patents

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TWI773970B
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蕭安廷
郭瞬仲
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Abstract

本發明提供一種電磁特性分析方法，其包含進行一電磁評估模型建立步驟、提供一電磁參照模型以及進行一比對步驟。電磁評估模型建立步驟包含建立一物件單元、建立一功率發射單元以及建立一模擬單元，並合併物件單元、功率發射單元以及模擬單元形成一電磁評估模型。電磁參照模型係合併物件單元以及功率發射單元。比對步驟係比對電磁評估模型以及電磁參照模型之輻射場型數據以取得一電磁增益差值。藉此，本發明可透過電磁模擬軟體建構電磁評估模型來進行電磁特性分析，以評估含金屬物件對天線所造成的影響。

Description

電磁特性分析方法及電子裝置
本發明是關於一種電磁特性分析方法及電子裝置，尤其是關於一種模擬含金屬塗層物件之電磁特性分析方法及電子裝置。
近年來，車輛上常裝設無線通訊裝置，例如全球定位系統、數位電視、廣播收音機等，且這些無線通訊裝置需倚靠車用天線接收或發射無線訊號，來進行測距、資訊交換等應用。
車用天線通常設置於車輛保險桿，但車輛保險桿內含金屬成分的烤漆，會影響車用天線的特性，造成特性衰減或產生誤報，故需先期評估車輛保險桿中，含金屬成分的烤漆對天線所造成的影響。然而，普遍所使用之電磁模擬軟體中，缺乏金屬粉塵效應的設定，以致無法進行相對應的模擬。
有鑑於此，如何改善電磁模擬軟體的缺陷，並有效地評估含金屬成分之物件與天線之間的影響，以達到更加 精準的模擬預測。
本發明之一目的在於提供一種電磁特性分析方法及電子裝置，透過電磁模擬軟體建構不同金屬粉塵分布之物件來進行模擬，以判斷其電磁特性的變化。
本發明之一實施方式提供一種電磁特性分析方法，其係用以分析一物件搭配一功率發射元件之一電磁特性，電磁特性分析方法包含進行一電磁評估模型建立步驟、提供一電磁參照模型以及進行一比對步驟。電磁評估模型建立步驟包含建立一物件單元、建立一功率發射單元以及建立一模擬單元。物件單元為任意幾何形狀，且物件單元具有一物件資訊。功率發射單元具有一電磁訊號。模擬單元係定義至少一基點發射複數個射束形成複數個投射點，且投射點係用以模擬物件單元中的複數金屬粉塵。其中，合併物件單元、功率發射單元以及模擬單元形成一電磁評估模型，並依據物件資訊以及投射點之面積總和得到電磁評估模型之一投射點覆蓋率，且投射點覆蓋率為金屬粉塵於物件單元之一金屬覆蓋率。電磁參照模型係合併物件單元以及功率發射單元。比對步驟係透過電磁訊號分別得到電磁參照模型之一輻射場型數據及電磁評估模型之一輻射場型數據，並比對二輻射場型數據以取得一電磁增益差值。
本發明之另一實施方式係在於提供一種電子裝置，包含一記憶體以及一處理器。記憶體儲存一電磁特性評估 程式，處理器耦接於記憶體，用以執行電磁特性評估程式，其中電磁特性評估程式包含一電磁評估模型建立模組、一電磁參照模型建立模組以及一比對模組。電磁評估模型建立模組包含一物件單元、一功率發射單元以及一模擬單元，物件單元為任意幾何形狀，且具有一物件資訊，功率發射單元具有一電磁訊號。模擬單元係定義至少一基點發射複數個射束形成複數個投射點，且投射點係用以模擬物件單元中的複數金屬粉塵。其中，合併物件單元、功率發射單元以及模擬單元以得到一電磁評估模型，並依據物件資訊以及投射點之面積總和得到電磁評估模型之一投射點覆蓋率，且投射點覆蓋率為金屬粉塵於物件單元之一金屬覆蓋率。電磁參照模型建立模組係用以將物件單元以及功率發射單元進行合併，以得到一電磁參照模型。比對模組係以電磁訊號分別得到電磁參照模型之一輻射場型數據及電磁評估模型之一輻射場型數據，並比對二輻射場型數據以取得一電磁增益差值。
藉此，本發明透過建構不同金屬粉塵分布之電磁評估模型來模擬車輛保險桿以及車用天線，並進行電磁特性分析來判斷車輛保險桿適合之金屬成分以及車輛保險桿與車用天線之間較佳的設置位置，以利進行討論與研擬因應對策，使車用天線之電磁衰減程度降到最低。
100:電磁特性分析方法
110,120,130:步驟
200,300,400:電磁評估模型
210,310,410,611:物件單元
220,320,420,612:功率發射單元
230,330,430,613:模擬單元
231,331,431:基點
232,332,432:射束
233,333,433:投射點
500:電子裝置
510:記憶體
520:處理器
600:電磁特性評估程式
610:電磁評估模型建立模組
620:電磁參照模型建立模組
630:比對模組
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施 例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
第1圖係繪示依照本發明之一實施方式之一種電磁特性分析方法的步驟流程圖；
第2A圖係繪示本發明實施例1之電磁評估模型的示意圖；
第2B圖係繪示本發明實施例1之模擬單元的示意圖；
第3A圖係繪示本發明實施例2之電磁評估模型的示意圖；
第3B圖係繪示本發明實施例2之模擬單元的示意圖；
第4A圖係繪示本發明實施例3之電磁評估模型的示意圖；
第4B圖係繪示本發明實施例3之模擬單元的示意圖；
第5A圖係繪示本發明比較例1之輻射場型圖；
第5B圖係繪示本發明實施例1之輻射場型圖；
第5C圖係繪示本發明實施例2之輻射場型圖；
第5D圖係繪示本發明實施例3之輻射場型圖；
第6A圖係繪示本發明比較例1、實施例1至實施例3的方位角輻射場型圖；
第6B圖係繪示本發明比較例1、實施例1至實施例3的仰角輻射場型圖；以及
第7圖係繪示本發明另一實施方式之一種電子裝置的架構示意圖。
以下將參照圖式說明本發明之實施方式。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，閱讀者應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示；並且重複之元件將可能使用相同的編號表示。
請參閱第1圖，其繪示依照本發明之一實施方式之一種電磁特性分析方法100的步驟流程圖。電磁特性分析方法100係用以分析一物件搭配一功率發射元件之一電磁特性，其包含步驟110、步驟120以及步驟130。
步驟110為進行一電磁評估模型建立步驟，其包含建立一物件單元、建立一功率發射單元以及建立一模擬單元。物件單元為任意幾何形狀，且物件單元具有一物件資訊，而物件資訊可為但不限於面積資訊或體積資訊。功率發射單元具有一電磁訊號，其係用來模擬車用天線。模擬單元係定義至少一基點發射複數個射束形成複數個投射點，且投射點係用以模擬物件單元中的複數金屬粉塵。將物件單元、功率發射單元以及模擬單元合併形成一電磁評估模型，且物件單元設置於功率發射單元以及模擬單元之間，並依據物件資訊以及投射點之面積總和得到電磁評估模型之一投射點覆蓋率，且投射點覆蓋率為金屬粉塵於物件單元之一金屬覆蓋率。
步驟120為提供一電磁參照模型，其係合併物件單元以及功率發射單元。詳細來說，電磁參照模型與電磁評估模型的差別在於電磁參照模型未含模擬單元，而模擬單元係用來模擬物件單元上的金屬粉塵，故電磁參照模型中的物件單元未含金屬粉塵，可用來作為電磁特性分析的參考值。
步驟130為進行一比對步驟，其係透過功率發射單元中的電磁訊號，分別得到電磁參照模型之一輻射場型數據及電磁評估模型之一輻射場型數據，並比對上述二輻射場型數據以取得一電磁增益差值。詳細來說，輻射場型數據以一水平方向以及一垂直方向分別取得一方位角輻射場型數據以及一仰角輻射場型數據。另外，再從方位角輻射場型數據或仰角輻射場型數據中，取得電磁評估模型與電磁參照模型在一特定角度的一電磁增益值，而電磁參照模型之電磁增益值與電磁評估模型之電磁增益值在特定角度之間的差值即為電磁增益差值。
上述步驟皆於電磁模擬軟體中進行，而本發明之電磁模擬軟體可為但不限於IE3D、HFSS或CST。根據上述實施方式，以下提出具體實施例並配合圖式予以詳細說明。
請參閱第2A圖、第3A圖以及第4A圖，其中第2A圖繪示本發明實施例1之電磁評估模型200的示意圖，第3A圖繪示本發明實施例2之電磁評估模型300的示意圖，第4A圖繪示本發明實施例3之電磁評估模型400的 示意圖。實施例1至實施例3之間的差異在於模擬單元的不同，本發明之模擬單元係藉由模擬光源光束的方式投影至物件單元，以取得投影面積，其中基點係假設為光源，射束假設為光束，而由基點發射射束投射至物件單元的投射點則係模擬光源發射光束投影至物件單元上的投影面積，因此投射點係用來模擬物件單元中的金屬粉塵之尺寸與分布。另外，本發明之比較例1為未含模擬單元的電磁參考模型(未另繪示)，其可參照前文，在此不另贅述。
在第2A圖中，實施例1之電磁評估模型200包含一物件單元210、一功率發射單元220以及一模擬單元230，其中物件單元210以及功率發射單元220可參照前文，在此不另贅述。然而，請配合參閱第2B圖，其繪示本發明實施例1之模擬單元230的示意圖，模擬單元230係先建構至少一基點231，且基點231的數量為至少二，各基點231所發射之一射束232投射至物件單元210而形成複數個投射點233，且在第2A圖之電磁評估模型200中，因各基點(請參考第2B圖之基點231)所發射之射束(請參考第2B圖之射束232)之間的間距相等，並彼此平行地往物件單元210的方向發射，故所形成之投射點(請參考第2B圖之投射點233)不會重疊，此投射點之一排列可定義物件單元210具有一均勻金屬粉塵分布。
在第3A圖中，實施例2之電磁評估模型300包含一物件單元310、一功率發射單元320以及一模擬單元330，其中物件單元310以及功率發射單元320可參照前 文，在此不另贅述。然而，請配合參閱第3B圖，其繪示本發明實施例2之模擬單元330的示意圖，模擬單元330係先建構至少一基點331，基點331所發射之複數個射束332投射至物件單元310而形成複數個投射點333，且在第3A圖之電磁評估模型300中，因基點(請參考第3B圖之基點331)所發射之射束(請參考第3B圖之射束332)之間的間距相等，並以任意方向由基點往物件單元310的方向散射，故所形成之投射點(請參考第3B圖之投射點333)不會重疊，此投射點之一排列可定義物件單元310具有一規律金屬粉塵分布。詳細來說，實施例1與實施例2的差別在於，實施例2的基點只有一個，其以任意方向發射複數個射束，而非實施例1之基點數量為至少二，且以水平方向發射，故實施例2的投射點在靠近基點的位置會較密集，而遠離基點的位置則較稀疏，因此不為均勻分布。
在第4A圖中，實施例3之電磁評估模型400包含一物件單元410、一功率發射單元420以及一模擬單元430，其中物件單元410以及功率發射單元420可參照前文，在此不另贅述。然而，請配合參閱第4B圖，其繪示本發明實施例3之模擬單元430的示意圖，模擬單元430係先建構至少一基點431，且基點431的數量為至少二，各基點431所發射之複數個射束432投射至物件單元410而形成複數個投射點433，且在第4A圖之電磁評估模型400中，因各基點(請參考第4B圖之基點431)所發射之射束(請參考第4B圖之射束432)之間的間距不相等，並 且基點與物件單元410之表面法線的距離亦不相等，故會有重疊的投射點(請參考第4B圖之投射點433)也會有不重疊的投射點，此投射點之一排列可定義物件單元410具有一隨機金屬粉塵分布。
實施例1至實施例3以及比較例1之物件單元的面積皆為37088mm2，而投射點之面積總和約為5560mm2，故實施例1至實施例3所得出之投射點覆蓋率為10%至20%，其係模擬金屬粉塵於物件單元之金屬覆蓋率，因此可假設實施例1至實施例3的金屬覆蓋率為10%至20%。
請參閱第5A圖、第5B圖、第5C圖以及第5D圖，其中第5A圖繪示本發明比較例1之輻射場型圖，第5B圖繪示本發明實施例1之輻射場型圖，第5C圖繪示本發明實施例2之輻射場型圖，第5D圖繪示本發明實施例3之輻射場型圖。藉由第5A圖至第5D圖可觀察在特定角度受到金屬粉塵影響而產生的變化，由於主波束的能量受到金屬粉塵的影響而反射，其在側向(±90度)與後方(±180度)皆可看出能量攀升的現象。
另外，可從第5A圖至第5D圖的輻射場型圖中，以水平方向以及垂直方向分別取得方位角輻射場型數據以及仰角輻射場型數據。請參閱第6A圖以及第6B圖，其中第6A圖繪示本發明比較例1、實施例1至實施例3的方位角輻射場型圖，第6B圖繪示本發明比較例1、實施例1至實施例3的仰角輻射場型圖。
由第6A圖以及第6B圖可知，在實施例1至實施例3的金屬覆蓋率為10%至20%的情況下，整體電磁增益在功率發射單元的正前方(Theta=0度)的位置。以第6A圖來看，功率發射單元在Theta為0度的位置時，比較例1與實施例1至實施例3之間的電磁增益差值為1.0dBi至2.0dBi，代表若車用天線設置於金屬覆蓋率為10%至20%之車輛保險桿的正前方時，車用天線之電磁特性衰減1.0dB至2.0dB。
另外，功率發射單元在Theta為-45度的位置時，比較例1與實施例1至實施例3之間的電磁增益差值為1.5dBi至5.0dBi，差異較大的原因除了由於金屬粉塵分布不同而造成，可能是金屬粉塵與功率發射單元之間距離相對較近，因此更為敏感。然而功率發射單元在Theta為+45度的位置時，比較例1與實施例1至實施例3之間的電磁增益差值為0.5dBi至1.5dBi，可能是因為金屬粉塵與功率發射單元距離較遠，而相對衰減幅度較一致。
關於比較例1與實施例1至實施例3在特定角度之電磁增益值與電磁增益差值的結果如下表一至表三所示。
Figure 109106962-A0101-12-0010-23
Figure 109106962-A0101-12-0011-2
Figure 109106962-A0101-12-0011-3
Figure 109106962-A0101-12-0011-4
本發明利用建構不同投射點分布來模擬物件單元中金屬粉塵的分布，並由表一至表三可知，比較例1與實施例1至實施例3的金屬粉塵分布有無與分布位置的差異，會致使在特定角度下有著不同的特性呈現，且在電磁增益差值小於一預定值，例如4.0dBi，作為預先判斷車輛保險桿與車用天線之間的設置位置是否在特定角度會有增益 衰減過大的問題。
藉此，在應用上，車用天線與車輛保線桿之間的距離可為車用天線之二分之一波長的倍數，其中車用天線可為但不限於陣列天線，而車輛保險桿係由塑膠材質製成，其可為但不限於聚丙烯(Polypropylene,PP)、聚醚醯亞胺(Polyetherimide，PEI)、ABS樹酯或聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)與聚對苯二甲酸酯(Polyethylene terephthalate,PET)共混物，再經由本發明之電磁特性分析方法，來調整車輛保險桿中的金屬粉塵含量或車用天線與車輛保險桿的設置位置，可使車用天線的電磁增益值合乎規格。
請參照第7圖，其繪示本發明另一實施方式之一種電子裝置500的架構示意圖。電子裝置500包含一記憶體510以及一處理器520，其中記憶體510儲存一電磁特性評估程式600，且處理器520耦接於記憶體510，並用以執行電磁特性評估程式600。電磁特性評估程式600包含一電磁評估模型建立模組610、一電磁參照模型建立模組620以及一比對模組630。
詳細來說，電磁評估模型建立模組610包含一物件單元611、一功率發射單元612以及一模擬單元613。物件單元611為任意幾何形狀，且具有一物件資訊，而物件資訊可為但不限於面積資訊或體積資訊。功率發射單元612具有一電磁訊號。模擬單元613係定義至少一基點發射複數個射束形成複數個投射點，且投射點係用以模擬物 件單元中的複數金屬粉塵。將物件單元611、功率發射單元612以及模擬單元613合併形成一電磁評估模型，且物件單元611設置於功率發射單元612以及模擬單元613之間，並依據物件資訊以及投射點之面積總和得到電磁評估模型之一投射點覆蓋率，且投射點覆蓋率為金屬粉塵於物件單元611之一金屬覆蓋率。
另外，模擬單元613可根據不同數量的基點以及射束得到不同排列之投射點，以定義物件單元611之金屬粉塵的分布，關於模擬單元613之實施例可參考第2A圖至第4B圖，在此不另贅述。
電磁參照模型建立模組620係用以將物件單元611以及功率發射單元612進行合併，以得到一電磁參照模型。關於電磁參照模型之敘述可參照前文，在此不另贅述。
比對模組630係以電磁訊號分別得到電磁參照模型之一輻射場型數據及電磁評估模型之一輻射場型數據，並比對二輻射場型數據以取得一電磁增益差值。詳細來說，輻射場型數據以一水平方向以及一垂直方向分別取得一方位角輻射場型數據以及一仰角輻射場型數據。另外，再從方位角輻射場型數據或仰角輻射場型數據中，取得電磁評估模型與電磁參照模型在一特定角度的一電磁增益值，而電磁參照模型之電磁增益值與電磁評估模型之電磁增益值在特定角度之間的差值即為電磁增益差值。
在其他實施例，也可以取得方位角輻射場型數據或 仰角輻射場型數據，例如僅以方位角輻射場型數據，取得電磁評估模型與電磁參照模型在特定角度的電磁增益值，而電磁參照模型之電磁增益值與電磁評估模型之電磁增益值在特定角度之間的差值即為電磁增益差值。
另外，電磁特性評估程式600可更包含一評估模組(未另繪示)，其係用以評估電磁評估模型與電磁參照模型在特定角度的電磁增益差值是否小於一預定值。
綜上所述，本發明之電磁特性分析方法及電子裝置可透過電磁模擬軟體建構不同金屬粉塵分布之物件來模擬分析車輛保險桿與車用天線之間的電磁增益衰減程度，並規範出可接受的金屬成分或預先判斷在應用上可能會發生問題的位置，以降低車用天線與車輛保險桿之間多次驗證的成本與開發時程。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:電磁特性分析方法
110,120,130:步驟

Claims (19)

  1. 一種電磁特性分析方法，其係用以分析一物件搭配一功率發射元件之一電磁特性，該電磁特性分析方法包含：
    進行一電磁評估模型建立步驟，包含：
    建立一物件單元，該物件單元為任意幾何形狀，且該物件單元具有一物件資訊；
    建立一功率發射單元，該功率發射單元具有一電磁訊號；以及
    建立一模擬單元，該模擬單元係定義至少一基點發射複數個射束形成複數個投射點，且該些投射點係用以模擬該物件單元中的複數金屬粉塵；
    其中，合併該物件單元、該功率發射單元以及該模擬單元形成一電磁評估模型，並依據該物件資訊以及該些投射點之面積總和得到該電磁評估模型之一投射點覆蓋率，且該投射點覆蓋率為該些金屬粉塵於該物件單元之一金屬覆蓋率；
    提供一電磁參照模型，其係合併該物件單元以及該功率發射單元；以及
    進行一比對步驟，其透過該電磁訊號分別得到該電磁參照模型之一輻射場型數據及該電磁評估模型之一輻射場型數據，並比對該二輻射場型數據以取得一電磁增益差值。
  2. 如請求項1所述之電磁特性分析方法，其中 該物件資訊為一面積資訊或一體積資訊。
  3. 如請求項1所述之電磁特性分析方法，其中於該模擬單元中，該至少一基點的數量為至少二，且各該基點發射一該射束形成該些投射點。
  4. 如請求項3所述之電磁特性分析方法，其中於該電磁評估模型中，該些射束之間的間距相等，所形成之該些投射點之一排列係定義該物件單元具有一均勻金屬粉塵分布。
  5. 如請求項1所述之電磁特性分析方法，其中於該模擬單元中，該至少一基點發射該些射束形成該些投射點。
  6. 如請求項5所述之電磁特性分析方法，其中於該電磁評估模型中，該些射束之間的間距相等，所形成之該些投射點之一排列係定義該物件單元具有一規律金屬粉塵分布。
  7. 如請求項1所述之電磁特性分析方法，其中於該模擬單元中，該至少一基點的數量為至少二，且各該基點發射該些射束形成該些投射點。
  8. 如請求項7所述之電磁特性分析方法，其中於該電磁評估模型中，該些射束之間的間距不相等，所形成之該些投射點之一排列係定義該物件單元具有一隨機金屬粉塵分布。
  9. 如請求項1所述之電磁特性分析方法，其中該輻射場型數據以一水平方向以及一垂直方向分別取得一方位角輻射場型數據以及一仰角輻射場型數據。
  10. 如請求項9所述之電磁特性分析方法，其中於該方位角輻射場型數據或該仰角輻射場型數據中，取得該電磁評估模型與該電磁參照模型在一特定角度的一電磁增益值。
  11. 如請求項10所述之電磁特性分析方法，更包含：
    評估該電磁評估模型與該電磁參照模型在該特定角度的該電磁增益差值是否小於一預定值。
  12. 一種電子裝置，包含：
    一記憶體，儲存一電磁特性評估程式；以及
    一處理器，耦接於該記憶體，用以執行該電磁特性評估程式；
    其中，該電磁特性評估程式包含：
    一電磁評估模型建立模組，其包含：
    一物件單元，該物件單元為任意幾何形狀，且具有一物件資訊；
    一功率發射單元，該功率發射單元具有一電磁訊號；以及
    一模擬單元，該模擬單元係定義至少一基點發射複數個射束形成複數個投射點，且該些投射點係用以模擬該物件單元中的複數金屬粉塵；
    其中，合併該物件單元、該功率發射單元以及該模擬單元以得到一電磁評估模型，並依據該物件資訊以及該些投射點之面積總和得到該電磁評估模型之一投射點覆蓋率，且該投射點覆蓋率為該些金屬粉塵於該物件單元之一金屬覆蓋率；
    一電磁參照模型建立模組，其係用以將該物件單元以及該功率發射單元進行合併，以得到一電磁參照模型；以及
    一比對模組，其係以該電磁訊號分別得到該電磁參照模型之一輻射場型數據及該電磁評估模型之一輻射場型數據，並比對該二輻射場型數據以取得一電磁增益差值。
  13. 如請求項12所述之電子裝置，其中該物件資訊為一面積資訊或一體積資訊。
  14. 如請求項12所述之電子裝置，其中：
    於該模擬單元中，該至少一基點的數量為至少二，且各該基點發射一該射束形成該些投射點；以及
    於該電磁評估模型中，該些射束之間的間距相等，所形成之該些投射點之一排列定義該物件單元具有一均勻金屬粉塵分布。
  15. 如請求項12所述之電子裝置，其中：
    於該模擬單元中，該至少一基點發射該些射束形成該些投射點；以及
    於該電磁評估模型中，該些射束之間的間距相等，所形成之該些投射點之一排列定義該物件單元具有一規律金屬粉塵分布。
  16. 如請求項12所述之電子裝置，其中：
    於該模擬單元中，該至少一基點的數量為至少二，且各該基點發射該些射束形成該些投射點；以及
    於該電磁評估模型中，該些射束之間的間距不相等，所形成之該些投射點之一排列係定義該物件單元具有一隨機金屬粉塵分布。
  17. 如請求項12所述之電子裝置，其中該輻射場型數據以一水平方向以及一垂直方向分別取得一方位角輻射場型數據以及一仰角輻射場型數據。
  18. 如請求項17所述之電子裝置，其中於該方位角輻射場型數據或該仰角輻射場型數據中，取得該電磁評估模型與該電磁參照模型在一特定角度的一電磁增益值。
  19. 如請求項18所述之電子裝置，其中該電磁特性評估程式更包含：
    一評估模組，其係用以評估該電磁評估模型與該電磁參照模型在該特定角度的該電磁增益差值是否小於一預定值。
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