多芯電纜屏蔽效能原理及其仿真分析軟件

　　0 引 言

　　隨著現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)及電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在有限的空間內(nèi)電子設(shè)備的密度越來越大，相互之間的干擾已經(jīng)引起越來越多的重視。采用屏蔽措施是消除或抑制電磁干擾的有效手段。

　　目前，為了保證電磁兼容性，車載通信總線基本上均采用屏蔽電纜。使用屏蔽電纜一方面可以有效地抑制電纜上感應(yīng)的EMI輻射，避免通信失效，噪音增大，傳輸誤碼，信號誤差等現(xiàn)象；另一方面可減少電纜上的信號向外輻射，減少對周圍電磁環(huán)境的污染，防止信息的泄漏和失密。在車載通信系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計方面，多芯電纜的屏蔽效能是一個很重要的指標。因此，本文介紹了多芯電纜的屏蔽效能原理，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了多芯電纜屏蔽效能仿真軟件，為設(shè)計人員合理設(shè)計和選擇電纜提供了依據(jù)，這對縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，節(jié)省開發(fā)成本具有重大意義。

　　1屏蔽效能原理

　　1.1屏蔽效能的定義

　　屏蔽效能是用來評價材料的屏蔽效果，其定義為在電磁場中同一地點無屏效時的電場或磁場強度與加屏蔽體后的電場或磁場強度或功率之比，通常用SE(shielding effectiveness)表示。SE可以有多種表示方法，文中采用如下方法進行仿真計算：

　　電纜暴露在外界輻射場中時，屏蔽層上的電流與導線上的電流的比值：

　　在工程計算中，還可以通過轉(zhuǎn)移阻抗來確定電纜的屏蔽效能。電纜屏蔽層的轉(zhuǎn)移阻抗用ZT表示，表示的是內(nèi)中心導體與外屏蔽層之間電壓和屏蔽層表面的電流的比值，反映了屏蔽層內(nèi)部場與外部場的耦合關(guān)系。如圖1所示，它是由屏蔽層的材料及結(jié)構(gòu)形式所決定的，體現(xiàn)了屏蔽體的固有屏蔽特性。

　　如果某根芯線兩端的端接阻抗Zi1(始端)、Zi2(終端)，則由包含多芯屏蔽電纜的傳輸線理論，屏蔽層內(nèi)回路與芯線回路相對于參考導體的電壓相等，所以有：

　　把式(3)代人式(1)，即可求得屏蔽效能公式：
        

　　實際計算時，應(yīng)選取被耦合的最大線芯電流作為Ii，這樣才能對應(yīng)最大的轉(zhuǎn)移阻抗和最小的屏蔽效能。

　　1.2影響電纜屏蔽效能的因素

　　屏蔽效能與很多因素有關(guān)，如屏蔽材料的電導率、磁導率，屏蔽的結(jié)構(gòu)，干擾源的頻率，在近場還與離干擾源的距離和場源性質(zhì)(電場或磁場)有關(guān)。

　　影響編織電纜屏蔽性能的參數(shù)有編織密度、編織角及編織導線的絲徑、材質(zhì)等，編織角度越小，編織密度越大，投影覆蓋率就越大，屏蔽效果越好；包容型電纜屏蔽性能與屏蔽層厚度、材料等密切相關(guān)。在低頻時，編織屏蔽電纜要優(yōu)于包容屏蔽電纜，而高頻時候連續(xù)的金屬管比編織的金屬網(wǎng)的屏蔽效果好；雙層屏蔽比單層屏蔽要好。輻射源與屏蔽的耦合、各單元之間相互耦合的影響、屏蔽終端的影響以及接地技術(shù)，都必須考慮進去。 2軟件的總體設(shè)計及功能

　　工程上，我們對于系統(tǒng)間的互連多芯電纜，從電磁兼容的角度來講，最關(guān)心的是它上面?zhèn)鬏數(shù)男盘柕奶卣?、屏蔽效能、線間耦合干擾量、以及受到干擾以后信號波形的變化。因此軟件從功能上的設(shè)計目標是完成以下4個功能：信號頻譜分析、屏蔽效能及轉(zhuǎn)移阻抗分析、線間頻域內(nèi)的互耦分析以及線間時域內(nèi)的互耦分析，圖2為軟件的總體結(jié)構(gòu)圖。功能選擇界面如圖3所示。