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(hào)誤差等現(xiàn)象；另一方面可減少電纜上的信號(hào)向外輻射，減少對(duì)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(jì)方面，多芯電纜的屏蔽效能是一個(gè)很重要的指標(biāo)。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(jì)人員合理設(shè)計(jì)和選擇電纜提供了依據(jù)，這對(duì)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(píng)價(jià)材料的屏蔽效果，其定義為在電磁場(chǎng)中同一地點(diǎn)無屏效時(shí)的電場(chǎng)或磁場(chǎng)強(qiáng)度與加屏蔽體后的電場(chǎng)或磁場(chǎng)強(qiáng)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(jìn)行仿真計(jì)算：

　　電纜暴露在外界輻射場(chǎng)中時(shí)，屏蔽層上的電流與導(dǎo)線上的電流的比值：

　　在工程計(jì)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(dǎo)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(chǎng)與外部場(chǎng)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(duì)于參考導(dǎo)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(shí)際計(jì)算時(shí)，應(yīng)選取被耦合的最大線芯電流作為Ii，這樣才能對(duì)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(dǎo)率、磁導(dǎo)率，屏蔽的結(jié)構(gòu)，干擾源的頻率，在近場(chǎng)還與離干擾源的距離和場(chǎng)源性質(zhì)(電場(chǎng)或磁場(chǎng))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(dǎo)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(shí)，編織屏蔽電纜要優(yōu)于包容屏蔽電纜，而高頻時(shí)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(jìn)去。 2軟件的總體設(shè)計(jì)及功能

　　工程上，我們對(duì)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?hào)的特征、屏蔽效能、線間耦合干擾量、以及受到干擾以后信號(hào)波形的變化。因此軟件從功能上的設(shè)計(jì)目標(biāo)是完成以下4個(gè)功能：信號(hào)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(shí)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。