一种含外加场耦合的线缆等效电路建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种存在外加场禪合条件的线缆系统等效电路建模方法。更特别地 说，本发明针对任意符合或近似符合线性特性的线缆系统，在存在外加场禪合的条件下可 建立包含源器件的等效电路模型。
【背景技术】
[0002] 电子系统中广泛使用线缆进行能量和信号传输。在外加场存在的条件下，线缆会 禪合外加场的电磁能量，在线缆终端处产生禪合电压和电流，可能干扰电子系统的正常工 作。因此，对包含外加场禪合的线缆系统进行建模十分必要，目前主要方法包括如下两种： 1)部分单元等效电路(PEEC)建模，该方法基于电磁场积分方程直接将场关系用电阻、电容、 电感进行表征，同时外加场禪合等效为电压源，但其构建的电路模型复杂度与全波算法相 当，效率过低;2)传输线理论方法，该方法基于传输线假定，将线缆等效为电阻、电感和电容 的串并联，外加场禪合等效为串联电压源和并联电流源;其具有等效电路结构简单，物理意 义明确等优点，但通用性和普适性较差，只能用于较为规则的线缆系统。
[0003] 目前已有研究通过矢量拟合方法进行电路等效，此类方法既具有较低的复杂度和 较高效率，又具有较好的通用性和普适性。然而已有此类模型中均未包含外加场禪合效应。
【发明内容】
[0004] 线缆系统是一种典型的线性系统。线性系统指所有可能的输入变量和初始状态都 满足叠加原理的系统。对于电子系统而言，线性系统可W保证在输出信号与输入信号相比 不产生新的频率分量，从而使得系统中任意端口间的电流和电压关系可W用系统函数进行 表示。线缆系统的线性特性是本方法能够成立的基础。
[0005] 为了描述存在外加场禪合条件下的线性电子系统的完整特性，本发明基于矢量拟 合等效方法，提出一种包含外加场禪合的等效电路建模方法。其主要过程为通过数值仿真 或实测获取存在外加场条件下端口参数数据，通过拟合和电路转化最终获取线性电子系统 的等效电路模型。
[0006] 本发明提供的等效电路建模方法包含如下步骤：
[0007] 第一步，通过数值仿真或实测获取数据，建立电子系统的包含电流源或电压源的 网络参数模型，W "导纳矩阵+电流源向量"或"阻抗矩阵+电压源向量"的形式给出；
[000引第二步，根据网络参数模型得到基本电路结构:对于"导纳矩阵+电流源向量"的形 式转化为Π 型电路结构，而"阻抗矩阵+电压源向量"的形式则转化为T型电路结构;所述的 Π 型电路结构和T型电路结构中，在各端口处存在并联电流源或串联电压源。
[0009]第Ξ步，利用矢量拟合方法(Vector Fitting),将基本电路结构中的各器件量值 由频谱数据形式转化为零极点式形式，各端口器件导纳需与并联的电流源同时进行拟合， W保证具有相同的极点；各端口器件阻抗需与串联的电压源同时进行拟合，W保证具有相 同的极点。
[0010] 第四步，将零极点式形式存在的各器件量值转化为包含电流源/电压源器件的等 效电路。
[0011] 对各端口处电流源与并联的导纳同时进行转化处理，W得到包含电流源的等效电 路，对各端口处电压源与并联的阻抗同时进行转化处理，W得到包含电压源的等效电路。
[0012] 本发明的优点或有益效果在于：
[0013] (1)网络参数模型具有良好的通用性，便于与其他仿真工具的连接进行联合仿真；
[0014] (2)网络参数模型可W同时描述时域和频域特性，避免了复杂的时域-频域转换问 题；
[0015] (3)本发明的网络参数模型仅包含基本的电阻、电容、电感和电压源或电流源，不 存在物理意义未知的复杂器件，提高了模型的通用性并降低了计算复杂度。
【附图说明】
[0016] 图1为Π 型基本电路结构；
[0017] 图2为阻抗与电流源并联的电路结构；
[0018] 图3为Y与Is实数项与一阶项对应等效电路；
[0019] 图4为实数极点部分对应等效电路；
[0020] 图5为共辆复数极点对部分对应等效电路；
[0021] 图6为外加场福照下的线缆系统；
[0022] 图7为拟合前后幅度电流源和导纳幅度对比；
[0023] 图8为拟合前后电流源和导纳相位对比；
[0024] 图9为时域激励信号波形；
[0025] 图10为等效电路(SPICE)模型与CST时域仿真结果对比。
【具体实施方式】
[0026] 下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0027] 本发明提供一种含外加场禪合的线缆等效电路建模方法，包括如下步骤：
[0028] 步骤1:网络参数模型建立；
[0029] 在存在外加场禪合效应的条件下，本发明采用的网络参数模型包括两种：1)导纳 矩阵+电流源向量；2)阻抗矩阵+电压源向量。W二端口网络为例，其"导纳矩阵+电流源向 量"形式的表达式为：
[0030]
[003。 此处Ii、l2分别为二端口网络两端口处的电流值，Vi、V2分别为两端口处的电压值。 ￥11、柏、￥21、￥22构成导纳矩阵。13谢132分别为由外加场引起的两端口处的等效电流源，构成 电流源向量。此时，该线性电子系统的特性可由导纳矩阵和电流源向量代表和描述。
[0032]导纳矩阵和电流源向量由数值仿真或实测直接或间接获取。W数值仿真为例，绝 大部分数值仿真软件提供散射矩阵输出，该散射矩阵可直接转换为导纳矩阵。甚至部分仿 真软件(如CST)可直接提供导纳矩阵参数输出。对于电流源向量的获取，可令端口处阻抗为 零，此时仿真得到的各端口电流即为等效电流源，可构成电流源向量。
[0033] 本步骤中所获取的导纳矩阵和电流源向量参数W频谱数据的形式存在。
[0034] 步骤2:基本电路结构建立；
[0035] 对于步骤1中得到的网络参数模型，需进一步转化为基本电路结构。其中，导纳矩 阵+电流源向量的形式可转化为Π 型电路结构，"阻抗矩阵+电压源向量"可转化为T型电路 结构。W公式（1)对应的二端口网络为例，其Π 型电路结构如图1所示。图1中各参量与公式 (1)各参量的关系如公式(2)所示。图1中Isi和Is2与公式(1)中相同，因此不单独注明。
[0036] Yc = -Yi2 = -Y2i
[0037] Υι = Υιι+Υ?2 (2)
[003引 Υ2 = Υ22+Υ21
[0039 ] 其中，Υ。为二端口网络中端口 1和端口 2的跨接阻抗;Yi和Υ2分别为二端口网络中端 口 1和端口 2的对地阻抗。
[0040] 图1中所示的基本电路结构可分为Ξ个部分，即图中的化rtl 和化。 Parti和化的3作为端口 Podl、Pod2处的部分，存在并联等效电流源Isi和Is2,运也是外场 禪合存在导致的结果。Part2作为禪合部分，则不存在电流源或电压源。运Ξ部分可表示为 如图2所示化d端的电流源Is与导纳Y并联的电路结构(对于化的2,相当于令电流源ls = 0)。 此时，所有参数仍然W频谱数据的形式存在。因此，接下来需要进行进一步的转化。由于Ξ 部分都可W由图2的通用结构表示，因此仅针对图2进行分析，而不对Ξ部分进行分别的重 复性说明。
[0041 ]步骤3:矢量拟合获取零极点式形式；
[0042]对于图2的通用电路结构，利用矢量拟合方法可W转化为如下W复频域(S域)表示 的零极点形式表达式：