CST EMC仿真 | CST告诉你单极天线辐射发射场强如何计算和仿真 原创

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引言

书接上文，上文讲了基于cst等效天线环路辐射场强如何计算和仿真，今天聊一聊单极天线辐射发射场强如何计算和仿真，最终对比计算和仿真结果是否能吻合。

单极天线辐射理论

产品中产生无意辐射的另一种等效天线模型是单极天线(见下图a)，或对称偶极子天线(见下图b)。

产品中的电缆或其他较长导体常等效为单极天线或对称偶极子天线。其辐射源于导体（等效天线）上流过的共模电流——这是一种寄生的“无用”信号，而非导体中的工作信号。研究这种共模电流的大小是分析辐射发射问题的核心。如上图所示，当天线流过强度为I、频率为F的电流时，在距离D处产生的辐射强度取决于这些参数。那么，在距天线D处所产生的辐射强度为:

（1）当F≥30 MHz，D≥1m并且L<λ/2 时,

（2）当L≥λ/2时，

式中：

   E：电场强度（单位：mV/m）；

   I：共模电流强度（单位：A）；

   L：电缆长度（单位：m）；

   f：信号频率（单位：MHz）；

   D：观测点与天线的距离（单位：m）

CST建模和仿真

今天我们用一个复杂的模型，模拟EMI测试辐射发射，probe距离线束中心距离为1000mm，建模如下：

激励源为1MHz方波电流信号

probe上的电场强度如下：

计算结果需要用到CST的后处理功能，输入计算公式：

计算的电场强度如下：

最后把它们放在一起来对比下，计算结果和仿真结果：

基本吻合，当然电缆长度为估算，计算公式也为估算，存在误差。

最终总结：

在电子产品中，除了产品功能电路原理图所表述的信息外，还存在非常多的未知信息，如信号线与信号线之间的寄生电容、寄生互感，信号线与参考地之间的寄生电容，信号线的引线电感等。这些参数都是频率相关参数，而且值都很小，在直流或低频情况下，通常被设计者忽略。但是在辐射发射所考虑的高频范围内，这些参数将会产生越来越重要的影响。也是这些原因，使得产品中的这些等效天线（电缆或长尺寸导体）上寄生着一种非期望的共模电流，它的电流强度很小（通常在 mA 级以下或μ A 级），但却是产生产品辐射发射的主要原因（这种共电流的产生原理将在以后的章节中进行描述）。从上式中还可以看出，当产品中等效天线的长度大于天线中信号频率波长的1/2时，天线产生的辐射强度只与天线上共模电流的大小有关。可见，研究产品中电缆或长尺寸导体中的共模电流大小，对于控制产品的辐射发射具有极其重要的意义。