一、概述

隨著電子設(shè)備使用的增加，完全真實的電磁兼容(EMC) 測試只能在產(chǎn)品樣機(jī)進(jìn)行，EMC問題常常在產(chǎn)品開發(fā)的后續(xù)階段才會出現(xiàn)，這也就預(yù)示著要進(jìn)行昂貴和耗時的設(shè)計迭代。因此，在設(shè)計早期階段掌握EMC兼容性變?yōu)橐粋€關(guān)鍵的技術(shù)問題，數(shù)值EMC作為一個使電磁兼容更快更高效解決的途徑而出現(xiàn)。

ESI集團(tuán)根據(jù)工業(yè)中從低頻到中高頻的實際電磁/電磁兼容問題，提出了完整的全頻段的解決方案：PAM-CEM/Visual-CEM用于解決中高頻EMC/EMI電磁兼容問題；CRIPTE用于解決線纜網(wǎng)絡(luò)的電磁兼容問題；SYSMGNA 用于解決低頻特性的電磁問題。而PAM-CEM與CRIPTE軟件的完全耦合功能，更是對 于具有復(fù)雜線纜網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備提供了完整的電磁兼容解決方案。

二、PAM-CEM 軟件包

隨著工業(yè)部門的電子設(shè)備日益復(fù)雜，預(yù)測及控制電磁干擾現(xiàn)象的能力對保證系統(tǒng)操作的可靠性是必要的，尤其是關(guān)系到安全性和保密性的情況，而PAM-CEM解決方案就是能夠解決實際EMC問題的關(guān)鍵手段。

PAM-CEM解決方案由專門從事電磁場仿真計算達(dá)20年的專家團(tuán)隊開發(fā)，專門用于EMC的仿真測試。其開發(fā)目標(biāo)是在設(shè)計的早期階段選擇更加真實的模型，進(jìn)行電磁兼容(EMC)模擬仿真，從而預(yù)測系統(tǒng)或設(shè)備可能的機(jī)能問題，并立即仿真結(jié)果采取措施。

PAM-CEM電磁兼容解決方案可以解決的問題包括：電磁輻射(EMR)和電磁干擾(EMI)問題(近場)；天線、雷達(dá)對仿真分析對象的輻射模式問題(遠(yuǎn)場)；機(jī)載/車載設(shè)備對外來入侵電磁干擾的抗干擾度問題；大型裝備系統(tǒng)對外界環(huán)境(電磁污染)的電磁輻射(EMR)等問題；由內(nèi)部布線引起的電磁干擾(EMI)、擾動電磁敏感性(EMS)、線纜屏蔽效果等問題；具有復(fù)雜線纜網(wǎng)絡(luò)設(shè)備下3D模型與線纜網(wǎng)絡(luò)耦合電磁仿真分析的電磁輻射與電磁敏感問題。該解決方案軟件已廣泛用于交通運輸工業(yè)(汽車和火車)、航空航天、通信和電子等領(lǐng)域。

PAM-CEM 電磁仿真軟件包功能特點，包括：

◎?qū)τ趶?fù)雜幾何形狀的電磁場輻射及天線、線纜網(wǎng)絡(luò)及電子設(shè)備的電磁輻射等電磁場問題，基于麥克斯韋方程組的直接建模，可以解決復(fù)雜幾何形狀物體、有線天線、線纜網(wǎng)絡(luò)和電子設(shè)備等電磁場輻射及電磁干擾問題；

◎CAD幾何模型的直接導(dǎo)入進(jìn)行網(wǎng)格剖分，或?qū)σ汛嬖诘木W(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化功能；

◎充分明確的仿真時間管理程序使電磁環(huán)境的完整仿真更有效，包括感應(yīng)電流、感應(yīng)電壓的計算，電磁場的近場或遠(yuǎn)場計算，電磁輻射場的仿真分析等；

◎先進(jìn)的后處理器功能可以幫助用戶更好理解電磁現(xiàn)象；

◎PAM-CEM可以與其他軟件如CRIPTE 進(jìn)行完全耦合，從而進(jìn)行完整的電磁仿真分析；

◎可以對物體進(jìn)行EMS電磁敏感度(基于外界電磁干擾)分析和EMR電磁輻射分析(包括內(nèi)部電磁干擾對外部環(huán)境的影響及不同電子設(shè)備之間的互相電磁干擾)。

三、CEM 模塊介紹

1.PAM-CEM 簡介

PAM-CEM是綜合的電磁兼容模擬軟件，可以對復(fù)雜的電磁環(huán)境進(jìn)行精確、完整、快速的仿真分析。該軟件通過虛擬測試、工業(yè)測試、用戶測試驗證了其有效性。

PAM-CEM V2010.0軟件包包含下列模塊：用戶環(huán)境(PRE-CEM前處理器、POST-CEM/PAM-VIEW后處理器和PAM-CEM/HF 高頻仿真器)；有限元求解器(PAM-CEM/FD 求解器、SEMAIL 網(wǎng)格生成器和CEM3D求解器)；線纜網(wǎng)絡(luò)求解器(LAPLACE 線纜導(dǎo)線參數(shù)計算模塊、CRIPTE 線纜網(wǎng)絡(luò)計算分析模塊、C3M 耦合PAM-CEM參數(shù)分析模塊以及RORQUAL 特殊電源信號計算分析模塊)。

2.PAM-CEM V2010.0 新功能/ 增強(qiáng)功能

在2010年即將發(fā)布的PAM-CEM V2010.0版本中，針對工業(yè)用戶中新出現(xiàn)的突出且廣泛的電磁兼容問題，將電阻材料屬性的薄層求解、高頻電大問題的求解、完善的近場求解等功能添加進(jìn)PAM-CEM V2010.0 版本。

(1)電阻材料屬性的薄層求解功能 (Resistive Coatings)。

在實際的電磁兼容問題中，電阻材料薄層的厚度往往只有幾毫米甚至更薄，如果對薄層進(jìn)行直接3D建模就需減小網(wǎng)格單元的大??；而為了得到真實精確的仿真結(jié)果，薄層中的網(wǎng)格數(shù)需要至少3~4層，因此，進(jìn)行直接3D 建模分析求解并不現(xiàn)實。

PAM-CEM 為了更好地仿真求解薄層問題，添加了Resis-tive Coatings功能，可以對于具有薄層的物體進(jìn)行更精確的電磁仿真分析。例如，汽車前端的薄層噴涂對于防碰撞雷達(dá)的影響、飛行器上的復(fù)合材料通過鋁層鋪設(shè)后對于飛行器電磁場分布的改變等。

(2)高頻電大問題求解功能(PAM-CEM/HF)。在高頻電磁場及超高頻電磁場仿真分析中，由于頻率過高導(dǎo)致網(wǎng)格數(shù)相應(yīng)增多，在一些條件下并不能解決EM的仿真分析問題。因此，PAM-CEM/HF應(yīng)用PO法(Physical Optics 物理光學(xué)法)、PTD法(Physical Theory of Diffraction物理幾何衍射法) 并結(jié)合EEC法(Equivalent Edge Current 等效邊緣電流法)對電大問題進(jìn)行電磁仿真分析。可以適用于高頻雷達(dá)散射截面分析，大型物體如艦船上天線輻射特性分析等。

(3)完善的近場求解功能 (Near Radiated Fields with Re-flecting Obstacles)。

在PAM-CEMV2009.0 版本中，可以對仿真分析對象進(jìn)行電磁場的近場輻射仿真分析，如在3D計算區(qū)域中的電磁場仿真分析。在PAM-CEMV2010.0 版本中，對于近場求解，增加了對于有障礙物存在的情況下近場電磁場的分布。

(4)PRE-CEM 前處理器。

PRE-CEM是PAM-CEM 的圖形前處理器，是交互的圖形軟件包，所有數(shù)據(jù)輸入都按本領(lǐng)域?qū)I(yè)術(shù)語進(jìn)行描述。通過PRE-CEM，可以輕松創(chuàng)建出用于計算的PAM-CEM 輸入文件。

PRE-CEM 模塊功能、特點包括：

◎支持多種高級CAD/CAE 模型，如Iges、Stl、Dxf、Gen3D Mesh 文件、Nastan Mesh 文件和Ideas Mesh 文件等；

◎幾何模型快速導(dǎo)入及其高級清除功能(重疊和自由圖元，如點、末端以及線或面)；

◎網(wǎng)格參數(shù)定義及局部細(xì)化功能；

◎后處理輸出參數(shù)輸入功能(電磁場分布、切平面、結(jié)構(gòu)體上的感應(yīng)電流以及給定平面或整個空間的遠(yuǎn)輻射場)。

(5)POST-CEM/PAM-VIEW 后處理器。

1)PAM-VIEW后處理器。PAM-VIEW是專門用于顯示PAM-CEM 計算結(jié)果的交互圖形式后處理器，并且可以幫助用戶輕松通過三維圖形、動畫和曲線，如幾何/邊界線、云圖以及等位線圖等表達(dá) PAM-CEM結(jié)果。

PAM-VIEW支持后處理輸出文件及特點：

◎隨時間變化的曲線文件；

◎輻射電磁場文件(在給定平面或整個空間的輻射圖形)；

◎表面結(jié)果文件；

◎通過ASCII 數(shù)據(jù)顯示/ 導(dǎo)出外部 二維曲線及POST-CEM

支持格式的文件；

◎同時利用多個幾何圖形對象輕松創(chuàng)建并合并構(gòu)建復(fù)雜圖片；

◎利用鼠標(biāo)進(jìn)行圖形的轉(zhuǎn)變操作(旋轉(zhuǎn)、平移或縮放)。

圖1、圖2所示，為具體實例的電磁圖。

作者：焦立新 來源：《CAD/CAM與制造業(yè)信息化》2010年09期

2)POST-CEM 后處理器。POST-CEM后處理器是利用OSF母題圖形用戶界面的交互圖形式后處理器。通過動態(tài)有限元模擬軟件，該模塊可生成有限元網(wǎng)格圖及隨時間變化曲線圖。圖3所示為RCS輻射方向圖。

POST-CEM后處理器特點：顯示靜止或動態(tài)圖形；提供與界面相聯(lián)系的命令語言，在批處理模式下運行POST-CEM。

(6)PAM-CEM/FD 求解器。

PAM-CEM/FD求解器主要用于處理電磁兼容和電磁干擾(EMI)問題(包括天線輻射的近場以及遠(yuǎn) 場輻射)的求解，利用SEMAIL網(wǎng)格剖分器自動產(chǎn)生的方塊(sugar-cube) 單元進(jìn)行求解?；跁r域求解全麥克斯韋爾方程，得到任意復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)的電磁場輻射特性，完全符合實際情況。當(dāng)面對EMC問題時，PAM-CEM/FD 能夠快速洞察電磁狀況。

PAM-CEM/FD 求解器主要特點是：

◎采用三維麥克斯韋爾方程直接求解任意復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)；

◎完全的時域分析非常適合在寬頻段上進(jìn)行電磁兼容分析；

◎與CRIPTE(線纜網(wǎng)絡(luò)分析軟件)完全耦合所需參數(shù)的求解；

◎線纜網(wǎng)絡(luò)上的電場切向量的求解(與CRIPTE 軟件耦合所需參數(shù))；

◎線纜結(jié)構(gòu)中的感應(yīng)電流的求解。

(7)SEMAIL 網(wǎng)格生成器。

SEMAIL是一個基于高級前沿技術(shù)的自動表面和體網(wǎng)格生成器。用于為PAM-CEM/FD求解器創(chuàng)建高質(zhì)量網(wǎng)格。

SEMAIL 主要特點如下：

◎產(chǎn)生非結(jié)構(gòu)表面三角形單元網(wǎng)格，線性四面體體網(wǎng)格。

◎單元尺寸和形狀可以是任意的，通過背景網(wǎng)格、點、線、面或直接和CAD數(shù)據(jù)相關(guān)的單元尺寸來指定；

◎縫隙網(wǎng)格生成有效性(無因電連接的面網(wǎng)格或體網(wǎng)格生成)；

◎數(shù)據(jù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)功能；

◎輻射電磁場的近場計算功能。

實際應(yīng)用如圖4~圖6所示。

(8)其他工具——CRIPTE。

CRIPTE是一個基于交互模式下的多導(dǎo)體傳輸線(MTL-Multiple Translation Lines)解決模塊，由于可以與PAM-CEM進(jìn)行完全耦合從而得出完整的電磁環(huán)境，該軟件同時也是PAM-CEMV2009.0 電磁兼容解決方案軟件包的一個模塊。CTIPTE 軟件包括LAPLACE線纜導(dǎo)線參數(shù)計算模塊、CRIPTE 線纜網(wǎng)絡(luò)計算分析模塊、C3M耦合PAM-CEM參數(shù)分析模塊和RORQUAL特殊電源信號計算分析模塊等。

其特點是：

◎可以與PAM-CEM進(jìn)行完全耦合，與3D模型進(jìn)行整體仿真分析以得出精確結(jié)果；

◎線纜網(wǎng)絡(luò)的直觀定義；

◎提供導(dǎo)線的所有必要特征(導(dǎo)線絕緣參數(shù)、屏蔽線纜參數(shù)和子網(wǎng)絡(luò)對外等效S參數(shù))；

◎整套線纜信號完整性分析；

◎帶有專門用于線纜網(wǎng)絡(luò)的輸出和后處理功能，便于觀察結(jié)果。

具體應(yīng)用如圖 7~ 圖10所示。

四、軟硬件平臺支持

PAM-CEMV2010.0電磁兼容解決方案軟件包包括幾種電磁求解產(chǎn)品，PAM-CEM/FD求解時域電磁問題；CRIPTE求解線纜網(wǎng)絡(luò)的傳導(dǎo)現(xiàn)象；PAM-CEM/HF求解高頻電大問題。由于這些模塊不僅可以進(jìn)行獨立求解應(yīng)用，還可以進(jìn)行完全耦合應(yīng)用，下表為PAM-CEM的模塊所適用的操作平臺。

硬件支持：512MB RAM(推薦使用1GB以上)；桌面分辨率至少設(shè)置為1280×1024；安裝目錄下至少480MB空閑空間；3鍵鼠標(biāo)(中鍵用來進(jìn)行 選擇旋轉(zhuǎn)、確定等操作)。