电子封装的磁场仿真
电子封装的电磁仿真 背景
航空船的消费电子包装需要满足IATA规定的门槛(2.1米和4.6米处为 5.25毫高斯)。
包装需要进行磁场测试，以满足IATA的规定。
对于测试，很难及时获得一个托盘的产品以进行更改，以进行产能提升，特别是对于数量可能达到数千的较小产品。
仿真以预测磁强度。理想情况下，该模型将允许客户在将磁体定向 到不同的方向和盒子，运输纸箱和托盘布局中的位置时轻松模拟强 度差异。
仿真可以在不同级别进行单品,多层排布包括十到二十种产品，以及托盘级别，可能包括多达一千种产品。
不同层次的产品包装更好。
优化包装以最大限度地减少磁场，以符合航空船法规。
耳机示例
- 耳机示例演示在优化包装时使用仿真
- 耳机驱动器用于在耳机中生成语音
- 耳机驱动器包括永磁体和音线圈
- 当不使用耳机时，只需要模拟永磁体和铁磁部件的磁场
结果：CST 工作室套件®中的静磁求解器
磁场强度标定
- 在远离磁体的地方测量时，磁力强 度的大小与磁偶极子的大小相同
- 远场的比例是~1/(距离)^3，这在 模拟中得到了验证。
- 利用这个比例，一个较小的模型可 以用于更快的模拟。在这个例子 中，可以使用一个0.5米的模型。 峰值B场可以在0.5米处测量，然后 2米或4米处的B场可以通过1/R^3的 比例来计算。(即0.5米处的3.5mG对 应于2米处的3.5/(2/0.5) ^3=0.055mG) ) 红线(模拟) 绿线(拟合曲线 ~1/R^3)
两个扬声器 - 方向
- 磁铁沿一个方向对齐
- 磁力强度大8倍
- 扬声器中的磁铁与其他扬声器的排列方式相反
多层排布的多扬声器仿真
- 磁铁沿一个方向对齐
- 磁体的方向被参数化并执行参数扫描以最小化磁强度
- 虽然模拟实际产品可以进行准确的预测，但可能非常耗时
更快的方法:Opera 中叠加的场
- 当没有干扰时，来自单元的静态杂散场的分布可以用谐波级数扩展 来精确描述
- 包含一小块永磁材料的单元很容易用磁偶极子(级数展开中的单个 项)表示，但是如果该单元包含几块永磁体和一些铁磁部件，则偶 极子近似值将不够好
- 如果结构和材料数据可用，或者可以测量，则可以通过仿真预测单 个单元的杂散场。描述杂散场所需的级数展开中的必要项可以通过 将关联的勒让德多项式级数拟合到在包含球体的表面上计算或测量 的场来计算
叠加示例
- 可以仿真单个耳机，然后磁场可以多项式系 列拟合
- 可以使用 Opera 后处理模块中的多项式系列 将许多耳机的场相加(请参阅随附的脚 本)
拉普拉斯方程和勒让德多项式
- 相关勒让德多项式是自由空间中拉普拉斯方程的级数解
- 不包含源的球体半径 R 内的场可以由以下系列描述：
- 球体半径 R 的外部场(外部没有源)可以用以下系列来描述：
其中常量𝐴mn和 𝐵mn 是膨胀系数， 𝑃mn是 n 阶和 m 阶的相关勒让德多项式
- 外部场的θ和φ分量可以通过场径向分量的膨胀系数计算，如下所示：
