通信系統(tǒng)中電磁脈沖效應(yīng)的混合仿真方法和作用機理研究.pdf

1、隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展,電磁兼容(Electromagnetic compatibility:EMC)和電磁干擾(Electromagnetic interference:EMI)抑制問題變得越來越重要。雖然人們在應(yīng)用電磁數(shù)值技術(shù)方面做了很多研究,實際通信系統(tǒng)中的EMC/EMI問題仍很有挑戰(zhàn)性,特別是如何用電磁場數(shù)值技術(shù)進行系統(tǒng)級EMC/EMI仿真。為此,本文較系統(tǒng)地研究了通信系統(tǒng)在外界電磁脈沖(EMP)作用下電磁效應(yīng)的混合仿真方法和作

2、用機理。主要工作和創(chuàng)新點總結(jié)如下:
　　 一、第二章發(fā)展了混合FDTD數(shù)值方法,提出了融合細導(dǎo)線、窄縫和薄層媒質(zhì)等特殊細微結(jié)構(gòu)亞網(wǎng)格技術(shù)的統(tǒng)一亞網(wǎng)格算法。在混合FDTD方法的基礎(chǔ)上,研發(fā)了EMP效應(yīng)分析軟件模塊,進一步研究了典型通信系統(tǒng)外殼在EMP輻照時的屏蔽效能隨頻率、入射脈沖參數(shù)和幾何尺寸的變化規(guī)律,并且重點研究了內(nèi)諧振頻率、頻率選擇表面、觀測窗口等因素對屏蔽效能的影響。
　　 二、第三章詳細研究了典型通信系統(tǒng)外殼在

3、EMP斜入射時的屏蔽效能隨頻率、入射脈沖參數(shù)、細微結(jié)構(gòu)位置、加載細天線負載和其幾何尺寸的變化規(guī)律,并且研究了同頻干擾問題,提出了增強金屬腔體外殼屏蔽性能的關(guān)鍵技術(shù)。
　　 三、第四章提出了改進的屏蔽電纜轉(zhuǎn)移阻抗理論模型以及EMP作用下屏蔽線纜的場線耦合方程。用改進節(jié)點法(MNA)和傳輸線FDTD算法對電纜(互連線)以及電纜網(wǎng)絡(luò)連接的電路模塊分析,然后結(jié)合混合FDTD方法,對含有電纜網(wǎng)絡(luò)、多重能量傳輸和耦合通道的系統(tǒng)外殼、通過互連

4、網(wǎng)絡(luò)集成在一起的內(nèi)部子系統(tǒng)進行了場、線、路一體化綜合分析。進一步研究了EMP作用下典型通信系統(tǒng)、屏蔽艙室中電纜網(wǎng)絡(luò)的浪涌電壓、電流傳播特性。
　　 四、第五章綜合分析了集總參數(shù)微波電路的場路混合算法,包括單個集總參數(shù)單元、單端口網(wǎng)絡(luò)以及雙端口網(wǎng)絡(luò)的仿真算法,并將雙端口網(wǎng)絡(luò)算法推廣到多端口網(wǎng)絡(luò)情形,給出了微波電路散射參數(shù)的提取方法,并對微波電路匹配負載進行建模分析。進一步地,應(yīng)用場一路混合算法,研究了EMP輻照時混合微帶電路和器件

5、的瞬態(tài)響應(yīng),進而分析其失效狀況。
　　 五、第六章研究了場效應(yīng)管在EMP作用下的瞬態(tài)電熱響應(yīng),詳細分析了其溝道最大溫度、最大溫度場與脈沖作用時間的關(guān)系、最大溫升與脈沖波形的關(guān)系,為效應(yīng)管的電-熱防護設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。
　　 六、第七章提出了計算效率更高的基于一維坐標(biāo)的新型任意階LOD-FDTD無條件穩(wěn)定算法,并用數(shù)值實驗和理論證明了算法的無條件穩(wěn)定性,和ADI-FDTD算法中的數(shù)值色散進行了比較,分析了不同參數(shù)的變化對提

6、出的LOD-FDTD算法數(shù)值色散影響。
　　 七、第七章針對隱式LOD-FDTD算法色散誤差比較大問題,提出了三維參數(shù)優(yōu)化(Parameter-Optimized LOD-FDTD:PO-LOD-FDTD)LOD-FDTD算法,從理論上證明了PO-LOD-FDTD的無條件穩(wěn)定性,得到了不同情況下的優(yōu)化參數(shù),研究了優(yōu)化參數(shù)隨時間步長、頻率變化情況。數(shù)值結(jié)果表明PO-LOD-FDTD能大幅度地降低LOD-FDTD算法的數(shù)值色散誤差,