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时域有限差分法及其在开关电源电磁辐射计算中的应用

王爱国  
【摘要】: 在综合前人工作基础上,本文对时域有限差分(FDTD)法及其在开关电源辐射电磁场数值计算中的应用进行了系统的分析和研究,其核心内容包括:伪低频电磁场数值计算中PML吸收边界条件性能的研究;基于基准问题—电偶极子天线三维辐射电磁场,验证了本文构造的基于PML吸收边界条件的三维FDTD法及其计算软件,并应用于高频开关电源辐射电磁场的数值分析;提出了一种改进的交替方向隐格式时域有限差分法。 在时域有限差分法PML吸收边界条件研究中,本文完善了基于PML吸收边界条件的二维、三维的时域有限差分法,并开发了相应的FORTRAN计算软件。通过数值计算,分析了二维、三维伪低频电磁场计算中PML吸收边界条件的稳定性和吸收性,给出了大量的数值计算结果和一些有价值的计算结论。 应用本文开发基于PML吸收边界条件三维时域有限差分计算软件,计算了电偶极子天线的三维辐射电磁场,并将计算结果与解析解进行了对比分析,验证了时域有限差分法计算高频开关电源辐射电磁干扰的有效性。从而以实际高频开关电源为工程背景,通过对高频开关电源产生的辐射电磁场的分析,重点计算了该开关电源控制回路处的主要电磁干扰,得出了相应的数值计算结果和可供实用参照的结论。 针对传统的FDTD法分析伪低频电磁场问题时的不足,通过系统研究交替方向隐格式时域有限差分法,本文提出了一种改进的二维交替方向隐格式时域有限差分法,并编制了相应的计算软件。计算实例表明,改进的方法具有较高的计算精度。


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