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传输线理论及电磁兼容计算的半解析方法研究

张旭锋  
【摘要】:随着电子技术的高速发展和电磁环境的日益复杂,电子系统的电磁兼容问题日趋重要。电磁兼容的计算模型和方法对电磁兼容的预测和评估具有重要的指导意义,因此受到广泛关注。电磁兼容的计算模型主要分为电路理论模型、全波理论模型和传输线理论模型。本文基于传输线理论和电报方程,主要用解析法、半解析法研究了带非线性负载的无耗均匀传输线、无畸变传输线、非均匀传输线瞬态响应分析、自由空间和半空间细导线瞬态分析、埋地细导线的电磁耦合、以及有孔屏蔽腔的屏蔽效能分析等复杂的电磁兼容问题。主要内容及创新结果有以下几个方面: 1.推广了双导体传输线场线耦合Baum-Liu-Tesche (BLT)方程,建立了外电磁场激励下多导体传输线Taylor和Agrawal模型的BLT方程。利用Volterra积分方程,对带非线性负载的无耗均匀传输线以及无畸变传输线瞬态分析问题,建立了一种半解析方法。该方法利用BLT方程得到频域输入导纳、短路电流,然后将BLT方程中的矩阵求逆用级数展开,利用傅里叶变换的性质,得到Volterra积分方程中输入导纳、短路电流的瞬态解析表达,简化了Volterra积分方程,并可以避免奇异积分和数值傅里叶变换的误差。 2.提出了一种利用Volterra积分方程分析带非线性负载的非均匀传输线瞬态响应的方法,将非均匀传输线等效为一个均匀传输线的网络,利用传输线网络BLT方程得到频域输入导纳、短路电流,然后通过数值傅里叶逆变换得到Volterra积分方程中瞬态输入导纳、短路电流等参数。利用该方法一般只需将非均匀传输线分为几段即可得到满意的结果,特别是对于非均匀性不强的传输线。 3.针对频域细导线的电场积分方程,利用传输线模型得到积分方程的近似解,然后结合积分方程对近似解进行迭代改进,构造了一种半解析方法。进一步的,若导线处于无耗空间,则可利用级数展开和傅里叶变换的性质将迭代解和初值变换到时域,得到细导线瞬态分析的半解析迭代方法。数值结果表明半解析法有效地改进了解析近似解,并且易于数值实现,特别适合于细导线早期瞬态响应分析。 4.与传统的传输线方法将入射场看作集总源不同,利用场线耦合理论分别建立了传输线网络模型和传输线/格林函数混合模型,用于分析带孔矩形屏蔽腔的屏蔽效能,从而可以考虑入射角和极化角的影响。特别的,传输线/格林函数混合模型利用传输线模型得到孔缝上的等效源,再结合格林函数计算腔体内的电磁场,因而能计算腔体内任意点场强和屏蔽效能。


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