传输线端接复杂电路的电磁耦合时域分析方法

该文基于时域有限差分(FDTD)方法和传输线方程,结合Ngspice软件,提出一种高效的时域混合算法,能够快速模拟空间电磁场作用传输线端接复杂电路的电磁耦合问题。该算法的优势在于实现了空间电磁场辐射与端接复杂电路瞬态响应的协同计算,且避免了对传输线和复杂电路结构的直接建模。首先,将复杂电路通过传输线的特性阻抗进行等效,采用FDTD方法结合传输线方程,求解得到特性阻抗上的入射电流响应。然后,在每个时间步上,将该电流引入复杂电路作为激励源,联合电路模型建立网表文件。最后,使用Ngspice软件读取网表文件,并仿真得到电路各元件上的瞬态响应。通过相应计算实例的数值模拟,与电磁场仿真软件CST的计算结果以及耗用内存和时间进行对比,验证了算法的正确性和高效性。     

基于高阶时域有限差分法与改进节点分析法混合求解复杂传输线网络瞬态响应

该文提出一种用于求解复杂传输线网络瞬态响应的新型混合算法.通过构建混合单端口网络模型将传输线分布参数系统与集总电路分开,分别采用高阶FDTD(2,4)与改进节点电压分析法(MNA)分析传输线与端口电路瞬态响应.与以往暂态分析方法相比,高阶FDTD(2,4)的低数值色散特性,使得求解传输线时可采用粗网格离散,能方便处理电长度较长的传输线.同时直接采用电路分析方法求解端口电路,能够获取电路中各节点的电压电流波过程.通过几组数值实例验证了该方法的有效性及准确性.     

传输线端接复杂电路的电磁耦合时域分析方法

该文基于时域有限差分(FDTD)方法和传输线方程,结合Ngspice软件,提出一种高效的时域混合算法,能够快速模拟空间电磁场作用传输线端接复杂电路的电磁耦合问题.该算法的优势在于实现了空间电磁场辐射与端接复杂电路瞬态响应的协同计算,且避免了对传输线和复杂电路结构的直接建模.首先,将复杂电路通过传输线的特性阻抗进行等效,采用FDTD方法结合传输线方程,求解得到特性阻抗上的入射电流响应.然后,在每个时间步上,将该电流引入复杂电路作为激励源,联合电路模型建立网表文件.最后,使用Ngspice软件读取网表文件,并仿真得到电路各元件上的瞬态响应.通过相应计算实例的数值模拟,与电磁场仿真软件CST的计算结果以及耗用内存和时间进行对比,验证了算法的正确性和高效性.     

屏蔽腔内任意高度线缆端接TVS管电路的电磁耦合时域分析

该文基于时域有限差分(FDTD)方法和传输线方程,结合插值技术和牛顿迭代法,提出一种新的时域混合算法,能够快速模拟屏蔽腔内任意高度线缆端接瞬态电压抑制(TVS)管电路的电磁耦合问题,并实现空间电磁场与线缆和电路瞬态响应的同步计算。该算法首先利用FDTD方法结合STL网格剖分技术实现屏蔽腔结构的快速建模以及腔体内空间电磁场分布的准确模拟。然后利用传输线方程结合插值技术建立腔体内线缆的场线耦合模型,结合FDTD方法,迭代求解出线缆上的电压和电流响应。对于线缆端接的TVS管电路,列写电压电流方程,采用牛顿迭代法计算得到电路端口的电压响应。通过与电磁仿真软件的计算结果进行对比,验证了所提时域混合算法的正确性。研究表明,该算法能够很好地应用于屏蔽腔内线缆端接负载的TVS管限幅防护设计。     

传输线网络瞬态响应灵敏度分析

在传输线网络瞬态响应灵敏度分析之中,提出了一种基于NILT的新的分析方法。该方法将传输线及其效应连同电子元器件及单元电路作为一个整体,根据传输线在电路中的拓扑关系,将传输线网络瞬态响应灵敏度分析问题转化为求解传输线网络瞬态响应问题,以及传输线ABCD矩阵对电路参数的偏导数问题。通过将ABCD矩阵进行级数展开,极大地简化了ABCD矩阵对电路参数偏导数的计算以及传输线网络瞬态响应灵敏度的分析。本文方法不需要对耦合传输线进行解耦,具有简单、精确、高效等特点,算例结果表明了本文方法的有效性。     

端接复杂电路传输线网络的电磁耦合时域并行计算方法

针对端接复杂电路传输线(TL)网络的电磁耦合问题,仍缺乏高效的场路协同仿真技术。该文将传输线方程与时域有限差分(FDTD)方法、诺顿定理和置换定理以及NGSPICE软件相结合,并引入消息传递接口(MPI)并行技术,提出一种高效的时域混合并行算法(FDTDTL-NGSPICE)。首先,根据诺顿定理和置换定理,将传输线网络分解为传输线子系统和复杂电路子系统,并构建对应的等效电路模型。然后,使用FDTDTL并行算法计算传输线子系统沿线各点的电压和电流,并获取对应诺顿等效电路的电流源和等效导纳大小。最后,使用NGSPICE对复杂电路子系统进行传导干扰分析,获得复杂电路各元件上的瞬态响应,并将端口电压反馈给传输线子系统作为边界,实现传输线网络电磁耦合的场线路联合协同仿真。通过对3类典型场景的计算实例,分别使用时域混合并行算法和电磁仿真软件CST电缆工作室(CS)进行数值模拟并对比,验证所提算法的置信度。     

传输线网络瞬态响应灵敏度分析方法

针对传输线网络瞬态响应灵敏度分析问题,提出了一种采用快速傅里叶变换的灵敏度分析方法。方法从描述整个传输线网络特性的电路方程出发,将传输线网络瞬态响应灵敏度转化为求解传输线网络瞬态响应以及网络参数矩阵对电路参数的偏导数,实现了传输线网络任意节点瞬态响应对任意网络参数的灵敏度分析。该方法无需对耦合传输线进行解耦,能够分析任意类型传输线及任意负载。算例结果表明,方法正确有效。     

外场作用双导线的电磁耦合时域分析方法

基于时域有限差分（finite-difference time-domain，FDTD）法和传输线方程，并结合插值技术，研究了一种高效的时域混合算法，能够快速模拟电磁波照射自由空间和屏蔽腔内双导体传输线的电磁耦合，并实现空间电磁场与双导线瞬态响应的同步计算.该算法先采用FDTD方法模拟双导线周围空间的电磁场分布，结合插值技术构建适用于双导线电磁耦合的传输线方程，再采用FDTD的中心差分格式进行离散，从而求解得到传输线和端接负载上的瞬态响应.同时，分析双导线间距对其电磁耦合的影响，掌握其耦合规律.通过相应数值算例的模拟，并与FDTD方法进行对比，验证了该时域混合算法的正确性和高效性.     

PCB上微带线的电磁耦合时域建模分析方法

基于时域有限差分方法和传输线方程,结合高效网格建模技术,文中提出了一种高效的时域建模算 法,它能有效解决微带线的电磁耦合建模问题,实现空间电磁场与微带线瞬态响应的同步计算。首先,结合经验公 式,计算得到微带线的单位长度分布参数,构建适用于微带线电磁耦合分析的传输线方程。然后,采用时域有限差 分(Finite-Difference Time-Domain, FDTD)方法,结合非均匀网格技术和自动网格生成技术,仿真得到微带线激励场, 并在每个时间步进上引入传输线方程获得等效分布源项。最后,对传输线方程使用FDTD 的中心差分格式进行离 散,实现微带线及其端接电路上瞬态响应的迭代求解。为了验证时域建模算法的正确性和高效性,通过自由空间和 屏蔽腔内PCB 上微带线电磁耦合的数值模拟,从计算精度和耗时两方面与传统FDTD 方法的计算结果进行了对比。     

传输线瞬态响应的一种时域分析方法

提出一种传输线瞬态响应的时域分析方法。该方法对电报方程在时域内差分离散,在建立对空间的一阶微分方程组后,采用精细积分法,可获得传输线瞬态响应。这是一种时域内的半解析数值计算方法,具有方法简单、计算精度高等优点,能够有效地分析具有非线性负载的有损耦合传输线瞬态响应问题,也可以用于输电线路的瞬态分析及故障测距。     

一种新型全域时域有限差分法

提出一种基于半导体器件漂移扩散模型并结合交替方向隐式时域有限差分(ADI-FDTD)法的新型全域FDTD法.该方法时间步长的选择取决于数值精度而非稳定性,克服了传统全域FDTD法为了保持数值稳定性,时间步长的选取受限于Courant稳定性条件的问题.该方法的复杂度稍微增加,但是通过增加时间步长,减少计算时间、提高计算速度.该方法的主要特点是模拟一个简单的二极管分布开关电路.     

固态激光雷达输电线路实时建模及压缩技术北大核心CSCD

输电线路的三维重建是电网巡检的重要任务之一。为实现电路巡检自动化,提出了一种基于固态激光雷达的输电线路实时三维重建及数据压缩技术。首先,针对固态激光雷达的特点对经典激光SLAM框架进行改进,优化其特征提取过程并加入了运动补偿,使用改进的算法对输电线路进行实时建模;然后,使用加入权重因子改进的模糊C均值聚类方法对点云模型进行降噪滤波,去除离群点及噪点;最后,为了降低大型点云数据的储存及传输开销,设计基于时空编码的方法对输电线路模型进行压缩。实验结果表明,该方法可以实现输电线路场景的高精度实时建模,压缩后的模型可以满足储存及传输要求。     

Time-domain analysis of lossy multiconductor transmission lines based on the Lax–Wendroff technique

Taking advantage of the hyperbolic characteristics of the telegrapher equations, this paper applies the Lax–Wendroff technique, usually used in fluid dynamics, to transmission line analysis. A second-order-accurate Lax–Wendroff difference scheme for the telegrapher equations for both uniform and nonuniform transmission lines is derived. Based on this scheme, a new method for analyzing lossy multiconductor transmission lines which do not need to be decoupled is presented by combining with matrix operations. Using numerical experiments, the proposed method is compared with the characteristic method, the fast Fourier transform (FFT) approach, and the Lax–Friedrichs technique. With the presented method, a circuit including lossy multiconductor transmission lines is analyzed and the results are consistent with those of PSPICE. The nonlinear circuit including nonuniform lossy multiconductor transmission lines is also computed and the results are verified by HSPICE. The proposed method can be conveniently applied to either linear or nonlinear circuits which include general transmission lines, and is proved to be efficient.     

多导体传输线电感矩阵的直接算法

该文针对多导体电感矩阵通常需借助复杂间接方法求解的情况,提出一种多导体传输线电感矩阵的直接算法。利用双细线回路方程构建矩阵模型直接求解电感矩阵,降低了分析复杂度;并采用矩阵运算,在计算电感矩阵的同时求解多导体电流分布,解决了传统间接方法无法进行电流分析的难题。分析过程中采用非磁准近似条件和细线划分,可适用于宽频段、任意导体间距,任意横截结构情况。仿真结果表明,该算法在电感矩阵和电流分布的计算上均有较高精度。     

基于积分方程等效电路和BLT方程的传导耦合效应仿真分析

提出了基于积分方程等效电路和Baum-Liu-Tesche(BLT)方程的电磁脉冲传导耦合效应分析方法, 建立外部电磁干扰等效源模型, 提取等效电流和阻抗参数.对内部含复杂传输线网络和集成电路插件的电子设备建立了电磁拓扑模型, 采用BLT方程分析电磁脉冲响应.仿真分析了内部传输线连接关系、外部信号线长度和半径大小、节点负载等因素对传导耦合效应的影响.将计算结果和商用电磁仿真软件CST的结果进行了对比, 分析了所提方法的有效性, 可为电子设备电磁脉冲防护设计提供参考.     

射频连接器与微带线组件焊接过渡段阻抗补偿研究

射频连接器与微带线组件常用于通信系统电路中,而组件焊接过渡段的阻抗不连续会使电路中的信号损耗增大.针对该问题,本文对射频连接器与微带线组件焊接过渡段进行研究,基于传输线理论,建立焊接过渡段的等效电路模型.讨论了焊接过渡段特征阻抗不连续的原因,同时提出了补偿优化方案.此外,通过电磁场与电路的联合仿真,提取出补偿前后等效电路模型的电参数,从等效电路模型的角度分析了补偿方案对组件过渡段复杂电磁特性的影响.有限元仿真分析与实验测试结果显示,补偿后组件的性能显著提高,证明了补偿方案有效可行.     

在片传输线等效电路模型的传递函数分析

提出了一种通过传递函数分析来确定在片传输线等效电路模型拓扑结构的新方法。通过这种方法,可分析得出由不同1-π单元组成的等效电路的拟合能力。通过对测量S参数的有理逼近构建了一个宽带宏模型。通过对比等效电路模型与宏模型的传递函数的零点和极点,开发出一种可靠且高效的确定传递函数等效电路结构的方法。分析发现复极点决定了模型的宽带拟合能力。共面传输线到50 GHz的测量S参数证明了本文提出的方法非常有助于寻找满足精度要求且最简单的拓扑。     

Precision time-transfer in transport networks using digitalcross-connect systems

A technique for precise synchronization of the time-of-day clocks in networks of digital cross-connect systems (DCSs) is described. This method is intended to enhance the performance of reconfigurable transport networks and is specifically devised to exploit the fine time resolution of the carrier signals to which a DCS has direct access. The resulting scheme is a master-slave, multisite, implicitly delay compensated, nonhierarchical time-transfer method with a theoretical precision of one bit time at the carrier rate. In practice, precision is limited by transmission span delay asymmetries but residual time errors of under 1 μs are predicted. The method is intended for n/ n space-switching DCS, but other DCS properties can be accommodated. Requirements for DCS equipment design are given, including a generic circuit module for DCS hardware support of the time transfer function. The proposed method applies to DS-3 networks or synchronous optical networks and requires no change in the standards. Measurement or improved estimation of characteristic span delay asymmetries is recommended to refine the preliminary performance estimate     

Simplified Macromodel of MTLs With Incident Fields (SiMMIF)

Electromagnetic compatibility (EMC) analysis of high-speed designs has become imperative due to rapidly increasing radio-frequency interference and emerging technological trends such as higher operating frequencies, denser layouts, and multifunction convergent products. In this paper, a simplified macromodel of multiconductor transmission lines (MTLs) exposed to incident fields is presented. The proposed formulation can also handle frequency dependence of resistance, capacitance, conductance, and inductance (RLGC) line parameters. The method employs the recently developed delay-extraction-based compact and passive MTL macromodel, while developing closed-form expressions for incident field analysis. An error bound for the proposed macromodel is also presented. The macromodel is simulation program with integrated circuit emphasis (SPICE) compatible and overcomes the mixed frequency/time simulation difficulties usually encountered during transient analysis, while guaranteeing the stability of the global transient simulation. The algorithm provides higher accuracy as well as significant speed gains for EMC analysis of transmission line networks as compared to the existing techniques.     

输电线路智能地线管控系统的研制与应用

为了提高输电线路智能地线管控能力,构建输电线路智能地线管控系统,提出基于虚拟同步控制的输电线路智能地线管控系统,建立了矢量控制下输电线路智能地线管控等效电路模型。采用T型等效电路分析的方法进行输电线路智能地线管控的系统稳定性特征分析,求得输电线路智能地线管控的优化参数结构模型。基于虚拟同步控制方法,进行输电线路智能地线子侧变流器的控制结构优化,采用最大功率跟踪的方法进行智能地线管控系统的控制指令加载,实现输电线路电压定向管控,构建优化的输电线路智能地线管控系统。仿真结果表明,采用该方法进行输电线路智能地线管控的智能性较好,稳定控制能力较强,提高了输电线路智能地线管控的无功环比例积分控制能力。