双层屏蔽腔内线缆负载电磁耦合的EMT分析方法

电磁拓扑分析方法将一个复杂系统的求解问题等效成许多子系统问题的求解,能够有效降低复杂电子系统电磁干扰问题求解的难度。本文针对双层屏蔽腔内辐射源对传输线电磁干扰求解问题,提出了一种计算腔内电偶极子辐射源对传输线负载电磁耦合的电磁拓扑分析方法。阐述了双层屏蔽腔内传输线耦合机理,建立了腔内传输线负载电磁干扰的电磁拓扑图和信号流图。根据腔体本征模理论、Bethe 理论以及BLT 方程,得到了传输线负载干扰电压。结果表明本文方法能够准确计算腔内干扰源对传输线负载干扰,且计算效率高,占用内存少。     

贯通导线端接负载对腔体电磁耦合影响分析

为研究贯通导线端接负载对金属腔体电磁耦合的影响, 基于时域有限积分方法建立了平面波辐射条件下含贯通导线金属腔体的耦合计算模型, 通过腔内屏蔽效能变化研究了端接负载及连接方式等对腔内电磁耦合的影响, 分析了耦合机理, 提出了基于吉赫横电磁波传输室建立含贯通导线腔体电磁耦合实验的新方法, 对计算结果进行了实验验证.研究表明:腔内贯通导线负载为纯电阻及容性阻抗时, 负载接腔体或腔体接地能降低腔内的电磁耦合, 且电阻值及电容值大小对腔内耦合有显著影响; 电阻及加载电容后发现,负载开路且腔体不接地时, 腔体的低频电磁耦合效果基本不变, 负载短路且腔体接地时, 负载变化对腔内高频耦合影响不大.负载连接腔体对腔内电磁耦合的谐振频率有一定影响.       

贯通导线端接负载对腔体电磁耦合影响分析

为研究贯通导线端接负载对金属腔体电磁耦合的影响,基于时域有限积分方法建立了平面波辐射条件下含贯通导线金属腔体的耦合计算模型,通过腔内屏蔽效能变化研究了端接负载及连接方式等对腔内电磁耦合的影响,分析了耦合机理,提出了基于吉赫横电磁波传输室建立含贯通导线腔体电磁耦合实验的新方法,对计算结果进行了实验验证.研究表明:腔内贯通导线负载为纯电阻及容性阻抗时,负载接腔体或腔体接地能降低腔内的电磁耦合,且电阻值及电容值大小对腔内耦合有显著影响;电阻及加载电容后发现,负载开路且腔体不接地时,腔体的低频电磁耦合效果基本不变,负载短路且腔体接地时,负载变化对腔内高频耦合影响不大.负载连接腔体对腔内电磁耦合的谐振频率有一定影响.     

基于拓扑网络的屏蔽腔体内置微带线响应分析

针对外场激励下屏蔽腔体内微带线的耦合终端响应,提出一种基于电磁拓扑网络的半解析混合算法——传输线网络BLT(Baum-Liu-Tesche)方程法.首先建立孔缝、腔体及微带线的电磁拓扑模型,然后结合腔体格林函数法,求解磁流激励腔体内的电场分布,最后利用网络BLT方程求解各节点处的电压和电流,即可得到任意位置处的微带线耦合终端响应.通过与实测值、其他方法计算结果对比,验证了所提方法的有效性.计算结果表明:在腔体和孔缝的谐振频率附近,微带线响应出现了峰值;且微带线距孔缝越近,产生的耦合电压值越大;入射脉冲宽度越窄,相同位置处的微带线耦合终端电压越大.     

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.     

双导线传输线BLT方程的离散化方法

基于Beam Liu Tesche方程(以下简称BLT方程),采用离散化方法来求解双导传输线的频域和时域终端响应.对于离散化的双导线模型,应用Agrawal模型分布源,首先获得了BLT方程在频域上的离散化计算公式.接着采用Fourier逆变换,获得BLT方程在时域上的离散化计算公式.采用这两个离散化计算公式,当知道在导线上的激励源分布的离散数据时,就可以计算线路终端频域或者时域的感应电压和电流.最后针对平面波激励源进行数值仿真试验.     

贯通导线对腔体内电路电磁干扰影响的仿真研究

研究了无贯通导线时干扰源发出的电磁脉冲波通过贯通孔耦合进入屏蔽体内对印制电路板终端负载产生干扰电压,并仿真了干扰源与线之间的距离以及线长度变化时对电压产生的影响.研究表明贯通导线通过与屏蔽体外的电磁脉冲波耦合,可使传人进屏蔽体内印制电路板终端负载电压增大很多,同时随着导线与干扰源距离的缩短终端负载于扰越大,而线的长度变化时,终端负载干扰电压与线和干扰源的相对位置有关,低频时相对位置对称干扰大,高频时随着相对位置不对称性增大其干扰增大.这些工作对电子系统的设计和安装具有指导意义.     

动车组内电磁场对线缆耦合及抑制措施分析

分析动车组在运行的时候产生的空间电磁干扰源,采用Agrawal传输线理论对场线耦合进行分析计算;分析干扰源参数变化对传输线终端负载电流的影响;通过计算数据分析线缆的抗干扰措施,为车辆布线电磁兼容性设计提供参考。     

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电路电磁脉冲效应混合仿真方法

电磁脉冲作用于屏蔽腔内的微带线电路的过程十分复杂。目前已有的研究存在局限,缺少将场分析与电路分析结合起来的研究方法。通过一个混合模拟方法计算了电磁脉冲辐照下的含屏蔽腔的微带线电路上的耦合电压。该方法通过建立腔体与微带线的电磁拓扑模型,利用BLT方程计算得到电磁脉冲在微带线上的耦合电压,结果表明电场强度为1 000 V/m的电磁脉冲会在微带线终端产生1.5 V左右的耦合电压。通过电路仿真软件仿真计算了外辐射场对电路工作状态造成的影响,外辐射场在300 V/m时会影响信号放大电路的正常工作。     

Theoretical and experimental characterization of theEMP-interaction with composite-metallic enclosures

A numerical procedure is developed for the prediction of the electric and magnetic field distribution inside an enclosure having aluminum and carbon-fiber reinforced composite (CFRC) walls, illuminated by a transient electromagnetic plane wave. The composite panel is simulated by an effective layer model; time-domain surface impedance boundary conditions are enforced on the external faces of the composite slab, to express the relations among the tangential electric and magnetic field components. A coupling model for the calculation of the current induced along thin wires inside the enclosure is presented. The proposed models are implemented in a three-dimensional (3-D) finite-difference time-domain (FDTD) procedure, which is applied to the analysis of the shielding performances of an aluminum box with one CFRC face, illuminated by a transient electromagnetic wave. The computed results are compared with measured data obtained by using a full scale EMP generator     

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。     

不完全屏蔽腔体辐射耦合电场增强效应防护方法

针对武器装备机箱内部电磁辐射防护的技术需要,从不完全屏蔽腔体辐射耦合电场增强效应形成机理出发,对孔缝耦合及贯通导体耦合导致的屏蔽腔体内部局部电场增强效应防护方法进行了研究.仿真计算了屏蔽腔体内部加载吸波材料、腔体分区隔断以及贯通导体安装金属导管等防护方法对不完全屏蔽腔体电磁耦合的影响,研究结果表明:在屏蔽腔体内部加载吸波材料能够有效降低由于腔体谐振产生的电场增强效应,相同的吸波材料放置在强场位置防护效率会更高;采用分区隔断的屏蔽腔体能够提高腔体的谐振频率,大幅降低腔体内大部分位置的电磁耦合能力;贯通导体通过金属导管进入屏蔽腔体能够有效降低贯通导体的电磁耦合能力,削弱屏蔽腔体内部的电场增强效应,屏蔽腔体内部及外部的金属导管长度越长,其防护效果越明显.     

Closed-form transmission line model for radiated susceptibility in metallic enclosures

This work presents an approximate frequency domain mathematical model based on the transmission line (TL) theory for field-to-wire coupling in a rectangular metallic enclosure. The currents and voltages at the terminations of a TL induced by known electromagnetic (EM) field sources are expressed in closed form. Validity limits and applicability of the model are discussed by comparing the analytical TL-based predictions with the outputs of a full-wave numerical analysis of the overall structure using a three-dimensional finite integration technique. Deviations from the full-wave solution, due to the scattered field from the TL, have been identified, analyzed, and discussed. The proposed analytical model proves to be generally suited for accurate prediction of radiated susceptibility of single-ended interconnections in closed environments.     

理想化强电磁脉冲激励及其对良导体的透射

根据理想脉冲电磁场穿透良导体屏蔽壳层的能力,给出了理想脉冲电磁场在良导体中传播的波动方程。计算了理想脉冲平面电磁波的穿透幅度衰减因子,并分析了理想脉冲电磁波和简谐电磁波的幅度衰减因子,根据幅度衰减因子相同的原则,给出了理想脉冲电磁波的简谐电磁波等效频率,为电磁屏蔽防护技术提供设计理论参考。     

Electromagnetic field coupling to a line of finite length: theoryand fast iterative solutions in frequency and time domains

A system of integral-differential equations for evaluating currents and voltages induced by external electromagnetic fields on a finite-length horizontal wire above a perfectly conducting ground is derived under the thin wire approximation. Based on perturbation theory, an iterative procedure is proposed to solve the derived coupling equations, where the zeroth iteration term is determined by using the transmission line (TL) approximation. The method can be applied both in the frequency and in the time domains. The proposed iterative procedure converges rapidly to the exact analytical solution for the case of an infinite line, and to the NEC solution for a line of finite length. Moreover, with only one iteration, an excellent approximation to the exact solution can be obtained. The method is applied to assess the validity of the TL approximation for plane wave coupling to an overhead line of finite length. It is shown that the resulting errors for the early-time response are generally higher than those corresponding to infinite lines     

架空线路感应电压的计算与分析

架空线路受外界电磁脉冲的作用,会产生感应电压。为研究这个问题,本文选择修正传输线模型作为雷电通道 回击模型,得出雷击大地情况下的感应电磁场,并计算了考虑大地损耗的水平电场分量。用Agrawal 场线耦合模型和时 域有限差分法(FDTD)计算了雷击线路附近引起的线上感应电压情况,将计算结果与相关文献进行对比,结果一致,验证 了本文方法的正确性。最后,分析了不同端接负载对线路感应电压的影响,得出了感应电压在不同端接负载时的变化规 律和特点,为分析实际工程情况提供一定的参考。     

含复合材料封闭腔电磁屏蔽效能评估

复合材料已广泛应用于现代航空航天、汽车和电子等行业。当复合材料用于腔体外层时,其仅几毫米的厚度为基于时域有限差分(FDTD)法的电磁屏蔽效能评估带来挑战。本文采用亚网格边界条件(SGBC)技术,结合FDTD方法实现了对含复合材料薄层封闭腔的电磁屏蔽效能快速评估。计算了3种不同含复合材料薄层封闭腔在0.1?1 GHz内的电磁屏蔽效能,并与基于全波分析方法软件的仿真结果进行对比,二者计算结果吻合良好,证明了采用该方法在复合材料封闭腔SE分析方面的有效性。     

窄缝耦合共振特性分析

应用时域有限差分法模拟了正弦波和电磁脉冲对窄缝的耦合过程，计算了直缝和扭曲缝的耦合穿透功率和能量，通过分析窄缝的耦合传输系数变化曲线，得出窄缝发生耦合共振的条件和规律。并通过直缝与扭曲缝耦合情况的比较，表明了扭曲缝具有较好的电磁防护能力。