任意分布ST方法及其在随机场线耦合中的应用

随机测试(ST)方法是一种不确定性量化方法,已有的ST方法还不能处理具有任意分布随机变量的情况。通过Gram-Schmidt正交化算法为任意分布随机变量构建混沌多项式基底,对ST方法进行拓展,使其可用于任意分布随机变量的情况。将拓展后的ST方法用于传输线场线耦合分析中。在场线耦合的计算中,由于辐射场的不确定性,入射波极化角、方位角与仰角存在不确定性,因此传输线的响应也呈现出不确定性,导致随机场线耦合问题。针对输入参数服从任意分布的情况,应用ST方法对传输线场线耦合响应进行不确定性量化。对模型的输出响应进行多项式混沌展开,通过求解展开系数得到模型响应的统计信息。结合单随机变量和多随机变量场线耦合算例,得到传输线电压响应的统计信息。最后对比蒙特卡罗模拟方法,验证了ST方法的正确性和高效性。

基于模式匹配及BLT方程的腔体内场线耦合计算方法研究

金属腔体内的场线耦合是电磁兼容领域的一个重要的问题,基于模式匹配及BLT方程理论,该文提出一种计算带孔阵腔体内场线耦合的方法。将外部激励源对腔体内传输线的耦合分解为孔腔耦合和场线耦合两个过程,腔体内任意点的场强由模式匹配理论及矩量法计算得到,腔体内的场线耦合由Agrawal模型构建BLT方程进行计算。与测试数据对比得出,模式匹配理论可以准确计算腔体内部电磁场。与CST数值仿真数据对比得到,该方法可以准确计算任意入射波激励下线缆终端负载上的电流响应且计算效率高,可用于腔体内场线耦合的研究。

UWB,HEMP作用下长线缆场线耦合效应比较研究

为详细研究UWB(超宽带)、HEMP(核电磁脉冲)作用下长线缆的场线耦合效应问题,并将二者进行比较,依据场线耦合效应计算的Agrawal、Vance模型,推导了能有效用于场线耦合效应编程计算的实用算式。在此基础上编写了Matlab计算程序,对UWB和HEMP作用下长线缆的场线耦合效应进行了计算、分析和比较,得出了两种强场作用下的效应规律。计算显示,UWB和HEMP都能在线缆上激励较高的电流脉冲,也能在线缆端部激励较强的干扰电压脉冲;在相近条件下,UWB激励的响应弱于HEMP;二者相比,其场线耦合效应既有相似之处,又有不同的特点。

基于场线耦合理论的电爆装置射频感应电流仿真研究

针对有效天线口径法只能分析最危险情况下电爆装置射频安全性的不足,采用场线耦合理论进行一般情况下平行脚线电爆装置的射频危害分析。首先,分析射频危害能量与电爆装置的耦合机理。然后,在此基础上推导得到电爆装置射频感应电流的数学表达式。最后,通过数值仿真得到,对于一定的电爆装置物理参数,存在使感应电流最大的入射方向和入射频率;对于一定的电磁场入射条件,随着脚线间距的增加,感应电流变大,随着桥丝电阻的增大,感应电流变小。仿真结果表明,场线耦合理论可以为电爆装置射频危害分析提供一种新的方法。

有限长平行线的场线耦合分析与试验验证

互连电缆通常是通信、电力、电子等系统中电磁兼容性能较为薄弱的环节,研究其对外部环境电磁场的耦合机理,对于系统电磁防护及电磁兼容分析有着重要意义;采用Agrawal模型对场线耦合进行了分析,给出了外部电磁场对有限长平行双线耦合的感应电流与散射电压频域计算公式,同时应用该方法分析了线缆长度、线间距、电导率、外场入射角等参数对场线耦合的影响;仿真与试验验证结果表明了方法的有效性,对工程实践和电磁兼容研究具有指导意义。

多导体传输线高频场线耦合模型的研究综述

场线耦合模型的研究是电磁兼容分析和电磁效应评估的重要组成部分。低频时,可以使用基于准TEM波近似的经典场线耦合模型来计算外场激励下的传输线沿线电流电压响应,然而,当入射波频率增加到对应波长与传输线横向尺寸可比拟时,经典模型将产生不可接受的模型误差,因而需要发展高频情况下的场线耦合模型。介绍了国内外多导体传输线高频场线耦合模型的研究进展,详细分析和比较了两个主流分支:TRI模型和TLST模型;之后简要介绍了传输线超理论TLST模型并以算例说明了该模型的准确性和有效性;最后对高频场线耦合模型的研究内容和研究目标进行了总结和展望。

基于多项式混沌方法的场线耦合响应不确定度量化

摘要:在传输线场线耦合的计算中,由于辐射场可能从不同方向入射,入射方位角和入射仰角会在一定范围内变化,可以将其看作不确定变量,因此传输线的响应也呈现出不确定性。针对输入参数服从非典型分布的情况,应用多项式混沌方法对传输线场线耦合频域响应进行不确定度量化。结合入射方位角和仰角的物理意义,给出其服从的分布类型并构建相应的正交多项式基底,并对该模型的传输线方程进行多项式混沌展开。最后结合含两个不确定参数的传输线场线耦合算例,给出远端电流响应的统计信息,对比蒙特卡罗方法,验证了该方法的正确性和高效性。

多导体传输线高频场线耦合渐近法分析

基于理想地面上单导体传输线渐近法,提出了改进的多导体传输线渐近法。与已有多导体传输线渐近法相比,所提方法步骤简单,求解效率高。利用所提方法计算电磁波与不同结构多导体传输线网络之间的耦合,结果与全波分析方法计算结果吻合很好。在此基础上,分析了多导体传输线导线间距对沿线感应电流的影响。结果表明,随着导线间距变化,矩形网络和平行网络沿线感应电流波形变化趋势不同,且当间距大于一个波长后,平行网络和理想地面上相同结构的单导线具有相同的沿线感应电流。

铁氧体磁环对场线耦合感应电流的抑制效果

为了从理论上研究铁氧体磁环对场线耦合感应电流的抑制效果。基于传输线理论和铁氧体磁环的材料特性,在频域内建立了同轴屏蔽电缆加载铁氧体磁环-大地回路的有源传输线模型,利用该模型可以方便地得到屏蔽电缆终端接不同负载时屏蔽层上的感应电流,分析了铁氧体磁环对屏蔽层上感应电流的抑制机理,并讨论了抑制效果与铁氧体磁环材料特性的关系。研究结果表明：电缆屏蔽层两端接不同负载时,磁环对感应电流都有抑制效果;当磁环内外半径差相同时,内半径越小,抑制效果就越好;当内半径相同时,外半径越大,抑制效果就越好;当磁环形状相同时,磁环磁导率越大,抑制效果就越好。实测结果表明所提出的分析模型是正确的。研究结果可为磁环的选型提供理论依据,节省实验费用。

基于模式理论的混响室概率统计模型在场线耦合分析中的应用

混响室作为一种新兴的电磁兼容测试设备具有重要的应用价值.混响室的概率统计模型是描述混响室内的场环境的有效方式.本文研究了已有的混响室的概率统计模型,应用蒙特卡洛方法模拟了基于模式理论的混响室模型,对混响室内的场线耦合问题进行了深入的研究.获得了混响室中单导体传输线终端负载响应的数值解,与已有的结果对比较为吻合,并通过对传输线与腔壁距离变化的研究,讨论了混响室内的场均匀性,这也意味着基于模式理论的概率统计模型能够更精细地描述混响室电磁环境.

多导体传输线高频场线耦合分析

多导体高频场线耦合问题是电磁兼容及系统级电磁效应评估中的重要研究方向。经典场线耦合模型理论受限于准TEM波近似,对高频率下的场线耦合问题不具有普适性。高频场线耦合模型中的传输线超理论(TLST),解决了经典场线耦合模型这一局限性问题。本文介绍了基于TLST的非均匀多导体传输线高频场线耦合模型。通过多导体传输线算例对比了高频场线耦合模型、经典模型以及全波分析的计算结果,说明了多导体高频场线耦合模型的正确性及普适性。

非均匀多导体传输线高频场线耦合分析中的边界条件

场线耦合问题是电磁兼容分析与电磁效应评估中的重要课题。经典场线耦合模型受限于准TEM波近似,在较高频率时将导致不可接受的模型误差。传输线超理论(TLST)建立了高频场线耦合模型,解决了经典场线耦合模型的困难。基于TLST介绍了非均匀多导体传输线的高频场线耦合模型,提出了三种不同终端负载情况下对应边界条件的设置方法。最后通过具体算例对比了高频模型和经典模型以及全波分析计算结果,证实了高频场线耦合模型的普遍适用性、边界条件设置的有效性和数值实现过程的准确性。

渐近法高频场线耦合分析中等效短线长度的影响

深入研究了用于高频场线耦合分析的渐近法中等效短线长度取值对渐近法计算精度的影响。首先通过大量计算分析了不同等效短线长度对传输线上感应电流分布计算结果的影响,结果表明当任一等效短线长度为半波长时,渐近法计算结果不再可靠。其次对等效短线长度选择与导线长度的关系进行了分析,发现当传输线长度相对于导线间距较大时,必须适当增加等效短线的长度才能得到较为准确的沿线感应电流分布。这些研究结果为工程应用提供了有益指导。

随机线缆束的建模及其场线耦合分析

针对在平面波辐照下无限大地面上随机捆扎线缆束的场线耦合这一不确定性问题,建立了分析随机捆扎线缆束场线耦合效应的分析模型。采用传输线超理论(Transmission Line Super Theory,TLST)计算了确定结构时捆扎线缆束在外场辐照下的终端感应电流,可以看出低频时(电长度小于1/100λ)传输线端口感应电流随频率近似线性增加,高频时却不具备类似的规律;采用一种离散随机过程建模随机线缆束,计算具有随机性的线缆束终端感应电流,并通过蒙特卡罗模拟分析发现,在低频时线缆束具有随机性,对终端感应电流的影响较小,在高频时影响非常大,甚至可能会使终端响应加倍。

金属腔内场线耦合干扰敏感性

研究了金属腔内电磁场与单导线耦合对线两端部件产生干扰的敏感性问题。利用并矢格林函数计算腔内场分布,利用Agrawal模型计算获得导线两端负载的干扰响应,从腔体尺寸、内部干扰源位置及导线位置三个方面分析了建模的微小变化对导线负载干扰的影响。结果表明,腔体尺寸的微小变化会带来负载干扰响应的很大变化,在谐振点处该影响尤其明显;腔内干扰源位置的微小变化可能会带来负载干扰响应的巨大变化;干扰响应对导线距离金属腔壁高度的微小变化不敏感,但单导线位置的微小变化可能带来负载干扰的较大变化。

HIRF环境下航空电子模块场线耦合分析

针对航空电子系统高强度辐射场防护问题,利用场线耦合理论对架空单线和平行双线由于平面波照射而产生的开路端电压进行了分析。分析外场对传输线的耦合机理,分别得到架空单线与平行双线的开路电压的数学表达式。最后仿真分析得到,对于一定的传输线物理参数,单线与双线的开路端电压随频率呈现周期性变化、随非开路端负载阻值的增加而减小直至趋近定值,在水平极化入射场激励下耦合电压最小。

改进FDTD/集总源模型分析航天器场线耦合

针对典型的电磁脉冲对航天器电缆耦合问题,建立了航天器场线耦合分析模型。在场分布计算方面,采用基于平均电参数和分析目标与Yee网格不重合的边缘部分修正的改进时域有限差分法。在场线耦合方面,建立基于集总等效源模型的多导体传输线瞬态响应模型,将外场在传输线上激励的分布电压源和电流源与传输线指数矩阵解耦,建立了集总等效电压源和电流源模型。采用分析模型分析运载内一根电缆受电磁脉冲影响的响应,结果表明,即使存在屏蔽作用,电磁脉冲在电缆上耦合的干扰足以损毁设备。

含场线耦合的非线性级联传输线网络分析

针对非线性级联传输线网络中的电磁环境效应问题,提出一种含场线耦合的非线性级联传输线网络分析方法。在传统场线耦合Taylor模型的基础上,将含场线耦合的传输线等效为有源二端口网络,采用基于频域黑箱模型的大信号S参数表征非线性组件,利用插值和迭代技术结合ABCD矩阵求解端口响应,以分析外场辐照对非线性级联传输线网络工作状态的影响。以若干算例求解其受扰响应,验证了该分析方法的有效性和准确性。采用该方法可以对外部电磁干扰下级联传输线网络的非线性响应行为进行预测。

基于时域BLT方程的带绝缘线缆束场-线耦合模型

为研究外场辐照下复杂线缆系统(多导体、非线性负载、带绝缘层)终端电压/电流时域响应特性规律,提出了复杂线缆束在入射场激励下的终端响应建模方法。研究在时域内重塑多导体BLT方程,在兼顾计算效率、易于向线缆网络扩展的基础上,解决了线缆束端接非线性负载的终端时域响应求解问题;并通过引入介质层系数,修正了BLT方程源矢量项,解决了常规BLT方程忽视绝缘层对入射场畸变效应而导致的误差问题。最后,将计算结果同时域有限差分法和有限积分法计算结果进行对比,验证了模型在处理复杂线缆场线耦合问题上的准确性。

全向电磁场与架空线缆的耦合响应分析

构建了全向入射电磁环境,使得入射电磁波极化角在[0,π/2]范围内,入射角在[0,2π]范围内,方位角在[0,π/2]范围内随机均匀分布,电磁波入射点随机分布在以线缆为球心的单位球上。重点研究了Agrawal模型和Vance模型在解决场线耦合问题时的异同,分析了线缆高度、长度、半径以及端接电阻等参数对场线耦合结果的影响。仿真结果表明:Agrawal模型和Vance模型对全向电磁波的响应波形大体一致,但在响应幅值上会出现一定的偏差,这主要是由于Agrawal模型中因垂直电场的存在而产生的集总源的缘故,当忽略掉集总源后,两个模型可获得相同的响应结果。线缆上响应电流随着线缆离地高度、长度和半径的增加而增大。不同端接电阻响应电流的峰值大小随着端接负载的增大而减小。