通信系统中有源和无源器件的高功率电磁脉冲效应研究

论文摘要

随着通信系统中大功率和高灵敏度的电气和电子产品的日益广泛应用,通信系统的复杂度越来越高,尤其是在现代军事领域,电磁兼容和电磁干扰问题越来越重要。本文主要研究了通信系统中无源器件和有源器件在EMP/EMI作用下的瞬态效应和机理,主要运用改进的FDTD算法和场-路混合的方法来实现建模,模拟和仿真。本文主要研究了：1.首先是本文研究的背景,给出了国内外的EMP/EMI的研究进展,并介绍了电磁兼容领域中重要应用的仿真方法,并介绍了国内外的研究进展,进一步明确了本文的研究内容和研究方法。2.从Maxwell方程出发介绍了FDTD方法的基本方程和迭代原理,给出了FDTD更新电场和磁场的迭代方程。其次介绍了FDTD的几种吸收边界条件,重点介绍了UPML,再次介绍了FDTD的激励源技术,给出了几种典型的高功率脉冲源和其入射情况的公式推导。最后,介绍了FDTD的稳定性和数字色散特性。3.首先介绍了FDTD的应用技术,其中详细地分析了细天线的亚网格模型,给出了具体的公式和理论说明,FDTD的集中元件模型,和天线同轴线的等效馈源模型。其次重点研究了几种天线在外界EMP作用下的瞬态响应,分别是单极子天线、可重构天线和MIMO天线等,研究了他们在不同形式、不同入射方向和极化方向的EMP作用下,瞬态电压的变化情况。4.分析了EMP作用下典型微波器件的瞬态响应,首先给出了微波集中参数电路的场-路混合仿真,包括单端口网络、两端口网络和多端口网络等。然后介绍了扰动散射参数的计算方法和相对失效率的定义,最后分析了滤波器、功分器和接有二极管的微带电路的EMP下的瞬态响应。5.以实验的方法研究了无源滤波器的EMP破坏效应,具体给出了实验原理、实验方法、实验设备和实验结论,为EMC/EMI的失效分析提供了实验依据。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 研究方法概述
• 1.2.1 场计算方法
• 1.2.2 国内外研究动态
• 1.3 本文研究内容
• 2 时域有限差分法简介
• 2.1 时域有限差分法的基本方程
• 2.2 时域有限差分的吸收边界条件
• 2.2.1 吸收边界条件的发展史
• 2.2.2 UPML的FDTD差分方程
• 2.3 时域有限差分的激励源技术
• 2.3.1 典型的高功率脉冲源
• 2.3.2 总场/散射场边界条件
• 2.3.3 EMP入射情况
• 2.4 时域有限差分法的稳定性和数值色散特性
• 2.4.1 时域有限差分法的稳定性
• 2.4.2 时域有限差分法的数值色散特性
• 2.5 本章小结
• 3 EMP作用下多种天线的瞬态响应
• 3.1 FDTD应用技术
• 3.1.1 细天线的亚网格模型
• 3.1.2 FDTD的集中元件模型
• 3.1.3 天线同轴馈电的等效模型
• 3.2 EMP干扰下的单极子天线的瞬态响应
• 3.2.1 不同形式的EMP干扰源下单极子天线的瞬态响应
• 3.2.2 不同极化方向的EMP干扰源下单极子天线的瞬态响应
• 3.3 EMP辐射下可重构天线的瞬态响应
• 3.3.1 不同形式的EMP干扰源下可重构天线的瞬态响应
• 3.3.2 不同极化方向的EMP干扰源下可重构天线的瞬态响应
• 3.4 EMP作用下MIMO天线的瞬态响应
• 3.4.1 不同形式的EMP干扰源下MIMO天线的瞬态响应
• 3.4.2 不同极化方向的EMP干扰源下MIMO天线的瞬态响应
• 3.5 本章小结
• 4 EMP作用下典型微波器件的瞬态响应研究
• 4.1 引言
• 4.2 微波集总参数电路的场-路混合仿真
• 4.2.1 单端口网络的仿真方法
• 4.2.2 两端口网络的仿真方法
• 4.2.3 多端口网络的仿真方法
• 4.3 散射参数计算和方法研究
• 4.3.1 EMP作用下散射参数的计算方法
• 4.4 典型微波器件的EMP瞬态响应
• 4.4.1 滤波器的EMP瞬态响应
• 4.4.2 功分器的EMP瞬态响应
• 4.4.3 带有二极管的微带电路的EMI瞬态响应
• 4.5 本章小结
• 5 无源滤波器的EMP效应实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 无源滤波器的电磁脉冲注入实验研究
• 5.2.1 测试原理和测试系统
• 5.2.2 测试的无源滤波器
• 5.2.3 测试结果和讨论
• 5.3 本章小结
• 6 总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 未来工作的展望
• 参考文献
• 发表论文