混合计算方法在机箱开口辐射中的应用研究

论文摘要

电磁兼容问题越来越成为电子设备系统中的一个严重问题,电磁兼容技术成为许多技术人员重视的内容,世界上各国都对电子产品的电磁兼容性做了强制性限制。要解决好这个问题,就必须在产品设计之初进行电磁场方面的数值仿真计算。因此,论文以电子机箱为基本研究对象,深入研究了金属箱开口的电磁辐射问题,尤其是从近场变换到远场的问题。针对问题的研究对象,在众多的电磁场数值计算方法中选择了时域有限差分法和矩量法这两种方法的混合方法作为解决这一问题的基本方法。在金属箱内部由于结构的复杂性,使用了时域有限差分法,但是在计算金属箱外部远场情况时,如果还使用时域有限差分法就会涉及到大量的计算,从而需要较大的计算机内存和较长的计算时间。为了克服这种困难,在使用时域有限差分法计算出近场后,再使用基于电场积分方程(EFIE)的矩量法来变换到远场,从而解决了金属箱开口辐射问题,节省了计算机内存和计算时间。论文在讲述了时域有限差分法和矩量法的基础上,利用时域有限差分法计算金属箱内部电磁场和外部近场电磁场,这些计算出的外部近场电磁场为矩量法提供了匹配点,结合基于等效磁流源的电场积分方程求解出开口上的等效磁流源,然后再利用这些等效磁流源计算辐射远场。论文深入研究这种混合方法的之所以能够混合的条件和理论基础,在此条件和理论基础之上,推导了这一混合方法的公式,详细讲解了其基本思想、混合过程和实施步骤。为计算机箱开口的辐射问题提供了一个新的电磁计算手段。论文针对机箱的普遍造型建立了多种开口模型。在这些模型的基础上,推导出了计算公式,并使用这种混合方法编写了相关程序对这些模型进行仿真计算。为了证明这种混合方法的可行性,计算结果和另一种比较成熟的近远场变换数值方法――时域外推法进行验证,最终显示两种方法的计算结果吻合度较好。论文总结了多种机箱开口形式对辐射远场电场强度的影响和减少电磁辐射的不少有益经验,为实现机箱更好的电磁兼容提供了设计参考。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 电磁兼容概论
• 1.2 金属箱体电磁屏蔽的作用
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 有关的电磁场数值方法简介
• 1.5 主要研究内容
• 2 电磁计算相关数值方法简介
• 2.1 时域有限差分法的基本原理
• 2.1.1 麦克斯韦方程和Yee 元胞
• 2.1.2 直角坐标中的FDTD-三维情形
• 2.1.3 数值稳定性与吸收边界条件
• 2.2 矩量法基本原理
• 2.2.1 加权余量法
• 2.2.2 基函数
• 2.2.3 权函数
• 2.2.4 矩量法的实施步骤
• 2.3 两种方法各自的优缺点
• 3 FDTD/MoM 的混合方法推导
• 3.1 复杂结构的分解
• 3.2 谢昆诺夫场的等效原理
• 3.3 时域到频域的变换
• 3.4 两种方法的混合
• 3.5 混合方法的实施步骤
• 3.6 小结
• 4 金属机箱的建模
• 4.1 金属机箱的模型
• 4.1.1 机箱的几何尺寸
• 4.1.2 机箱内的辐射激励源
• 4.2 金属机箱FDTD 建模
• 4.3 机箱开口MoM 建模
• 4.3.1 等效磁流源的电场积分方程
• 4.3.2 矩量法求解等效磁流源
• 4.3.3 求解远处电场
• 4.4 小结
• 5 数值计算实例
• 5.1 与时域外推法相互验证
• 5.2 单开口模型
• 5.3 多开口模型
• 5.4 正面和侧面均有开口的模型
• 5.5 小结
• 6 总结与展望
• 6.1 主要工作和成果
• 6.2 需进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 发表论文目录
• 独创性声明
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