【摘 要】
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传输线作为传输能量的媒介在现代生活中有着相当广泛的应用。随着技术的发展,生活中电磁环境的愈发复杂,设备工作频率的逐渐提高,使传输线的电磁耦合问题愈发严重。在实际应用中,传输线的尺寸往往很大,传输线干扰的耦合路径又十分多样,严重的影响了传输线耦合问题的分析与求解速度。本文针对这一问题,对多导体传输线电磁耦合的加速计算算法进行研究,具体研究内容如下:1.针对时域有限差分法的基本原理、空间网格划分方法和
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传输线作为传输能量的媒介在现代生活中有着相当广泛的应用。随着技术的发展,生活中电磁环境的愈发复杂,设备工作频率的逐渐提高,使传输线的电磁耦合问题愈发严重。在实际应用中,传输线的尺寸往往很大,传输线干扰的耦合路径又十分多样,严重的影响了传输线耦合问题的分析与求解速度。本文针对这一问题,对多导体传输线电磁耦合的加速计算算法进行研究,具体研究内容如下:1.针对时域有限差分法的基本原理、空间网格划分方法和算法更新流程进行了分析与研究,讨论了时域有限差分法的稳定性条件,对比了显式差分与隐式差分的格式,讨论并证明了基于隐式差分的时域有限差分法的无条件稳定性。2.在此基础上,针对传输线间存在的线-线耦合问题,将传输线等效为分布电路的方法推导出传输线分布参数与麦克斯韦方程中电磁参数的等效关系,提出并使用DP-FDTD方法求解传输线间由于线-线耦合产生的电磁干扰,通过数值验证证明了该方法的正确性;针对在求解长线问题中,由于时域有限差分法时间空间步长比例限制而导致的计算时间与计算量过大的问题,将DP-FDTD算法与无条件稳定的隐式差分相结合,通过在保持相同精度的情况下适当扩大时间步长的方法加速求解计算,并对该算法进行了仿真验证。3.分析了传输线间存在的电磁耦合,讨论了外加电磁场对传输线的影响;针对实际问题中传输线场-线耦合、线-线耦合同时存在的情况,提出并使用混合维度的DP-FDTD,实现了传输线场-线耦合、线-线耦合的同步计算;建立了放置于屏蔽箱中的多导体传输线模型,使用混合维度的DP-FDTD算法对该模型进行了仿真分析;针对混合维度DP-FDTD算法对于放置于大型设备外壳内的传输线系统计算速度不高的问题,将无条件稳定算法与该算法结合,达到了加速计算的目的。通过仿真证明了该算法的稳定性与加速能力。本文所提出的算法可以应用于传输线电磁耦合问题的研究中,尤其对于尺寸较大的传输线,可以加快求解的速度,提高计算效率。
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