計(jì)算電磁學(xué)在電磁兼容仿真中的應(yīng)用

摘要：由于航空飛行器上用電設(shè)備電磁兼容問(wèn)題頻發(fā)及其復(fù)雜性，用電設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。為此，提出了利用計(jì)算電磁學(xué)理論對(duì)用電設(shè)備的電磁兼容性進(jìn)行分析，針對(duì)系統(tǒng)中不同電磁兼容問(wèn)題以及不同數(shù)值計(jì)算方法的自身特點(diǎn)，選擇適用的數(shù)值方法對(duì)問(wèn)題進(jìn)行仿真計(jì)算。最終實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)初期，就能夠?qū)ζ潆姶偶嫒菪赃M(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估，滿足其電磁兼容性的要求。因此，采用計(jì)算電磁學(xué)進(jìn)行仿真分析可為解決用電設(shè)備電磁兼容問(wèn)題提供有效的手段和途徑。
關(guān)鍵詞：航空飛行器；計(jì)算電磁學(xué)；電磁兼容；數(shù)值方法

0 引言
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子、電氣設(shè)備越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于航空飛行器上，惡劣的電磁環(huán)境往往使電子或電氣設(shè)備不能正常工作，導(dǎo)致航空通信、控制系統(tǒng)性能的降低。因此，電磁兼容性就成為工程設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要課題。只有在整個(gè)系統(tǒng)的初期設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的電磁兼容性進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)不滿足電磁兼容要求的部分進(jìn)行優(yōu)化處理，才能最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的高可靠性。
近年來(lái)，計(jì)算電磁學(xué)發(fā)展迅速，理論日趨成熟和完善，并廣泛應(yīng)用在電磁兼容領(lǐng)域。利用計(jì)算電磁學(xué)理論解決工程中電磁兼容問(wèn)題，不僅提高了計(jì)算的準(zhǔn)確性，而且降低了成本，為在研發(fā)初期掌握產(chǎn)品可能出現(xiàn)的電磁兼容問(wèn)題提供了有效的手段和途徑。因此，仿真計(jì)算對(duì)于那些利用實(shí)驗(yàn)和測(cè)試方法難以解決的電磁兼容問(wèn)題是一種很好的解決方法。
本文介紹了幾種常用的數(shù)值算法，并對(duì)各種算法進(jìn)行了分析。針對(duì)航空用電設(shè)備常見(jiàn)的電磁兼容問(wèn)題，利用計(jì)算電磁學(xué)理論進(jìn)行分析和數(shù)值仿真，實(shí)現(xiàn)了對(duì)用電設(shè)備電磁兼容性有效的預(yù)測(cè)，為系統(tǒng)的初期電磁兼容性設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

1 電磁場(chǎng)數(shù)值方法的介紹和比較
計(jì)算電磁學(xué)是現(xiàn)代電磁場(chǎng)理論、現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興交叉學(xué)科。其主要任務(wù)是通過(guò)大型計(jì)算解決各相關(guān)領(lǐng)域中提出的各種極復(fù)雜的電磁場(chǎng)問(wèn)題。
當(dāng)前電磁學(xué)中使用較多的數(shù)值方法主要有兩類，一類是以電磁場(chǎng)問(wèn)題的微分方程為基礎(chǔ)的數(shù)值方法，如有限元法(FEM)、時(shí)域有限差分法(FDTD)等；另一類是以電磁場(chǎng)問(wèn)題的積分方程為基礎(chǔ)的數(shù)值方法，如矩量法(MOM)、多層快速多極子法(MLFMM)等。
1．1 有限元法
有限元方法是近似求解數(shù)理邊值問(wèn)題的一種數(shù)值技術(shù)，最早于20世紀(jì)40年代提出，在六七十年代被引進(jìn)到電磁場(chǎng)問(wèn)題的求解中。該方法的原理是用許多子域來(lái)代表整個(gè)連續(xù)區(qū)域，在子域中未知函數(shù)用帶有未知系數(shù)的簡(jiǎn)單插值函數(shù)來(lái)表示，利用里茲變分法或伽略金方法得到一組代數(shù)方程，最后通過(guò)求解這組方程得到原邊值問(wèn)題的近似解。原邊值問(wèn)題可表示為：

有限元法可以方便地分析具有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)和非均勻介質(zhì)材料的電磁問(wèn)題，因此，這種方法在各種復(fù)雜的靜態(tài)場(chǎng)問(wèn)題、導(dǎo)波問(wèn)題、電磁輻射和散射問(wèn)題中得到了廣泛的應(yīng)用。