計(jì)算電磁學(xué)在電磁兼容仿真中的應(yīng)用
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1．4 幾種方法的比較
矩量法既要面對(duì)繁難的積分方程，又要注意基函數(shù)的恰當(dāng)選取；既要耐心處理奇異點(diǎn)，又要巧妙構(gòu)思快速求解技術(shù)。相對(duì)而言，實(shí)施有限元要容易些，只需要注意基函數(shù)選取及稀疏矩陣存儲(chǔ)方式即可。至于時(shí)域有限差分就更容易了。因此一般說(shuō)來(lái)矩量法實(shí)施最難，有限元次之，時(shí)域有限差分法最易。
就通用性而論，有限元與時(shí)域有限差分相近，都很通用，矩量法則稍差。矩量法通用性的不足從某種程度上說(shuō)換來(lái)了高精度、高效率。雖然原則上說(shuō)，三種方法精度相當(dāng)，然而實(shí)際計(jì)算表明，矩量法精度最高，有限元次之，時(shí)域有限差分最差。其原因是矩量法沒有數(shù)值色散誤差，其他兩種都有。時(shí)域有限差分不僅有數(shù)值色散誤差，且模擬復(fù)雜幾何形狀的誤差一般也要大于其他兩種數(shù)值方法。
2 計(jì)算電磁學(xué)在電磁兼容領(lǐng)域的應(yīng)用
航空用電設(shè)備電磁兼容問(wèn)題類主要有天線間的耦合干擾、場(chǎng)線耦合，機(jī)箱的屏蔽性能等。若在用電設(shè)備設(shè)計(jì)初期就能考慮電磁兼容性問(wèn)題，就能比較容易地滿足飛行器上電磁兼容性的要求，同時(shí)也節(jié)約了產(chǎn)品測(cè)試成本。因此，利用數(shù)值方法對(duì)電磁兼容問(wèn)題進(jìn)行仿真計(jì)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，就可以有效地對(duì)設(shè)備的電磁兼容性進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估，為設(shè)備電磁兼容設(shè)計(jì)提供可靠的理論依據(jù)，并具有重要的實(shí)際意義。
2．1 天線耦合問(wèn)題
飛行器上的天線形式多樣，工作時(shí)要求能夠與其他天線兼容，因此天線的布局設(shè)計(jì)尤為重要。若要減小天線間的耦合，就要選擇使兩天線間耦合系數(shù)盡可能小地點(diǎn)放置天線，但又要考慮天線本身的輻射特性最佳等諸多因素。因此實(shí)際天線布局設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性的調(diào)整過(guò)程，預(yù)先計(jì)算天線間的耦合系數(shù)，對(duì)于系統(tǒng)發(fā)揮最大功效并電磁兼容性良好來(lái)說(shuō)，是非常重要的。
當(dāng)天線端口匹配時(shí)，天線間的耦合度可以表示為：
式中：Pr為接收天線接收到的功率；Pt為發(fā)射天線的輸入功率。
算例分析：兩個(gè)喇叭天線相對(duì)放置，兩天線間放置一塊金屬板，可以有效去除直線上的直接耦合。采用有限元法計(jì)算兩個(gè)喇叭天線的耦合系數(shù)。圖2為喇叭天線的仿真模型。圖3為計(jì)算得到天線間的耦合系數(shù)。
2．2 開縫箱體屏蔽效能計(jì)算
一般情況下，航空電子設(shè)備都是用金屬箱體來(lái)屏蔽外界電磁干擾的。機(jī)箱上可能在蓋板、通風(fēng)散熱孔、電源信號(hào)線處存在孔縫隙，電磁能量可通過(guò)屏蔽機(jī)箱上這些孔縫直接進(jìn)入電子設(shè)備，孔縫耦合作用嚴(yán)重影響了機(jī)箱的屏蔽性能，降低設(shè)備或系統(tǒng)的可靠性。因此需要對(duì)機(jī)箱的屏蔽效能進(jìn)行數(shù)值仿真，使敏感器件避開場(chǎng)的峰值區(qū)域，提高電子設(shè)備的抗干擾能力。
屏蔽體的好壞用屏蔽效能來(lái)描述，屏蔽效能表現(xiàn)了屏蔽體對(duì)電磁波的衰減程度，定義為屏蔽前某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與屏蔽后該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)之比。用公式表示為：
式中：E0為屏蔽前某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度；Es為屏蔽后某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202428.htm
算例分析：某一用電設(shè)備機(jī)箱，其正面中心處有一縫隙，并面對(duì)入射波方向。在小孔面積相同的情況下，考慮了圓形孔、正方形孔和兩個(gè)尺寸不同的矩形孔四種情況，如圖4所示。利用FDTD方法計(jì)算四種情況下機(jī)箱的屏蔽效能。圖5為計(jì)算得到的不同尺寸孔縫屏蔽效能的對(duì)比。由仿真結(jié)果可知，在開孔面積相同的情況下，當(dāng)入射波電場(chǎng)方向平行于長(zhǎng)方形孔的短邊時(shí)，耦合進(jìn)箱體的場(chǎng)強(qiáng)最強(qiáng)，相應(yīng)的箱體屏蔽效果越差，且長(zhǎng)邊與短邊的比值越大，屏蔽效果也越差；當(dāng)入射波電場(chǎng)方向平行于長(zhǎng)方形孔的長(zhǎng)邊時(shí)，耦合場(chǎng)強(qiáng)最弱，箱體的屏蔽效果最好。
評(píng)論