刘博[1]2003年在《FDTD在电子系统中的应用》文中研究表明本文主要是FDTD方法在微波电路领域的应用，同时对方法进行了改进。首先介绍了时域有限差分法的发展情况，确定了文中的两个应用方面。在阐述了时域有限差分法的基本原理之后，用该方法对耦合微带线间的串音问题做了些研究，并提出了能有效降低串音的方法。接着用拓展的时域有限差分方法分析了由集中元件组成的吸收层对电磁波的吸收情况，给出了仿真结果和结论。最后本文首次给出的Extended_(FD)~2TD方法将集中参数包含到与频率相关的介电常数中，可分析色散媒质中含有集中元件的混合电路，进一步扩大了时域有限差分方法的应用范围。
叶志红[2]2016年在《电子设备电磁干扰分析的高效时域算法研究》文中研究说明随着无线通信技术和脉冲技术的发展,空间电磁环境变得日益复杂。处于复杂电磁环境中的电子设备,容易受到外界电磁波的电磁干扰。为了保证电子设备的正常工作以及更好地指导电子设备的电磁防护设计,需要一套计算模型和数值方法来分析电子设备的电磁干扰问题。目前,采用数值方法分析电子设备的电磁干扰问题仍具有很大的挑战性。为此,本文较系统地研究了多种高效的时域混合算法,用于电子设备场线耦合问题以及场路混合问题的模拟和分析。本文的主要工作和创新点总结如下：一、发展了无限大地面上长电缆电磁耦合的快速计算方法。首先,建立了地面上多导体发射线对多导体受扰线的串扰模型,分析了多导体受扰线端接负载的串扰响应特性。然后,提出了一种地面上长电缆激励场的快速计算方法,避免了对无限大地面的直接建模,然后结合传输线方程和FDTD方法,研究了一种高效的时域混合算法,能够快速模拟电磁波耦合到地面上几百米长电缆的瞬态响应,且占用内存很少,并分析了电磁脉冲对地面上长电缆的电磁耦合规律,同时解决了多个宽频带辐射源同时照射长电缆电磁耦合计算难的问题。在此基础上,建立了地面上屏蔽电缆的电磁耦合模型,研究了屏蔽电缆的场线耦合算法,分析了屏蔽电缆接地状态对皮电流和芯线响应的影响。二、研究了设备屏蔽腔内传输线电磁耦合的高效时域混合算法。首先研究了一种电磁仿真软件与传输线方程相结合的时域混合算法,高效模拟了电磁波对电大尺寸设备屏蔽腔内传输线的电磁耦合问题。然后提出了一种FDTD混合算法与传输线方程相结合的时域混合算法(FDTD-TL算法),实现了设备屏蔽腔结构的快速建模,以及空间电磁场与传输线瞬态响应的同步计算。在此基础上,将地面上长电缆耦合的时域混合算法和设备屏蔽腔内传输线耦合的时域混合算法模块化并封装,形成了场线耦合效应仿真软件。叁、实现了FDTD-TL算法的大规模并行计算。基于北京应用物理与计算数学研究所研制的并行自适应结构网络应用支撑软件框架(JASMIN),研究了大规模并行FDTD算法。通过1kW微波源机箱和单层多尺度建筑物电磁耦合的数值模拟,验证了算法的正确性。然后,将FDTD-TL算法与大规模并行FDTD算法结合起来并移植到JASMIN框架下,实现FDTD-TL算法的大规模并行计算,通过相应的算例验证了FDTD-TL并行算法的正确性和高效性,并分析了大功率微波源磁控管电磁泄漏对内部传输线的电磁耦合特性。四、研究了集总加载线天线的电磁脉冲耦合效应及防护。提出了网格内置集总元件的FDTD处理新方法,并与细导线FDTD方法结合起来,形成高效的时域混合算法,模拟了电磁脉冲对集总加载线天线的耦合,分析了入射电磁脉冲的类型以及脉冲宽度对天线上电流响应的影响,为天线进行前门防护设计提供理论依据。然后针对工作于50MHz-110MHz的超短波天线,设计了一款前门防护模块。通过电路仿真软件对滤波电路和前门防护模块电路进行了设计,并加工成实物进行测试,使其满足指标要求。五、发展了电子设备电磁干扰分析的高效场路混合时域算法。结合FDTD-TL算法和电路分析方法,研究了一种新型的场路混合时域算法,用于电子设备贯通导线的电磁干扰分析。基于戴维南等效定理,研究了贯通导线电磁耦合的等效电路模型,利用状态变量法对贯通导线端接的集总电路进行电磁干扰分析。通过相应的数值算例验证了该算法的正确性和高效性,并将该算法应用于电子设备贯通导线的滤波防护设计,取得很好的设计效果。提出了一种新型的时域S参数级联技术,结合FDTD-TL算法,研究了一种新型的场路混合时域算法,用于电子设备内部传输线网络的电磁干扰分析。根据时域S参数级联技术,将传输线网络分解成传输线与电路两部分,将电路对传输线的作用通过S参数进行等效,对于各段传输线采用FDTD-TL算法进行场线耦合模拟,从而获得传输线网络的瞬态响应,通过相应的数值算例验证了该算法的正确性和高效性。
梁卓贤[3]2017年在《高性能时域有限差分算法及新型圆极化微带天线设计》文中指出为了满足通信、雷达和导航应用的需求,现代大型舰船平台上通常安装着各种电子系统。这些电子系统的近场互耦会导致复杂的电磁环境效应,使得系统整体性能变差。另外,这些电子系统和舰船平台对外来电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)非常敏感,严重时会导致系统失效。解决这些电大尺寸、多尺度的平台级电磁兼容(Electromagnetic Compatibility,EMC)问题需要高效、精确的数值计算方法。时域有限差分算法(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)已经被大量应用于解决这些问题,然而由于FDTD的时间步长受限于空间网格大小,传统的FDTD方法在求解这类问题时计算效率受到严重限制。本文针对大型舰船平台上的电磁兼容问题,拓展了单步无条件稳定时域有限差分算法(Leapfrog Alternately-Direction-Implicit FDTD,ADI-FDTD),应用于舰船平台上细线天线的精确仿真。本论文主要内容和创新点如下:(1)介绍了传统FDTD和隐式FDTD算法中效率最高的Leapfrog ADI-FDTD的基本迭代方程和Yee网格剖分,并分析了算法的数值色散特性和稳定性条件。其次介绍了卷积完美匹配层(Convolutional Perfectly Matched Layer,CPML)和引入各种不同激励源的方法。最后介绍了 FDTD中经典的细导线模型。(2)将FDTD中经典的细导线算法拓展到Leapfrog ADI-FDTD中,适用于仿真大型舰船平台上的单极子细线天线。基于VonNeumann方法和大量数值实验,半解析地证明了该算法的无条件稳定性。将该算法应用于仿真大型舰船平台上的电磁兼容问题,包括计算天线之间近场耦合效应(S参数)和天线远场辐射方向图,以及有外来平面波辐照下天线端口感应的电压和舰船平台表面电流密度分布。(3)设计了一种双频双圆极化偏心圆环微带天线,对天线的工作机理进行了深入探究,并研究了不同结构参数对天线性能的影响。提出了一个集总元件等效电路以深入理解天线的工作机理,并给出一组经验公式和设计指导以简化设计流程。最后制作了天线实物并进行实验测量,结果与仿真吻合较好。
程煜[4]2005年在《电子系统后门耦合效应的FDTD仿真研究》文中指出高功率微波是一种应用功率大于1GW 的脉冲,受到人们的广泛关注。近年来国内外正在发展一种介于电子战和高功率微波之间的中间方案,称为灵巧微波或中功率微波(MPM),其功率量级为数兆瓦至千兆瓦级。在中功率微波的基础上再加上幅度调制、频率调制以及其它形式调制,就构成了“超级干扰机”。鉴于后门耦合对系统危害较大,也不好防护的实际情况,本论文主要针对后门耦合,一是研究高功率微波采用何种瞬态脉冲波形耦合入目标腔体内的能量较大;二是研究“超级干扰机”采用何种波形、何种调制方式才能达到较好的干扰效果,耦合入目标腔体内的能量较大。本论文以目标腔体后门耦合效应为研究对象,以时域有限差分(FDTD)法为研究手段,通过二维和叁维FDTD 仿真建模,进行了多种电子信号波形对电子系统后门耦合效应的FDTD 仿真研究,在不同的脉宽、不同的波形对于耦合入腔体的相对能量大小有何影响方面,得出了一些结论。论文的主要工作包括以下几个方面:1 二维FDTD 仿真模型和叁维FDTD 仿真模型的建立,主要分析入射波在连接边界的引入、PML 吸收层的设置及散射体的引入如何在FDTD 模型中实现等几个关键问题;2 按已建立好的二维FDTD 仿真模型和叁维FDTD 仿真模型编制仿真程序,进行数值试验验证模型是否建立成功;3 进行多种电子信号波形对电子系统后门耦合效应的FDTD 数值仿真研究,得出结论。通过数值仿真得出的结论有:各种波形的相对能量与距入口距离的关系、不同入射波耦合入腔体内的相对能量的比较、不同脉冲在腔体内的相对能量与脉冲宽度的关系、已研究过的波形里的最佳信号波形。这些结论在提高微波辐射对电子系统的干扰能力及电子系统对微波辐射的抗干扰能力(包括电子系统的抗辐射及加固方面)方面具有十分重要的参考意义,同时研究的结果不仅为大功率干扰机提供了理论依据和仿真数据,对不同信号波形对后门耦合效应的评估具有参考意义,而且对于如何最大限度的减小后门耦合带来的损失也具有重要的参考价值。
刘青松[5]2004年在《时域有限差分法在超高压输电线电磁场仿真中的应用研究》文中进行了进一步梳理超高压输电线路是超高压电力网络的大动脉，在其周围空间存在着强大的电磁场及电磁辐射，严重地污染周围的电磁环境，已经引起全球各行各业的广泛关注。鉴于公众和世界各国对环境保护的重视，对超高压输电线周围的电磁场进行仿真计算和模拟分析，以评价其是否满足相关的环保标准，甚至进一步采取必要的防范措施，都具有十分重要的理论价值和现实意义。 论文首先对时域有限差分法的基本原理作了简要论述，然后就运用时域有限差分法解决电磁散射问题的几个关键性技术进行了详细而具体地阐述，根据时域有限差分法的算法思想和具体的差分计算格式，编制出通用的电磁散射问题的算法程序，并通过比较对照，验证了该算法程序的有效性。 根据超高压输电线的无源无线电干扰机理，建立起超高压输电线的无源无线电干扰(相当于稳态电磁散射问题)仿真计算模型，将时域有限差分法扩展运用到超高压输电线的稳态电磁场仿真模拟中。对无线电信号照射下，不同入射角度，不同排列方式，有无避雷线等情况时，超高压输电线周围电磁场的分布状况进行了仿真计算，得到了大量的数值计算结果。同时还给出了图形化的场强分布图，并对其分布状况作了一定的分析，具有一定的实际参考价值。 针对超高压输电线路遭受雷击时的不同情况，构建了超高压输电线遭受直接雷反击和感应雷击时的数学模型，并依据不同的计算模型分别编制了相应的数值仿真程序，将时域有限差分法初步拓展到超高压输电线瞬态电磁场和辐射场问题的仿真计算中。分别针对超高压输电线的感应雷击效应，以及沿超高压输电线传播的反击过电压脉冲波所激发的辐射场进行了对应的数值仿真计算，并对它们各自的场强变化情况进行了分析说明。 论文充分说明可以把时域有限差分法运用到超高压输电线路周围电磁场的数值仿真研究中，拓展了时域有限差分法的应用范围，取得了一些有价值的结果。
周勤[6]2013年在《基于时域有限差分方法的二维光子晶体能带结构的计算》文中指出光子晶体是一种新型的光学材料,由介电常数不同的介质在空间周期性排列而成。它具有独特的光子带隙结构,这种带隙能有效的控制光子在光子晶体中的传播,在制造新型光器件和未来光通信中有着广阔的应用前景。论文首先对光子晶体的基本特性如带隙、光子局域性进行了简单地说明,介绍了如今广泛使用的光子晶体的理论研究方法和常见的光子晶体的制各方法。并对论文中进行编程计算的时域有限差分方法(Finite Difference Time Domain, FDTD)在一维和二维情况进行了理论推导,给出不同情况下FDTD方法的数值稳定性条件。基于FDTD方法在二维直角晶格光子晶体计算中的应用,进行了二维直角晶格、叁角晶格和六角晶格光子晶体能带结构的计算。通过直角晶格和叁角晶格散射体和基体的介质参数的变化,分析介质参数变化对能带结构的影响。并在直角晶格、叁角晶格和六角晶格结构中引入单点和双点缺陷,结合超胞法和FDTD方法分析两种缺陷情况下能带结构的变化,计算得到在一定条件下单点缺陷时的缺陷态频率和双点缺陷情况下的谱线分裂现象。
施亚妮[7]2008年在《表面带缝隙物体的RCS的数值计算方法》文中进行了进一步梳理80年代以来,随着隐身技术的迅速发展及其在军事领域的应用,许多典型雷达目标如飞机、舰船等的雷达散射截面积(RCS)大大减小,这导致对RCS贡献较小的弱散射中心的影响已不可忽略。本文着重研究表面具有电小槽缝结构的电大目标的雷达散射截面积。并提出一种高频近似法与数值方法相结合的混合算法,从而弥补了它们单独计算中的缺陷。所做工作归纳如下:1.采用一种提取稳态电磁问题的场的模值和相位的方法——相位滞后法,并在此基础上,对时域有限差分方法的近、远场外推步骤进行优化处理。这样做不但减少了程序的代码,提高了程序的计算速度,而且使计算程序的编写更加容易,增加了程序的可读性。最后,用FDTD法计算了在稳态电磁波照射下导体目标的RCS值,结果与矩量法比较吻合。说明所做的改进措施是有效的,具有较高的计算精度。2.实现用时域有限差分法提取槽缝口径面上等效电磁流进而求得槽缝的雷达散射截面积。3.介绍高频近似方法中的物理光学法(PO)与物理绕射理论(PTD)的基本原理,提出利用物理光学法与物理绕射理论的结合来修正物理光学法没有考虑导体边缘的影响所带来的误差,并且达到预期的效果。4.提出一种新的混合方法——FDTD/PO-PTD法,利用时域有限差分法与物理光学法和物理绕射理论相结合,分析计算电大尺寸复杂目标的电磁散射特性。与其它计算同类问题的方法相比,有节省计算机存储单元、提高计算速度等优点。
金祖升[8]2008年在《RFID标签天线优化设计》文中研究说明射频识别技术(RFID)具有数据容量大、使用寿命长、环境适应能力强、能实现无线远距离识别和高速运动下识别等突出优点,已成为自动识别领域的热点研究方向,被誉为21世纪十大重要技术之一。随着计算机信息技术和超大规模集成电路技术的发展,以及芯片微型化封装技术的日趋成熟,射频识别技术已经越来越多地应用在物流仓储、商品零售、工业制造、资产管理、交通运输、动物识别、军事航空和防伪等不同领域。随着应用需求的不断明确和应用领域的不断拓展,作为RFID系统关键部件的天线的设计和研究变得十分紧要和迫切。天线技术是RFID系统的关键技术之一,对RFID技术的成熟和广泛应用具有理论意义和实用价值。其中,标签天线由于受到尺寸、成本、工作环境等方面的限制,日益受到人们关注。标签天线的小型化、低成本、宽频带和高性能实现成为设计者追求的目标。本文将遗传算法和时域有限差分方法相结合,研究碎片标签天线的优化设计。首先回顾了RFID的发展历史,对标签天线设计面临的挑战进行分析。接着介绍时域有限差分方法的基本理论,并将时域有限差分方法应用于碎片天线的分析计算。然后阐述了遗传算法的基本原理,研究碎片天线的优化设计。在此基础上,优化得到UHF和微波频段碎片标签天线形式,并对2.45GHz标签天线进行加工制作和实验测试。最后,仿真分析了物体对标签天线性能的影响。本文的主要工作包含以下两个方面:理论方面,研究了时域有限差分方法在薄片天线阻抗计算中的运用,得到适合薄片天线的阻抗计算方法;研究了碎片天线优化中遗传算法控制参数和策略的选取,得到最优策略和最佳参数取值范围。应用方面,将以上研究结论运用到碎片标签天线的设计过程,得到UHF和微波频段的标签天线形式,实现了天线的优化和小型化设计。仿真和实验测试表明,本文的优化设计方法是正确有效的。
孙国庆[9]2016年在《电磁脉冲弹对电子目标的毁伤效能评估》文中提出利用定向辐射高功率电磁脉冲特点所研制的电磁脉冲弹对当今高度电子化的军事装备构成了潜在的致命性威胁,所以电磁脉冲弹逐渐受到各个国家的重视。但是目前国内外学者主要着重研究电磁脉冲弹核心技术以及电子设备的防护措施,电磁脉冲弹对电子目标的毁伤效能评估还很少被提及。为了对电磁脉冲作用下电子目标的毁伤效能进行评估,本文所做的工作内容如下:首先,选取以黑索金(RDX)炸药为激励源、F-5型MFCG为爆炸磁通量压缩发生器的电磁脉冲弹作为电磁脉冲源。根据国内外电磁脉冲弹的发展现状和相关的文献资料,研究并分析了电磁脉冲弹对电子目标的作用机理、电磁脉冲作用下的电子目标易损性和电磁脉冲对电子目标的毁伤途径,并确定了电磁脉冲对电子目标的毁伤判据。其次,根据分析选取并建立几种典型电子设备中的构件模型,包括典型X段天线、电子设备传输线及PIN二极管的物理几何模型,在时域有限元方法建立的相关数学模型基础上,通过FDTD等软件对模型进行仿真和数值模拟。通过研究不同场强及脉冲宽度下,电磁脉冲对目标相应毁伤参数的影响,得出了电子目标的不同电参数与电磁脉冲相关参数的关系,并根据仿真数据拟合得到具体元器件在相应距离的最大电磁脉冲强度下的毁伤时间及耦合能量计算公式。最后,根据具体元器件的仿真分析,推理出电磁脉冲对整体电子目标内电子元器件的毁伤程度,并对毁伤等级进行划分。依据目标处的最大电场强度和电子元器件正常工作时的最大电场强度等参数,以模糊集理论为基础,综合德尔菲法、层次分析方法等效能评估方法,定性分析与定量计算相结合对电磁脉冲下电子目标的毁伤效能进行评估,并建立了电子目标毁伤效能评估模型。电磁脉冲弹对电子目标的毁伤效能评估模型能够反映出目标的毁伤程度,结合理论分析可以为研制电磁脉冲弹过程中以及为电子目标的电磁工程防护提供重要的科学依据。
田洪普[10]2016年在《基于FDTD算法的椭圆形天线设计及应用》文中进行了进一步梳理本文主要是针对当前手持移动通信产品的天线窄频带和低效率现象进行研究的。近年来,随着人们生活质量的提高和现代无线通信技术的进步,微带贴片天线的研究和应用备受人们的关注,而且很多数值分析方法也被应用到了通信领域。现代的无线通信系统对通信天线提出了兼顾多宽频带、体积小型化、辐射效率高、生产成本低等更苛刻的要求,这就要求我们有更有效的分析天线性能参数的方法。而工作频段主要集中在880MHz~960MHz频段的GSM和1710MHz~1880MHz频段的DCS是目前大多移动终端通信系统执行的双标准系统[53]。这意味着移动通信系统的天线在这两个频段内要具有多频段的工作特点,而且还要确保在正常工作多频段范围内具有稳定的带宽、低驻波比,以及良好的阻抗匹配性能。天线作为手持移动通信系统的重要部件之一,其性能的好坏直接影响整个通信系统的通信性能和手持设备的外观设计。针对当前移动天线的以上提出的难点,本文提出了应用时域有限差分法(FDTD)对微带贴片天线的性能参数进行分析和研究,并提出了一款具有宽带化、小型化和高增益特征的椭圆形微带贴片天线。在设计过程中,本文采取了加载寄生贴片和切角等措施,并分析了介质板的尺寸、寄生贴片的形状和尺寸的大小、椭圆形辐射体的尺寸等参数对天线性能产生的影响。最后对天线进行折中兼顾优化,最终实现了满足现代移动通信天线的性能要求。本文基于FDTD方法的原理和移动通信天线设计的基本理论和方法,提出了对天线改善性能的诸多措施,介绍了Mur和完全匹配层(PML)两种吸收边界条件的应用特点,科学地选取了天线的性能参数,分析了激励源的形式、馈电方式和划分网格的大小对天线性能计算的影响,并引入HFSS仿真软件对天线进行进一步的改进和一系列的优化,比较了采用FDTD方法和有限元法对天线性能计算分析的精确度,最后介绍了该天线在图书管理工作中的应用。
参考文献：
[1]. FDTD在电子系统中的应用[D]. 刘博. 南京理工大学. 2003
[2]. 电子设备电磁干扰分析的高效时域算法研究[D]. 叶志红. 西南交通大学. 2016
[3]. 高性能时域有限差分算法及新型圆极化微带天线设计[D]. 梁卓贤. 浙江大学. 2017
[4]. 电子系统后门耦合效应的FDTD仿真研究[D]. 程煜. 电子科技大学. 2005
[5]. 时域有限差分法在超高压输电线电磁场仿真中的应用研究[D]. 刘青松. 重庆大学. 2004
[6]. 基于时域有限差分方法的二维光子晶体能带结构的计算[D]. 周勤. 北京交通大学. 2013
[7]. 表面带缝隙物体的RCS的数值计算方法[D]. 施亚妮. 湖南大学. 2008
[8]. RFID标签天线优化设计[D]. 金祖升. 国防科学技术大学. 2008
[9]. 电磁脉冲弹对电子目标的毁伤效能评估[D]. 孙国庆. 中北大学. 2016
[10]. 基于FDTD算法的椭圆形天线设计及应用[D]. 田洪普. 东华大学. 2016
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