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基于改进FDTD的带孔缝腔体的电磁兼容性研究

作　者: 蒋延友
导　师: 王安娜
学　校: 东北大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 孔缝 电磁耦合 时域有限差分方法 扩展网格 电磁屏蔽
分类号: TN03
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


由于电子、电气设备散热、通风以及与外界电路相连接等的需要,屏蔽腔体上不可避免地开有各种各样的孔缝,而孔缝是电子、电气设备产生电磁耦合效应的主要途径。要正确预测电子、电气设备的电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility, EMC),就必须考虑孔缝引起的电磁耦合效应问题。因此,深入研究通过孔缝的电磁耦合效应问题,对于电子、电气设备和系统的电磁兼容性设计,具有十分重要的指导意义。本文以东北大学二期“985”项目“流程工业综合自动化科技创新平台”子项目为研究背景,深入研究了带孔缝腔体的电磁兼容性问题。系统研究了电磁场理论、电磁场屏蔽技术、时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)。深入分析了时域有限差分法的关键技术,包括网格划分、数值稳定性、吸收边界、总场边界、激励源的设置等。在分析电磁场问题时,引入了时间步长Δt变量,将三维空间静态场方程转化为时空四维动态实时场方程来分析电磁场的时域和频域特性。针对经典均匀网格划分方法存在的问题,给出了改进的扩展网格划分法,用此网格划分法计算、仿真电磁场问题,并与经典网格划分法进行了比较,表明了本文扩展网格划分方法的准确性和优越性。研究了常用窄缝耦合FDTD算法,给出了一种改进的窄缝电磁耦合FDTD算法。用此算法对静电放电电流注入细导线产生的辐射场与带窄缝金属腔体的耦合进行了分析计算,结果与实际耦合情况相符。并采用改进的窄缝耦合FDTD方法和扩展网格划分方法深入分析了金属腔体在不同情况下的电磁耦合效应。分析了三款实际的高频率开关电源机箱在不同条件下的电磁屏蔽效能,依据得出的结论给出了有效改善屏蔽效能的建议。这些研究工作和成果为带孔缝腔体以及电子电路系统的电磁兼容性设计提供了理论依据。

全文目录


中文摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-17
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
  1.2 国内外EMC技术发展及现状  12-14
  1.3 论文主要研究内容及结构  14-17
第2章 电磁屏蔽的基本理论  17-21
  2.1 电磁兼容概念  17-18
  2.2 电磁屏蔽原理  18-19
  2.3 屏蔽效果的衡量指标  19-20
  2.4 本章小结  20-21
第3章 时域有限差分法原理  21-43
  3.1 时域有限差分法  21-26
    3.1.1 FDTD的差分原理  21-25
    3.1.2 FDTD网格模型  25-26
  3.2 吸收边界条件  26-32
    3.2.1 PML吸收边界条件  27-30
    3.2.2 Mur吸收边界  30-31
    3.2.3 吸收边界性能比较  31-32
  3.3 激励源设置  32-33
  3.4 数值的稳定性和色散问题  33-35
    3.4.1 数值的稳定性  33-34
    3.4.2 数值的色散问题  34-35
  3.5 网格划分原则  35
  3.6 网格划分方法的改进  35-37
  3.7 时域有限差分法的特点  37-38
  3.8 改进的窄缝电磁耦合FDTD算法  38-42
    3.8.1 现有窄缝电磁耦合算法  38-39
    3.8.2 改进的窄缝电磁耦合算法  39-42
  3.9 本章小结  42-43
第4章 带孔缝腔体的电磁耦合分析  43-67
  4.1 FDTD实现步骤  43-47
    4.1.1 建立计算模型  43-44
    4.1.2 设置激励源  44
    4.1.3 设置PML吸收边界  44-45
    4.1.4 非均匀网格应用及有效性验证  45-47
  4.2 孔缝电磁耦合性能分析  47-65
    4.2.1 不同形状单孔缝电磁耦合性能分析  47-56
    4.2.2 缝隙的宽度与电磁耦合效应的关系  56-57
    4.2.3 机箱内不同点的电磁屏蔽效能  57-58
    4.2.4 激励源入射方向与电磁耦合效应  58-60
    4.2.5 多窄缝电磁屏蔽效能分析  60-63
    4.2.6 双层屏蔽板的电磁屏蔽效果  63-65
  4.3 孔缝耦合产生的感应电流  65-66
  4.4 本章小结  66-67
第5章 高频开关电源机箱的电磁耦合研究  67-77
  5.1 建立模型  67-68
    5.1.1 实体模型  67-68
    5.1.2 仿真模型  68
  5.2 选取激励源及设定计算空间  68-69
  5.3 高频开关电源机箱电磁屏蔽效能分析  69-75
    5.3.1 激励源位置的影响  69-72
    5.3.2 开孔方式的影响  72-74
    5.3.3 入射方向的影响  74-75
  5.4 本章小结  75-77
第6章 总结与展望  77-79
  6.1 总结  77
  6.2 展望  77-79
参考文献  79-83
致谢  83-85
攻读硕士期间参与的项目及发表的论文  85

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 一般性问题 > 结构
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