基于多导体传输线理论的差模激励新型线束串扰模型研究

传统的线束串扰模型只是在系统内共模激励的基础上建立的, 没有考虑系统间差模激励下线束串扰的情况. 针对差模激励下系统独立回路间线束串扰的物理问题, 提出了一种基于多导体传输线理论的差模激励新型线束串扰的计算方法.该方法根据差模激励下线间的耦合机理, 利用传输线传播横向电磁模式得到新型三导体传输线寄生参数电路及数学矩阵模型, 通过镜像法以及诺埃曼公式推导出寄生参数的计算公式, 并在频域内得到新型线束串扰的链参数矩阵方程, 根据新型差模串扰模型始端、终端边界条件最终得到串扰电压的频域解.以差模激励下平行双线回路对其他回路受扰线的串扰为例, 通过仿真受扰线不同布置情况下的串扰电压, 得到了差模激励源的线束间串扰的物理规律, 即受扰线位于差模回路之间时所受的串扰要远大于位于回路外时所受的串扰, 并验证所提出的模型及方法可以计算不同频率差模激励引起的干扰. 利用解析的方法解决了线束串扰中差模激励下的导线串扰问题, 为实际中如大量导线的捆扎以及导线干扰的预测等电磁兼容问题提供了理论依据, 具有指导意义, 完善了多导体传输线理论在线束串扰中的应用.     

基于时域BLT的多导体传输线串扰响应分析

当传输线上通有电压和电流信号时,会在其周围的传输线上产生串扰响应。采用时域BLT方程建立多导体传输线对多导体传输线的串扰模型,分析了不同数目和不同频率正弦波集总电压源激励下的多导体受扰线终端负载串扰电压响应特性。研究结果表明,受扰线终端负载上的串扰电压响应主要频点的个数与集总电压源的个数相同,响应频点与集总电压源的频率相等,响应幅值与相应电压源离受扰线的间距有关。     

基于时域BLT的多导体传输线串扰响应分析

当传输线上通有电压和电流信号时,会在其周围的传输线上产生串扰响应。采用时域BLT方程建立多导体传输线对多导体传输线的串扰模型,分析了不同数目和不同频率正弦波集总电压源激励下的多导体受扰线终端负载串扰电压响应特性。研究结果表明,受扰线终端负载上的串扰电压响应主要频点的个数与集总电压源的个数相同,响应频点与集总电压源的频率相等,响应幅值与相应电压源离受扰线的间距有关。     

开孔屏蔽腔内传输线负载所受电磁干扰的解析算法

外界电磁场通过孔缝耦合进入屏蔽腔,并经由线缆对腔内电子设备造成干扰,这是电磁兼容中需要考虑的重要问题,而数值法分析此类尺寸跨度大的电磁问题效率过低。基于电磁拓扑和等效电路法,提出一种快速计算外界平面波辐照下开孔屏蔽腔内传输线负载所受电磁干扰的解析算法。首先利用电磁拓扑将整个耦合问题分解为两个独立的子问题：外界平面波辐照下开孔空腔内的耦合场问题与耦合场辐照下孤立传输线的响应问题,然后提出基于等效电路法求解空腔内耦合电场的计算方法,最后利用场线耦合BLT方程求解耦合电场对孤立传输线负载造成的电磁干扰。经CST仿真验证,该解析算法能有效计算任意位置开(多)孔屏蔽腔内任意放置传输线负载所受的电磁干扰。相比于数值法,该解析算法不仅花费更少的计算时间与资源,且能用于参数影响规律的研究。     

车辆线缆瞬态电磁脉冲耦合仿真与抑制技术

瞬态电磁脉冲可通过车辆互联线缆耦合至电子系统内部,造成电子设备受扰甚至损毁,研究瞬态防护器件对电磁脉冲的抑制特性可为车辆电磁防护设计与实施提供有力支撑。本文以发动机电控系统为研究对象,考虑关键金属结构、线缆与电子设备,建立发动机电磁仿真模型,计算获取了瞬态电磁脉冲作用下线缆端口耦合干扰特性;基于电磁脉冲注入方法设计并搭建了瞬态防护器件测试平台,获取了瞬态电压抑制器与压敏电阻两类典型瞬态防护器件的响应时间、钳位电压、尖峰泄露等响应特性;在仿真与测试结果的基础上,选取一型瞬态电压抑制器应用于凸轮轴位置传感器信号线的电磁防护。研究结果表明,该型瞬态电压抑制器对线缆瞬态电磁脉冲耦合干扰抑制能力接近20 dB,置于滤波器前端可有效抑制线缆耦合干扰,保护终端设备。     

电磁耦合实验平台系统线缆束的电磁拓扑分析

复杂线缆束系统的电磁耦合分析,随着电磁环境的日趋复杂化,显得越来越困难。而高功率电磁辐射技术的发展,对具有复杂电缆束网络和电子设备的系统,带来了严重的电磁威胁。这从电磁攻击与电磁防护两方面,对复杂线缆束的电磁耦合分析,都提出了更加迫切的需求。由于复杂线缆束网络所涉及的几何空间的边界条件十分复杂,所以很难用时域有限差分(FDTD)或频域有限差分(FDFD)方法求解复杂线缆束网络系统的电磁耦合问题。我们在基于传输线理论,采用拓扑学中将空间按照拓扑结构进行分解的思想,建立了线缆束网络电磁耦合的拓扑模型,得出了计算复杂线缆束网络系统终端耦合电压与电流的计算方法,并给出了仿真计算实例用以验证电磁拓扑法处理线缆网络电磁耦合效应的有效性。     

多导体传输线串扰实验不确定度的预测

利用随机降阶模型（SROM）对影响线缆串扰的不确定变量进行了敏感性分析,在此基础上预测了在这些不确定性变量影响下的串扰不确定度。并搭建三导体传输线串扰实验系统,测量了近端串扰和远端串扰,根据标准GB/Z 6113.401—2018/CISPR/TR 16-4-1:2009,评估了串扰实验的测量不确定度。将基于SROM方法的串扰不确定度,与实际测量获得的不确定度进行对比。结果表明,二者随频率变化趋势一致,且实验测试不确定度在预测不确定度范围内。采用SROM方法选取样本计算的不确定度可用于预测串扰实际测量结果不确定度。     

电磁耦合实验平台系统线缆束的电磁拓扑分析

复杂线缆束系统的电磁耦合分析,随着电磁环境的日趋复杂化,显得越来越困难。而高功率电磁辐射技术的发展,对具有复杂电缆束网络和电子设备的系统,带来了严重的电磁威胁。这从电磁攻击与电磁防护两方面,对复杂线缆束的电磁耦合分析,都提出了更加迫切的需求。由于复杂线缆束网络所涉及的几何空间的边界条件十分复杂,所以很难用时域有限差分(FDTD)或频域有限差分(FDFD)方法求解复杂线缆束网络系统的电磁耦合问题。我们在基于传输线理论,采用拓扑学中将空间按照拓扑结构进行分解的思想,建立了线缆束网络电磁耦合的拓扑模型,得出了计算复杂线缆束网络系统终端耦合电压与电流的计算方法,并给出了仿真计算实例用以验证电磁拓扑法处理线缆网络电磁耦合效应的有效性。     

一种基于传输线方程的埋地电缆电磁脉冲耦合时域分析方法

 埋地电缆和其它金属长导体对核电磁脉冲的耦合分析对于确定合理的工程防护措施具有重要意义。采用Agrawal模型和时域有限差分算法对线缆耦合问题进行了分析,针对该模型中需要计算土壤阻抗与电流项卷积、土壤导纳与电压项卷积的问题,提出了一种土壤阻抗特性的线性拟合处理方法,可避免复杂的卷积计算。介绍了该方法的基本原理和试用结果。这一模型拟合法适用于确定无时域解析表达式的传输线模型参数,与传输线模型的时域有限差分方法相结合,可用于分析非均匀场作用下传输线的耦合。     

一种基于传输线方程的埋地电缆电磁脉冲耦合时域分析方法

埋地电缆和其它金属长导体对核电磁脉冲的耦合分析对于确定合理的工程防护措施具有重要意义。采用Agrawal模型和时域有限差分算法对线缆耦合问题进行了分析,针对该模型中需要计算土壤阻抗与电流项卷积、土壤导纳与电压项卷积的问题,提出了一种土壤阻抗特性的线性拟合处理方法,可避免复杂的卷积计算。介绍了该方法的基本原理和试用结果。这一模型拟合法适用于确定无时域解析表达式的传输线模型参数,与传输线模型的时域有限差分方法相结合,可用于分析非均匀场作用下传输线的耦合。     

线束干扰响应的精简计算模型

将电缆束等效方法与传统的传输线方法相结合,提出了多芯电缆束的精简SPICE分析模型。首先采用有限元法求解等效电缆束的模型参数,然后在SPICE环境中进行时域分析。以14芯电缆束的串扰问题和4芯电缆束的辐射干扰问题为例,对精简分析模型的有效性进行了验证。全模型与精简模型分析结果表明,精简模型线缆芯线数减少了一半以上,仿真幅度误差在5%以内,分析效率提高50%以上。该方法适用于大线束传导耦合分析、串扰分析和辐射分析。     

地面装备电源变换系统高低压线缆串扰仿真研究

电源变换系统中功率器件如MOSFET和IGBT开关管的高速切换将产生高幅值和宽频段的电磁干扰,是电动车辆最为常见也无法避免的电磁干扰源。同时,互连线缆是机电设备传递信号和能量的载体,是实现设备功能不可或缺的组成部分,线缆的天线效应使其成为设备产生电磁干扰的主要途径,是系统电磁兼容问题的主要根源之一。为了分析高压电源变换系统对低压控制系统的电磁耦合,以某典型地面装备电源变换系统IGBT开关管产生的脉冲宽度调制波（PWM波）作为电磁干扰源,以实装线缆作为分析对象,构建高低压线缆串扰模型,仿真分析不同线缆对地距离、线缆间距条件下单线、屏蔽线、双绞线等多类低压线缆的近端串扰电压,得出低压线缆的抗干扰性,为系统线缆的布线提供指导。     

线束干扰响应的精简计算模型

将电缆束等效方法与传统的传输线方法相结合,提出了多芯电缆束的精简SPICE分析模型。首先采用有限元法求解等效电缆束的模型参数,然后在SPICE环境中进行时域分析。以14芯电缆束的串扰问题和4芯电缆束的辐射干扰问题为例,对精简分析模型的有效性进行了验证。全模型与精简模型分析结果表明,精简模型线缆芯线数减少了一半以上,仿真幅度误差在5%以内,分析效率提高50%以上。该方法适用于大线束传导耦合分析、串扰分析和辐射分析。     

多导体传输线高频场线耦合模型的研究综述

场线耦合模型的研究是电磁兼容分析和电磁效应评估的重要组成部分。低频时,可以使用基于准TEM波近似的经典场线耦合模型来计算外场激励下的传输线沿线电流电压响应,然而,当入射波频率增加到对应波长与传输线横向尺寸可比拟时,经典模型将产生不可接受的模型误差,因而需要发展高频情况下的场线耦合模型。介绍了国内外多导体传输线高频场线耦合模型的研究进展,详细分析和比较了两个主流分支：TRI模型和TLST模型;之后简要介绍了传输线超理论TLST模型并以算例说明了该模型的准确性和有效性;最后对高频场线耦合模型的研究内容和研究目标进行了总结和展望。     

一种具有低串扰低非线性的双沟槽环绕型十三芯五模光纤

信息化对高速大容量光纤网络的需求日益强烈,空分/模分复用是继波分复用之后可使通信容量翻倍的新一代光纤通信技术.本文提出了一种双沟槽环绕型十三芯五模光纤,以满足未来对高速大容量信息传输的需求.针对空分-模分复用中降低串扰的目标设计优化光纤,采用双沟槽环绕结构,将光能量更好地限制在纤芯内,从而减小芯间和模间串扰.利用全矢量有限元法与功率耦合理论相结合计算并分析多芯光纤的串扰和传输特性.经过优化结构参数,可使光纤在1.3—1.7μm波段内稳定传输LP01, LP11, LP21, LP02,和LP31 5个模式;信号在1.55μm波长处传输60 km时,对应于以上5个模式相邻纤芯的芯间串扰分别为–122.37,–114.76,–106.28,–100.68,–92.81 d B,相邻模式之间的有效折射率差大于1.026×10–3,芯间和模间串扰可以被有效抑制; 5个模式对应的非线性系数分别为0.74, 0.82, 0.88, 1.26, 0.93 W–1·km–1,均可保持低非线性传输.该光纤结构简单紧凑,可利用气相沉积法和堆叠法制备预制棒,进一步拉制成具有低串扰低非线性的十三芯五模光纤,可...     

腔体内传输线耦合的电磁仿真软件与传输线方程的混合算法

研究了一种有限积分法软件与传输线方程相结合的混合算法,用于解决复杂电磁环境下屏蔽腔体内传输线的电磁耦合问题。利用有限积分法软件实现屏蔽腔体的建模,仿真得到腔体内部空间电磁场分布,并设置电场探针提取出传输线的激励场。利用传输线方程建立腔体内传输线的耦合模型,将得到的传输线激励场引入到传输线方程作为等效分布电压和电流源。利用时域有限差分(FDTD)格式对传输线方程进行离散,从而迭代求解出传输线终端负载上的电压和电流响应。通过与文献以及传统数值算法的计算结果进行对比,验证混合算法的正确性。研究表明,该混合算法在模拟电大尺寸腔体内传输线的电磁耦合方面,具有较高的精度和计算效率。     

架空及埋地多导体线缆对HEMP辐照的瞬态响应

针对瞬态电磁场辐照多导体电缆问题,首先介绍了一种用于计算架空及埋地线缆瞬态响应的高效时域宏模型。该模型基于传输线理论,利用广义特征线法和SPICE求解器中集成的模拟行为建模库,在时域内实现建模过程中涉及的频率相关参数和卷积计算。该方法适用性广泛,可同时用于架空及埋地线缆的场线耦合建模仿真;与现有时域有限差分法相比,不需要对时间和空间进行离散,以及对频率相关参数进行矢量匹配或数值逆傅里叶变换,因此可简化建模步骤,提高建模及仿真计算的效率;该宏模型计算效率不受线缆长度限制,适用于研究多导体长距离线缆。其次,在时域和频域分别研究了高空电磁脉冲(HEMP)的环境及特点。最后,利用算例验证了所提宏模型计算架空及埋地线缆响应的有效性,并利用该方法分别研究了架空地线对三相输电线路瞬态响应的影响以及埋地电力电缆金属护套在端接线性及非线性保护器件时对HEMP的瞬态响应。结果表明,宏模型法可在时域内高效地计算入射场耦合架空输电线及埋地电力电缆的瞬态响应,特别是对于带有非线性器件的长多导体线缆。     

高频电磁干扰对传输线耦合全波建模方法

对于场线耦合问题,经典传输线理论不适用于求解高频电磁干扰辐照下传输线负载上的电压和电流响应。针对这一问题,首先介绍了一种基于天线理论和模拟行为建模（ABM）的时域全波建模方法。该方法利用Harrington矩量法将电流积分方程离散并推导得到宏模型时域表达式,然后利用ABM频域功能实现频变参数的傅里叶逆变换和时域卷积计算。利用电路求解器,该建模方法可直接求解任意结构传输线耦合的负载处瞬态响应;与传统全波算法相比,模型一旦建立便可应用于任意入射场和线性/非线性负载的情况,无需重复耗时地求解电流积分方程。该方法可简化全波算法求解过程,提高仿真计算效率,尤其便于在入射场和负载存在不确定参数时进行高效重复抽样计算以获得统计特性。然后以高频电磁干扰耦合有损大地上的双导体传输线为例,通过与数值电磁代码和传统传输线理论方法的求解结果对比,验证了所提宏模型的有效性以及传输线理论在解决场线耦合问题时的局限性。结果表明,基于全波方法构建的宏模型可在时域内高效准确地求解高频电磁干扰辐照下任意形状传输线负载上的瞬态响应。     

一种沟槽辅助气孔隔离的低串扰高密度异质多芯少模光纤

以单模光纤为基础的传统光通信系统的容量已趋近其理论极限,多芯少模光纤是突破现有传输容量瓶颈的一种有效方式.本文设计了一种低串扰5-LP模的弱耦合异质芯7芯光纤,采用沟槽辅助和气孔隔离相结合的方法,在标准125μm外径的情况下实现了芯间和模间的低串扰.利用有限元法计算了纤芯之间的串扰、有效模面积等.经过设计优化,光纤在光通信C+L波段可以稳定传输5个LP模式,其中LP₂₁与LP₀₂模之间的有效折射率差最小,且大于1.1×10^–3;光纤中LP₃₁模式的芯间串扰最大且低于–50 dB/km,因此该光纤可以同时实现模间和芯间的低串扰传输. 7个纤芯中5个LP模的有效模面积均大于86μm~2,在波长1550 nm处相对纤芯复用因子为57.63,该光纤可用于大容量高速光纤传输系统.     

优化耦合模和耦合功率理论在弱耦合扰动多芯光纤中的对比

考虑实际光纤铺设过程存在的弯曲和扭转等扰动影响,对耦合模理论和耦合功率理论分别进行优化,得到多芯光纤串扰估计的一般模型.在不同光纤距离和弯曲半径情况下对串扰进行了仿真.结果表明,优化的耦合模理论模型的串扰呈震荡上升趋势,在相位匹配点附近,串扰累积增加,在非相位匹配点附近,串扰几乎不变,因此可以更好地反应光纤物理结构的波...