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题目:线缆的rPEEC建模及稳定性研究

关键词:电磁兼容,线缆间信号串扰,部分单元等效电路,rPEEC建模,稳定性

  摘要



        随着机载设备的增多,用于设备间通信的连接线缆的相互耦合越来越不可忽视。然而由于线缆的长度相对于截面尺寸过大,使得完全基于场理论的方法(如FDTD、MoM等)计算线缆间串扰耦合的效率不高。PEEC是一种场路结合的方法,通过场的方法提取等效电路参数,形成等效电路,进而用路的方法进行相应的仿真计算,因而将其应用于线缆可以准确而高效地计算出线缆间的串扰耦合。

        在线缆的PEEC建模方面,为了提高计算的精度以及计算的效率,本文针对线缆的结构特点,对PEEC方法进行了相应的改进。首先,本文提出等效电位系数的方法,通过计算线缆离散体单元的等效电位系数,只需对线缆沿其长度方向进行一维剖分即可实现线缆的高效率、高精度的PEEC建模。其次对于有绝缘层的线缆,本文提出了环形剖分的离散方法,在其截面方向沿其绝缘层与导体内芯交界处进行环形剖分,将线缆的绝缘层和导体内芯的PEEC模型用并联耦合R-L 等效电路描述,该方法很大程度降低了绝缘层线缆的PEEC模型的复杂度;再次,针对随信号频率不断提高,时延影响不可忽略的情况,本文对线缆建立了包含时延效应的rPEEC模型,提高所建等效电路模型的精确度。最后,针对时延加入带来的稳定性问题,本文分析了产生不稳定现象的原因,并对不同的原因采取了相应的改进措施,以改进线缆rPEEC模型的稳定性。

        为了提高线缆建模的可靠性和有效性,本文编写了特定的程序完成基于PEEC的线缆建模,程序可以实现线缆的准静态PEEC建模和rPEEC建模两种形式的建模,并提供SPICE仿真和改进节点法(MNA)求解两种方式对得到的等效电路模型进行分析,以根据不同的需求进行合适的选择,提高模型的求解效率。

        本文的研究工作及成果可以快速准确地对线缆进行准静态PEEC建模和rPEEC建模,通过对得到的等效电路模型进行分析,可知线缆间的信号传输及串扰耦合情况,能够为线缆的布线、线缆间干扰耦合的防护、系统电磁兼容性能的评估提供依据。