题目：系统级电磁兼容分析中线天线等效电路及行为级建模研究

系统级电磁兼容分析设计是保证电子信息系统在特定电磁环境中能完成各自功能的技术措施，其主要内容是采用电磁兼容建模与仿真手段，建立描述电磁干扰和电磁敏感特征及耦合关系的数学物理模型，计算后对可能存在电磁干扰及敏感现象进行定量的预测和评估，帮助消除电磁危害源对电子信息系统的影响。现代电子信息系统向高集成度、高安装密度、高频、高速等方向发展，复杂系统的电磁兼容模型的建立和求解难度越来越大，面临的技术难题包括：场路协同计算中某些场结构剖分求解远慢于电路分析；数模混合及高集成度电路中大量微分方程求解计算困难等。建立更简化的等效模型，提高仿真效率一直是系统级电磁兼容建模仿真研究的热点和难点内容。本论文受到国家自然科学基金重点项目、国家留学基金委公派留学项目以及北航博士生创新基金项目的联合资助，同时得到多个工程项目的支撑，重点以通信平台系统为对象，开展天线等效电路建模与电磁干扰行为级建模仿真研究。本文取得的创新性成果主要包括：1. 提出了一种无限大有耗介质体中线天线的等效电路模型，将等效电路推广到有耗介质，快速计算天线的输入阻抗，等效电路方便应用于路级的电磁兼容分析。当天线置于不同环境下的介质材料中时，空气中天线的等效电路已经不再适用。本文提出了无限大有耗介质体中线天线的等效电路模型，对五个集总参数组成的自由空间中线天线等效电路进行推广，将介质损耗角正切参数加入各个集总参数的计算公式中，从而推导出由八个集总参数组成的等效电路，此电路模型适用于任意有耗电介质或磁介质。2. 提出了一种介质包层线天线的等效电路模型，能够脱离电磁计算软件的限制快速计算天线阻抗，等效电路方便应用于天线对外部干扰信号响应计算。部分天线导体表面会存在涂覆介质材料以防止雨水等的腐蚀或调整天线的某些特性。本文提出一种介质包层线天线的等效电路模型，通过利用等效归一化理论及准静态近似原理，将任意介质包层天线分解为天线和磁介质两部分，分别建立其等效电路，最终得到总的由七个集总元件组成的等效电路模型。等效电路根据天线物理结构参数即可直接得出，方便应用电路仿真分析。3. 提出了一种功率放大器Volterra级数行为模型的简化方法，降低了模型的复杂度，将Volterra级数应用到更高阶和更长记忆的非线性电路系统。Volterra级数行为模型因其高复杂度而只适用于弱非线性系统，对于具有强非线性和长记忆效应的电路与系统，Volterra级数模型将包含大量的待辨识参数。本文以功率放大器为对象，提出一种Volterra行为模型的简化方法，通过引入了两个控制因子，合理移除对输出影响较少甚至无关的辨识参数，在保证模型准确度的前提下，有效地减少了待辨识参数的数量和计算资源。4. 给出了一种发射系统带外非线性干扰的量化预测方法，进行同一平台上多套通信系统间电磁干扰预测，为采取有效电磁兼容防护措施提供依据。电子系统集成化程度的提高使得有限空间内分布的设备越来越多，满足带外发射要求的设备也有可能对同一平台上其他设备产生干扰。本文以行为级仿真为手段，给出一种发射系统带外非线性干扰的量化预测方法，通过建立发射设备的行为级仿真模型，对带外发射频谱进行计算，并分析带外非线性干扰信号到达受扰设备的能量传输情况，从而量化预测辐射干扰源对其他通信系统的干扰。5. 提出应用于接收机射频系统电路内部三阶互调失真参数的分配方法，能控制干扰信号进入系统后产生的三阶互调失真电压以满足无寄生响应要求。无寄生响应要求进入的干扰信号产生的输出互调信号低于输出噪声功率。根据总体噪声指标计算得出的阈值电压，本文提出一种系统电路内部三阶互调失真参数（三阶截断点）的分配方法，首先推导给出三阶截断点的修正级联模型，利用此模型的电压约束关系，实现了级联电路电压信号同相情况下各级子电路行为模块中三阶互调失真参数的量化分配，严格控制输出的三阶互调干扰信号强度。6. 给出了一种抑制发射设备低阶互调干扰的整改方案，对容易产生且较难滤除的三阶和五阶互调干扰信号进行抑制。通常发射系统的功率放大器需要工作在非线性状态以提高效率，不可避免地产生互调干扰信号群。本文提出一种抑制发射设备低阶互调干扰的简易方案并进行了仿真验证，该方案只要在功率放大器前端引入模拟预失真电路，通过产生反相的三阶及五阶互调干扰信号，与有用信号一起进入功率放大器，从而抵消功率放大器产生的三阶及五阶互调信号，不需要修改其他电路，提出的方案不仅有效而且便于实现。