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千兆赫兹横电磁波室的数值模拟

作　者: 蔡二平
导　师: 蒋全兴
学　校: 东南大学
专　业: 机械电子
关键词: 千兆赫兹横电磁波室时域有限差分法有限元法电磁兼容
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 86次
引　用: 3次
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内容摘要

千兆赫兹横电磁波(GTEM)传输室广泛应用于电磁兼容试验、电磁场生物效应的研究以及场探头的校准试验中。本课题就是用数值模拟的方法计算分析GTEM小室各部分的电性能,并且用数值方法辅助结构设计。影响GTEM小室性能的很重要的一部分就是小室的馈电接头段,其结构精细,局部场强不便于测量,这里采用三维时域有限差分法(FDTD)建模,编程计算GTEM小室的接头段高频高压下的电性能,算出了一种常规小室接头的场分布和宽频带驻波比特性,并且由场分布讨论小室接头的击穿电压,指出需要对常规接头加绝缘护套才能应用于更高压。要让GTEM小室应用于更高的电压,需要设计一种能耐高压,高频性能又好的馈电接头,这里使用基于有限元方法的电磁场计算软件HFSS辅助结构设计,达到了快速参数优化的目的.。GTEM小室的工作区分为前测试区和后测试区,测试区的场分布情况需要评估。本课题用三维FDTD方法对GTEM小室主体段建模计算,着重分析了后测试区的场分布,高次模以及场均匀性情况。计算结果显示该种GTEM小室的后测试区在频率为1GHz时仍能满足场均匀性要求。试验所得实测数据与计算结果有很好的一致性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-10
  1.1 GTEM 传输室数值模拟任务的提出  8
  1.2 论文的主要研究内容  8
  1.3 论文的研究意义  8-9
  1.4 本论文的结构编排  9-10
第二章相关背景知识介绍  10-15
  2.1 电磁干扰及电磁兼容简介  10-11
  2.2 电磁兼容测试的常用手段  11-12
  2.3 GTEM 传输室的基本原理  12-13
  2.4 GTEM 传输室的研究状况  13-15
第三章用三维FDTD法分析小室的馈电接头段  15-30
  3.1 内节点三维FDTD 格式  15-23
    3.1.1 Maxwell 方程和FDTD 格式的Yee 氏网格  15-17
    3.1.2 内节点的三维FDTD 迭代公式  17-21
    3.1.3 由数值色散和数值稳定性条件确定空间和时间步长  21-23
  3.2 GTEM 接头段三维结构的边界近似  23-24
    3.2.1 GTEM 小室的接头段结构  23
    3.2.2 结构边界的阶梯近似  23-24
  3.3 激励源平面的设置  24-25
    3.3.1 激励源类型的选择  24-25
    3.3.2 激励源的引入和激励源平面场值的求解  25
  3.4 边界条件的设置  25-26
    3.4.1 吸收边界条件的选取  25-26
    3.4.2 介质边界条件的选取  26
  3.5 计算结果后处理与分析  26-28
    3.5.1 正弦激励下的场分布  26
    3.5.2 击穿电场的讨论  26-27
    3.5.3 宽频带内驻波比的求解  27-28
  3.6 自编FDTD 程序GTEMCa 的图形用户界面  28-30
第四章用HFSS辅助设计小室的高频高压接头  30-39
  4.1 有限元方法以及HFSS 概述  30-35
    4.1.1 有限元方法原理  30-31
    4.1.2 分片插值与基函数的选取  31-33
    4.1.3 Helmholtz 方程的有限元解  33-35
    4.1.4 电磁场有限元计算软件HFSS 介绍  35
  4.2 GTEM 小室高压接头的设计  35-38
    4.2.1 高压接头的初设计  35-36
    4.2.2 用HFSS 对结构尺寸优化  36-38
  4.3 高压接头加工出来后的GTEM 实测  38-39
第五章用FDTD法分析GTEM小室主体段场分布  39-45
  5.1 GTEM 小室主体段的 FDTD 模型  40
  5.2 计算所得场分布的分析  40-45
    5.2.1 后测试区的场分布及高次模讨论  40-43
    5.2.2 后测试区垂直场分量均匀性分析  43-45
第六章GTEM小室后测试区场分布测量  45-49
  6.1 试验目的  45
  6.2 试验仪器  45
  6.3 测试方案  45-46
  6.4 后测试区场分量测量结果记录  46-47
  6.5 测试数据处理和分析  47-48
    6.5.1 场均匀性分析  47
    6.5.2 TEM 主模分析  47-48
  6.6 测试数据与计算数据的比较  48-49
第七章结论与建议  49-50
致谢  50-51
参考文献  51-52

千兆赫兹横电磁波室的数值模拟

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