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多导体传输线电磁兼容的分析与研究
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文档介绍：
------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————分析端接频变负载的多导体传输线 FDTD 新方法_ 吴振军第58卷第9期 200 9年9月
Π 2009 Π 58(09) Π 6146206 物理学报 ACTAPHYSICASINICA Vol.58,No.9,September,2009 ν 2009Chin.Phys.Soc. 分析端接频变负载的多导体传输线 FDTD 新方法吴振军 1)2)?? 3 王丽芳廖承林 1)1) 1)( 中国科学院电工研究所, 北京 )( 郑州轻工业学院电气工程学院, 郑州 08 年 11月 25 日收到;2008 年 12月23 日收到修改稿) 提出了一种新的有效求解端接频变负载的时域有限差分法(FDTD). 该方法将频域导纳经矢量匹配后以有理式表示, 通过逆傅里叶变换将其转换到时域, 基于分段线性递归卷积法, 推导出该导纳两端的电压和电流关系, 将其代入到传输线 FDTD 模型中, 得到了求解端接频变负载多导体(MTL) 传输线 FDTD 的一般公式. 对一典型电路进行了仿真, 和以状态变量法求解任意负载的结果进行了对比, 两者基本重合, ------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————说明该方法用来求解频变负载是有效的. 关键词: 多导体传输线, 分段线性递归卷积, 时域有限差分法, 任意负载:引言来越密集, 印刷线路板越做越小, 信号时钟频率越来越高, 各种电气电子设备与系统之间及其内部自身的干扰已成为电磁兼容(patibility,EMC) 所面临的一个重要课题. 作为电磁兼容预测的一个重要工具, 传输线理论已经在高压传输线对通信线路干扰预测以及大规模集成电路电磁兼容性能预测中得到广泛应用. 时域有限差分法(finitedifferencetimedomain,FDTD) 是一种分析多导体传输线(multiconductortransmissionlines,MTL) 暂态反应的常用方法. 由于简单灵活, 广泛应用于分析非均匀和频变传输线.FDTD 能够分析非线性元件和线性集总参数网络,处,,无. 基于 Pspice 的传输线模] 能够准确仿真传输线的瞬态过程, 分析任意端接的电路, 但不能分析有损耗的、参数为频变的传输线, 非均匀传输线的分析也不方便,并且不能确定传输线上任一点的电压和电流, 因此其应用范围有限. 而在实际传输线负载中大多为频变负载( 参数[6] ------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————随频率变化), 比如电力系统中的电机和变压器, 电子线路中的 ECU 单元[8] [9] [7] , 集成电路中的某些元件等. 对这类元件需测量其频域阻抗或导纳, 采用矢量匹配法对阻抗或导纳进行拟合, 得到以极点和留数表示的有理函数式, 然后以电路来表征这些[10] 元件. FDTD 在电磁场求解中有广阔的应用, 文献[11,12] 基于分段线性电流密度卷积法分析了离子体平板对电磁波的反射系数和透射系数, 并指出分段线性递归卷积比一般卷积法具有更高的精度. 文献[13] 基于分段线性递归卷积法分析了金属材料的特理复杂的传输线网络和外界电磁场激励, 可以获得线上任意点的电压、电流波形[1— 3] .FDTD 求解传输线方程时由于端部电压和电流在空间和时间上不同步, 需单独处理, 因此对处理复杂网络时较困难. 文献[3] 采用状态变量法推导了端接------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————任意负载的 FDTD 方程, 但只对电容和带电阻的电感并联支路进行了仿真, 如果端接负载电路结构复杂, 则列写状态方程困难, 求解矩阵复杂, 未见到采用该方法分析复杂线性电路的文献. 文献[4] 对非线性负载进行了分析, 但非线性元件的电压和电流关系是已知的. 但在多性, 文献[14] 基于分段线性递归卷积法推导了单端口和双端口任意线性集总网络的电场和电流关系, 并和 Z 变换的结果进行了对比. 基于上述文献的思路, 把分段线性递归卷积方法引入到分析端接频变负载的传输线 FDTD 模型中, 推导出端口处电压和电流关系, 并代入 FDTD 方程中求解端口处瞬态电压和电流. 以该方法进行了仿真并和状态变量法传输线模型的结果进行了对比. 3 国家高技术研究发展计划(863) 项目( 批准号:) 资助的课题.??E2mail:wuzhj@mail.iee. ?
China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
期吴振军等: 分析端接频变负载的多导体传输线 FDTD 新方法 6147 nn +Re( ξ Vz+Re( ρ 0,i)?iIz)}.(11) 21 任意负载的端口电压电流关系对频变参数元件, 可测量得到其频域的阻抗Π导[9] ------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————纳, 由矢量匹配法, 可将该阻抗Π导纳经拟合后以有理函数式来表征, 可将其 s 域导纳写成下面形式:n 因此, 只需将共轭复数对中的一个复数代入迭代公式即可. 可减少一半的存储变量及减少运算量. 3)将 Y(s)=sh+g 代入(2) 式. 可得 Iz,0=(sh+g)Vz(s), 由s→9Π 9t, 将其中心差分Δ t+g Π Iz,0=(h Π 2)Vz n+1n+1 Δ t)Vzn,+(g Π 2-h Π(12) Y(s)= i=1n s-i ci +sh+g+Y0(s), (1) 最后将(10) —(12) 式代入到(7) 式, 假定 ci1
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华北电力大学硕士论文
本文首先利用多导体传输线理论，分析多导体传输线方程中单位长度电感，单
位长度电容，单位长度电阻矩阵，单位长度电导矩阵各参量矩阵的物理含义，以及
如何用实验方法获得。在这些理论基础上，建立了三种多导体传输线的数学模型，
包括:常规传输线模型，扁平电缆模型，印刷电路板中导体带模型。这些模型以设
备中传输线为背景，比较全面，客观的反映了设备实际串扰情况。然后，结合这些
模型，编制了相应的串扰分析程序，其中:常规传输线计算程序用于计算 n根相互
间距较大非屏蔽导线，n根距地较近非屏蔽导线，屏蔽罩内包含n根导线三种情况
下单位长度电感、电容矩阵。扁平电缆计算程序用于计算扁平电缆的单位长度电感、
电容矩阵，印刷电路板导体带计算程序用于计算印刷电路板导体带单位长度电感、
电容矩阵，频率响应计算程序以单位长度电感、电容矩阵为输入参数，用于计算各
种传输线的串扰电压。最后，将设备实际数据代入分析程序，进行仿真计算，得到
仿真曲线和结论.
关键词:电磁兼容、多导体传输线、串扰、仿真
Firstly,byutilizingthetheoryofmulticonductortransmissionlines,thisthesisanalysesthephysical
meaningofper-unit-lengthinductance(L),capacitance(C,resistanceandconductancematrixesandhowto
getthembyexperimentalmethods.Bymakinguseofthebackgroundoftheory,threemodelsare
established,include:normaltransmissionlines,ribboncable,printedcircuitboard(PCB)trace,which
generally,externallydescribeactualcircumstances.Secondly,somesoftwarecorrespondingtomodelsare
programmed,whichincluding:thecalculationofnormaltransmissionlinesL,Capplyingtonpiecesof
wide-separationnon-shieldedwires,npiecesofwiresaboveaconductingplane,andnpiecesofwires
withinaconductingshield,calculationofribboncableL,Capplyingtoribboncable,calculationofPCB
traceL,CapplyingtoPCBtrace.Calculationofrfequency-domainresponsetakestheL,Casinput,and
cancalculationthecrosstalkvoltageofcorrespondingtransmissionlines.Finallyactualdataofdevicesare
introducedtosoftware,andthesimulationchartand.conclusionwhicharesatisfiedwithdemandof
companyaregained,asadesignreference,theyexertanimportanteffect.
Jiangrenbo(Communicationengineering)
Directedbyprof.Zhaolianqing
Keywords:electromagneticcompatibility,multiconductortransmissionlines,crosstalk,simulation
华北电力大学硕士论文
本文首先利用多导体传输线理论，分析多导体传输线方程中单位长度
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