計算電磁學(xué)在電磁兼容仿真中的應用

摘要：由于航空飛行器上用電設備電磁兼容問(wèn)題頻發(fā)及其復雜性，用電設備的電磁兼容設計就顯得尤為重要。為此，提出了利用計算電磁學(xué)理論對用電設備的電磁兼容性進(jìn)行分析，針對系統中不同電磁兼容問(wèn)題以及不同數值計算方法的自身特點(diǎn)，選擇適用的數值方法對問(wèn)題進(jìn)行仿真計算。最終實(shí)現在產(chǎn)品的設計初期，就能夠對其電磁兼容性進(jìn)行預測和評估，滿(mǎn)足其電磁兼容性的要求。因此，采用計算電磁學(xué)進(jìn)行仿真分析可為解決用電設備電磁兼容問(wèn)題提供有效的手段和途徑。
關(guān)鍵詞：航空飛行器；計算電磁學(xué)；電磁兼容；數值方法

0 引言
隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，電子、電氣設備越來(lái)越廣泛地應用于航空飛行器上，惡劣的電磁環(huán)境往往使電子或電氣設備不能正常工作，導致航空通信、控制系統性能的降低。因此，電磁兼容性就成為工程設計中的一個(gè)重要課題。只有在整個(gè)系統的初期設計時(shí)，對系統的電磁兼容性進(jìn)行預測，對不滿(mǎn)足電磁兼容要求的部分進(jìn)行優(yōu)化處理，才能最終實(shí)現整個(gè)系統的高可靠性。
近年來(lái)，計算電磁學(xué)發(fā)展迅速，理論日趨成熟和完善，并廣泛應用在電磁兼容領(lǐng)域。利用計算電磁學(xué)理論解決工程中電磁兼容問(wèn)題，不僅提高了計算的準確性，而且降低了成本，為在研發(fā)初期掌握產(chǎn)品可能出現的電磁兼容問(wèn)題提供了有效的手段和途徑。因此，仿真計算對于那些利用實(shí)驗和測試方法難以解決的電磁兼容問(wèn)題是一種很好的解決方法。
本文介紹了幾種常用的數值算法，并對各種算法進(jìn)行了分析。針對航空用電設備常見(jiàn)的電磁兼容問(wèn)題，利用計算電磁學(xué)理論進(jìn)行分析和數值仿真，實(shí)現了對用電設備電磁兼容性有效的預測，為系統的初期電磁兼容性設計提供了理論依據。

1 電磁場(chǎng)數值方法的介紹和比較
計算電磁學(xué)是現代電磁場(chǎng)理論、現代數學(xué)方法和現代計算機技術(shù)相結合而產(chǎn)生的一門(mén)新興交叉學(xué)科。其主要任務(wù)是通過(guò)大型計算解決各相關(guān)領(lǐng)域中提出的各種極復雜的電磁場(chǎng)問(wèn)題。
當前電磁學(xué)中使用較多的數值方法主要有兩類(lèi)，一類(lèi)是以電磁場(chǎng)問(wèn)題的微分方程為基礎的數值方法，如有限元法(FEM)、時(shí)域有限差分法(FDTD)等；另一類(lèi)是以電磁場(chǎng)問(wèn)題的積分方程為基礎的數值方法，如矩量法(MOM)、多層快速多極子法(MLFMM)等。
1．1 有限元法
有限元方法是近似求解數理邊值問(wèn)題的一種數值技術(shù)，最早于20世紀40年代提出，在六七十年代被引進(jìn)到電磁場(chǎng)問(wèn)題的求解中。該方法的原理是用許多子域來(lái)代表整個(gè)連續區域，在子域中未知函數用帶有未知系數的簡(jiǎn)單插值函數來(lái)表示，利用里茲變分法或伽略金方法得到一組代數方程，最后通過(guò)求解這組方程得到原邊值問(wèn)題的近似解。原邊值問(wèn)題可表示為：

有限元法可以方便地分析具有復雜幾何結構和非均勻介質(zhì)材料的電磁問(wèn)題，因此，這種方法在各種復雜的靜態(tài)場(chǎng)問(wèn)題、導波問(wèn)題、電磁輻射和散射問(wèn)題中得到了廣泛的應用。