計算電磁學(xué)在電磁兼容仿真中的應用
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1．4 幾種方法的比較
矩量法既要面對繁難的積分方程，又要注意基函數的恰當選??；既要耐心處理奇異點(diǎn)，又要巧妙構思快速求解技術(shù)。相對而言，實(shí)施有限元要容易些，只需要注意基函數選取及稀疏矩陣存儲方式即可。至于時(shí)域有限差分就更容易了。因此一般說(shuō)來(lái)矩量法實(shí)施最難，有限元次之，時(shí)域有限差分法最易。
就通用性而論，有限元與時(shí)域有限差分相近，都很通用，矩量法則稍差。矩量法通用性的不足從某種程度上說(shuō)換來(lái)了高精度、高效率。雖然原則上說(shuō)，三種方法精度相當，然而實(shí)際計算表明，矩量法精度最高，有限元次之，時(shí)域有限差分最差。其原因是矩量法沒(méi)有數值色散誤差，其他兩種都有。時(shí)域有限差分不僅有數值色散誤差，且模擬復雜幾何形狀的誤差一般也要大于其他兩種數值方法。
2 計算電磁學(xué)在電磁兼容領(lǐng)域的應用
航空用電設備電磁兼容問(wèn)題類(lèi)主要有天線(xiàn)間的耦合干擾、場(chǎng)線(xiàn)耦合，機箱的屏蔽性能等。若在用電設備設計初期就能考慮電磁兼容性問(wèn)題，就能比較容易地滿(mǎn)足飛行器上電磁兼容性的要求，同時(shí)也節約了產(chǎn)品測試成本。因此，利用數值方法對電磁兼容問(wèn)題進(jìn)行仿真計算，并對計算結果進(jìn)行分析，就可以有效地對設備的電磁兼容性進(jìn)行預測和評估，為設備電磁兼容設計提供可靠的理論依據，并具有重要的實(shí)際意義。
2．1 天線(xiàn)耦合問(wèn)題
飛行器上的天線(xiàn)形式多樣，工作時(shí)要求能夠與其他天線(xiàn)兼容，因此天線(xiàn)的布局設計尤為重要。若要減小天線(xiàn)間的耦合，就要選擇使兩天線(xiàn)間耦合系數盡可能小地點(diǎn)放置天線(xiàn)，但又要考慮天線(xiàn)本身的輻射特性最佳等諸多因素。因此實(shí)際天線(xiàn)布局設計是一個(gè)綜合性的調整過(guò)程，預先計算天線(xiàn)間的耦合系數，對于系統發(fā)揮最大功效并電磁兼容性良好來(lái)說(shuō)，是非常重要的。
當天線(xiàn)端口匹配時(shí)，天線(xiàn)間的耦合度可以表示為：
式中：Pr為接收天線(xiàn)接收到的功率；Pt為發(fā)射天線(xiàn)的輸入功率。
算例分析：兩個(gè)喇叭天線(xiàn)相對放置，兩天線(xiàn)間放置一塊金屬板，可以有效去除直線(xiàn)上的直接耦合。采用有限元法計算兩個(gè)喇叭天線(xiàn)的耦合系數。圖2為喇叭天線(xiàn)的仿真模型。圖3為計算得到天線(xiàn)間的耦合系數。
2．2 開(kāi)縫箱體屏蔽效能計算
一般情況下，航空電子設備都是用金屬箱體來(lái)屏蔽外界電磁干擾的。機箱上可能在蓋板、通風(fēng)散熱孔、電源信號線(xiàn)處存在孔縫隙，電磁能量可通過(guò)屏蔽機箱上這些孔縫直接進(jìn)入電子設備，孔縫耦合作用嚴重影響了機箱的屏蔽性能，降低設備或系統的可靠性。因此需要對機箱的屏蔽效能進(jìn)行數值仿真，使敏感器件避開(kāi)場(chǎng)的峰值區域，提高電子設備的抗干擾能力。
屏蔽體的好壞用屏蔽效能來(lái)描述，屏蔽效能表現了屏蔽體對電磁波的衰減程度，定義為屏蔽前某點(diǎn)的場(chǎng)強與屏蔽后該點(diǎn)的場(chǎng)強之比。用公式表示為：
式中：E0為屏蔽前某點(diǎn)的電場(chǎng)強度；Es為屏蔽后某點(diǎn)的電場(chǎng)強度。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202428.htm
算例分析：某一用電設備機箱，其正面中心處有一縫隙，并面對入射波方向。在小孔面積相同的情況下，考慮了圓形孔、正方形孔和兩個(gè)尺寸不同的矩形孔四種情況，如圖4所示。利用FDTD方法計算四種情況下機箱的屏蔽效能。圖5為計算得到的不同尺寸孔縫屏蔽效能的對比。由仿真結果可知，在開(kāi)孔面積相同的情況下，當入射波電場(chǎng)方向平行于長(cháng)方形孔的短邊時(shí)，耦合進(jìn)箱體的場(chǎng)強最強，相應的箱體屏蔽效果越差，且長(cháng)邊與短邊的比值越大，屏蔽效果也越差；當入射波電場(chǎng)方向平行于長(cháng)方形孔的長(cháng)邊時(shí)，耦合場(chǎng)強最弱，箱體的屏蔽效果最好。
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