本發(fā)明屬于單導(dǎo)線的電磁耦合計(jì)算領(lǐng)域,具體屬于一種用于單導(dǎo)線電磁耦合的fdfd-tl計(jì)算方法。
背景技術(shù):
1、空間存在一類電磁脈沖源,能量大、頻帶窄且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),例如雷電電磁脈沖、高空核電磁脈沖的中期和晚期階段,等。這些強(qiáng)電磁脈沖對(duì)各類敏感的電子電氣設(shè)備具有極大的破壞力,是因?yàn)閺?qiáng)電磁脈沖能量通過設(shè)備線纜耦合產(chǎn)生強(qiáng)干擾信號(hào),流入線纜端接電路造成干擾或損傷而影響設(shè)備的工作性能。因此,開展長(zhǎng)時(shí)間干擾源輻射作用傳輸線的電磁耦合研究,能夠?yàn)殡娮与姎庠O(shè)備的電磁干擾分析及抑制提供重要的技術(shù)支撐。
2、對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間干擾源的輻射耦合問題,時(shí)域仿真會(huì)耗費(fèi)大量的計(jì)算時(shí)間,而且后時(shí)間不穩(wěn)定、易發(fā)散,此時(shí)頻域仿真更為合適。有限元法(finite?element?method,fem)、矩量法(method?of?moments,mom)和頻域有限差分法(finite?difference?frequency?domain,fdfd),是應(yīng)用最為廣泛的頻域全波算法。但是,全波算法需要對(duì)精細(xì)的傳輸線直接建模,剖分網(wǎng)格量大,計(jì)算效率低。因此,國(guó)內(nèi)外學(xué)者基于傳輸線方程理論,提出了多種高效的場(chǎng)線耦合算法,其中blt方程是應(yīng)用最為廣泛的場(chǎng)線耦合頻域算法。雖然blt方程無需對(duì)傳輸線精細(xì)結(jié)構(gòu)直接建模,但是只能求解傳輸線端接負(fù)載的干擾響應(yīng),無法得到傳輸線沿線的電壓或電流,難以開展后續(xù)的傳輸線二次輻射仿真。
3、因此,本文將頻域有限差分法和傳輸線方程相結(jié)合,提出了一種新型的場(chǎng)線耦合頻域算法,實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間干擾源作用單導(dǎo)線的電磁耦合快速計(jì)算,同時(shí)能夠獲取單導(dǎo)線沿線各點(diǎn)的電流響應(yīng)。
4、最接近的現(xiàn)有技術(shù)為發(fā)明人的在先申請(qǐng)cn112507647b,一種空間電磁場(chǎng)作用分叉線的電磁耦合時(shí)域建模分析方法,
5、該專利保護(hù)的是一種用于分叉線電磁耦合計(jì)算的時(shí)域混合算法,需要通過fdtd方法迭代求解分叉線的激勵(lì)場(chǎng)。當(dāng)空間入射波為長(zhǎng)時(shí)間干擾源時(shí),fdtd計(jì)算所需的迭代步數(shù)非常多,導(dǎo)致執(zhí)行時(shí)間過長(zhǎng)引發(fā)數(shù)值發(fā)散而難以完成計(jì)算。本專利發(fā)明的fdfd-tl方法是一種頻域方法,將長(zhǎng)時(shí)間干擾源抽樣為多個(gè)頻點(diǎn)分別進(jìn)行場(chǎng)線耦合計(jì)算,有效規(guī)避了時(shí)域算法長(zhǎng)時(shí)間計(jì)算而發(fā)散的難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明旨在解決以上現(xiàn)有技術(shù)的問題。提出了一種用于單導(dǎo)線電磁耦合的fdfd-tl計(jì)算方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
2、一種用于單導(dǎo)線電磁耦合的fdfd-tl計(jì)算方法,其包括以下步驟:
3、步驟1、根據(jù)傳輸線方程,結(jié)合單導(dǎo)線激勵(lì)場(chǎng)的解析解,構(gòu)建平面波輻照單導(dǎo)線的電磁耦合模型;
4、步驟2、應(yīng)用基于頻域有限差分方法fdfd方法求解傳輸線方程,推導(dǎo)適用于單導(dǎo)線電磁耦合計(jì)算的fdfd-tl矩陣方程;
5、步驟3、采用復(fù)共軛梯度法,求解fdfd-tl矩陣方程,獲得單導(dǎo)線沿線各點(diǎn)及端接負(fù)載的電流響應(yīng)。
6、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下:
7、本發(fā)明基于頻域有限差分方法(finite?difference?frequency?domain,fdfd)和傳輸線方程,提出了一種新型的場(chǎng)線耦合頻域算法(fdfd-tl),解決了長(zhǎng)時(shí)間干擾源作用單導(dǎo)線的電磁耦合計(jì)算難題。
8、本發(fā)明將頻域有限差分法和傳輸線方程有機(jī)結(jié)合,提出了一種新型的場(chǎng)線耦合頻域算法,有效解決了長(zhǎng)時(shí)間干擾源作用多導(dǎo)體傳輸線的電磁耦合快速計(jì)算問題。首先,推導(dǎo)了空間電磁場(chǎng)與多導(dǎo)體傳輸線電流響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的fdfd矩陣方程,然后,使用復(fù)共軛梯度法,結(jié)合openmp并行技術(shù),實(shí)現(xiàn)了多導(dǎo)線沿線各點(diǎn)電流的快速迭代求解。通過相應(yīng)計(jì)算實(shí)例的數(shù)值模擬,將fdfd-tl算法與全波算法的計(jì)算結(jié)果從精度和耗用時(shí)間方面進(jìn)行對(duì)比,充分驗(yàn)證了該算法的正確性與高效性。
9、本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)是首次將fdfd方法應(yīng)用于傳輸線方程計(jì)算,并推導(dǎo)建立了fdfd-tl矩陣方程。該方法在計(jì)算長(zhǎng)時(shí)間干擾源作用單導(dǎo)線的電磁耦合時(shí)不存在數(shù)值發(fā)散問題,能夠求得單導(dǎo)線沿線各點(diǎn)的電流響應(yīng),而且模擬結(jié)果與全波算法具有同等計(jì)算精度。
1.一種用于單導(dǎo)線電磁耦合的fdfd-tl計(jì)算方法,其特征在于,包括以下步驟:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于單導(dǎo)線電磁耦合的fdfd-tl計(jì)算方法,其特征在于,所述步驟1根據(jù)傳輸線方程,結(jié)合單導(dǎo)線激勵(lì)場(chǎng)的解析解,構(gòu)建平面波輻照單導(dǎo)線的電磁耦合模型,具體包括:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于單導(dǎo)線電磁耦合的fdfd-tl計(jì)算方法,其特征在于,所述步驟2應(yīng)用頻域有限差分(fdfd)方法求解傳輸線方程,推導(dǎo)適用于單導(dǎo)線電磁耦合計(jì)算的fdfd-tl矩陣方程,具體包括:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于單導(dǎo)線電磁耦合的fdfd-tl計(jì)算方法,其特征在于,所述步驟3采用復(fù)共軛梯度法,求解fdfd-tl矩陣方程,獲得單導(dǎo)線沿線各點(diǎn)及端接負(fù)載的電流響應(yīng),具體包括:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于單導(dǎo)線電磁耦合的fdfd-tl計(jì)算方法,其特征在于,所述使用迭代法求解fdfd-tl矩陣方程,具體迭代求解流程為:
6.一種電子設(shè)備,其特征在于,包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序,所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的用于單導(dǎo)線電磁耦合的fdfd-tl計(jì)算方法。
7.一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì),其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序,其特征在于,所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的用于單導(dǎo)線電磁耦合的fdfd-tl計(jì)算方法。