随机耦合模型在多种场景下的应用研究

摘要

随着电磁环境的日益复杂，高功率微波(High Power Microwave，HPM)作为电磁干扰源已广泛存在于实际工程当中。为了给电子设备提供良好的电磁环境，电子设备外部通常加装有金属屏蔽腔体，以减少外部电磁波对电子设备的电磁干扰。为了方便走线、保持通风散热及节约材料，金属屏蔽腔体上通常开有孔缝。由于高功率微波具有功率高、频率高的特点，因此高功率微波极易透过孔缝，以“后门耦合”的方式进入到腔体内部，对里面电子设备的工作安全性和稳定性造成影响。近年来由于微电子技术的快速发展，电子设备的集成度越来越高、功能越来越复杂，对高功率微波的敏感度也越来越低，因此在实际应用中对金属屏蔽腔体的电磁耦合效应进行研究具有重要意义。
　　在实际应用中金属屏蔽腔体的内部结构比较复杂，且对于高频电磁波属于电大尺寸，可视为波混沌有损的复杂腔体，因此本文将采用随机耦合模型(Random Coupling Model，RCM)对腔体的电磁耦合效应进行研究。首先，提出了一种级联的双腔体模型，将随机耦合模型与网络级联理论相结合，推导了双腔体内目标点处感应电压的计算方法，并搭建实验平台，利用实验数据进行计算，画出了由该方法得到的目标点处感应电压概率密度函数（Probability Density Function，PDF）与由其它方法得到的感应电压概率密度函数的对比图，证明了该方法的有效性。接着，利用随机耦合模型对复杂单腔体内电子电路的损伤概率进行了分析和预测，通过实验验证了平面波作用下随机耦合模型在复杂单腔体内电子电路损伤概率分析和预测中的适用性，并得出了平面波功率和高斯脉冲参数对电子电路损伤概率的影响;最后，提出了以变电站保护小间为物理原型的混响室模型，利用电磁仿真软件对所需要的物理量进行仿真，再利用随机耦合模型计算出目标点处感应电压，将其概率密度函数与仿真得到的感应电压概率密度函数进行对比，证明了随机耦合模型在变电站保护小间电磁耦合效应评估中的有效性。本文的结论可为大规模不规则电子系统中电磁兼容、电磁效应评估、电磁防护及电磁加固等工作提供指导。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 高功率微波效应的研究现状与发展趋势

1．3 本文的主要内容及内容安排

第2章 随机耦合模型

2．1 引言

2．2 随机耦合模型

2．2．1 波混沌现象

2．2．2 腔体损耗因子的确定

2．2．3 随机矩阵蒙特卡罗方法模拟产生归一化阻抗矩阵

2．3 本章小结

第3章 随机耦合模型在复杂双腔体电磁耦合效应研究中的应用

3．1 引言

3．2 双腔体模型的建立与分析

3．3 实验平台搭建及测试

3．3．1 实验平台搭建

3．3．2 测试方法

3．4 结果分析

3．5 本章小结

第4章 随机耦合模型对复杂腔体内电子电路损伤概率的研究

4．1 引言

4．2 损伤概率模型分析

4．2．1 损伤概率模型建立

4．2．2 实验模型搭建

4．2．3 平面波作用下损伤概率模型实验验证的结果分析

4．2．4 高斯脉冲参数对损伤概率的影响

4．3 本章小结

第5章 随机耦合模型在变电站保护小间电磁防护研究中的应用

5．1 引言

5．2 混响室仿真的特点

5．3 电磁仿真软件选择

5．4 基于RCM的目标点感应电压求解

5．5 S参数仿真提取模型仿真

5．5．1 仿真模型建立

5．5．2 仿真S参数及同轴电缆终端感应电压

5．6 RCM有效性验证

5．7 RCM对高斯脉冲激励下目标点处感应电压的预测

5．7．1 不同脉宽、不同上升沿及不同脉冲幅值高斯脉冲激励下的预测

5．7．2 不同脉冲间隔及不同脉冲个数的高斯多脉冲激励下的预测

5．8 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢