[發(fā)明專利]一種對傳輸線瞬態(tài)響應的分析方法

在審

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• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105677998A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設計）人: 李軒;張少卿;趙麗麗;關慶陽
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 沈陽火炬專利事務所(普通合伙) 21228
• 代理人: 李福義

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及電子領域，具體涉及一種對傳輸線瞬態(tài)響應的分析方法。

背景技術(shù)

在對飛機、艦船等復雜系統(tǒng)的線纜網(wǎng)進行電磁兼容分析時，往往會遇到線纜布局隨載體 外形變化的情況，部分電纜的電氣參數(shù)會隨空間坐標而改變；由于這種電纜的分布非均勻特 征，使得頻域的BLT方程不再適用，因而大多采用時域分析研究；目前存在幾種分析方法： (1)基于線路參數(shù)隨空間位置呈指數(shù)變換的假設，提出了非均勻傳輸線中電磁暫態(tài)過程的時 域計算模型，并獲得了解析解；(2)基于分離網(wǎng)絡技術(shù)，將非均勻多導體線纜離散成多個網(wǎng) 絡，通過求解每個網(wǎng)格點的傳輸矩陣進而獲得整個線纜時域特征性；(3)通過對非均勻線離 散，將每個離散線段當成均勻線纜在頻域中求得電壓、電流的頻域響應，再采用逆拉普拉斯 變換到時域得到時域解，這種方法引入了龐大的矩陣卷積運算增大了求解問題的復雜性。

目前應用最為廣泛的是采用時域有限差分算法，通過對電報方程進行時-空離散，實現(xiàn)求 解非均勻線瞬態(tài)響應；但是當線纜數(shù)量龐大時，F(xiàn)DTD的計算時間及內(nèi)存占用比也將迅猛增加， 使得系統(tǒng)無法高速運轉(zhuǎn)；有數(shù)據(jù)表明，一架“臺風”戰(zhàn)斗機的電纜總長為30km，而一架波音 747大型客機的電纜總長達到274km，若以脈沖式電壓源激勵，則空間離散單元將達到10⁸量 級，因此難以快速求解。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種對傳輸線瞬態(tài)響應的分析方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺 陷。

本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是：一種對傳輸線瞬態(tài)響應的分析方法：具體包括以下幾個 步驟：

步驟一：結(jié)合BLT方程的一般形式和電磁拓撲理論，定義多導體傳輸線網(wǎng)絡節(jié)點的BLT方 程以及定義方程中的各個參量的物理意義和計算方法；

步驟二：BLT-FDTD的混合計算；首先利用FDTD方法計算非均勻線段的S參數(shù)；然后將整 個非均勻段當成節(jié)點，參與到整個線纜網(wǎng)絡的計算中；

步驟三：求解非均勻線段的瞬態(tài)響應以及實現(xiàn)BLT-FDTD的時頻結(jié)合。

上述的一種對傳輸線瞬態(tài)響應的分析方法，所述定義多導體傳輸線網(wǎng)絡節(jié)點的BLT方程是 指：根據(jù)電磁的拓撲理論，將多導體傳輸線網(wǎng)絡表示為節(jié)點與管道的組合，其中節(jié)點表示負 載，而管道表示傳輸線；對于管道i上的節(jié)點j，出射波向量和入射波向量的關系可由散射參 數(shù)表示，進而再表示出有物理節(jié)點的阻抗，無物理節(jié)點的阻抗；

上述的一種對傳輸線瞬態(tài)響應的分析方法，所述BLT與FDTD結(jié)合計算，具體包括：a: 非均勻線段離散；將一段長為L的非均勻傳輸線從傳輸網(wǎng)絡中獨立出來，形成一個二端口網(wǎng) 絡；采用時域有限差分方法，將非均勻傳輸線離散成M段，每段長度為△x，計算出第m段 的特性組坑Z_cm；

在兩端口外接阻抗Z_l1、Z_l2，并有如式(1)所示：

Z_l1＝Z_c1,Z_l2＝Z_cM(1)

式中，Z_c1為與端口1相連接離散段的特性阻抗：Z_cM為與端口2相連接離散段的特性阻 抗；

b:求解非均勻線段S參數(shù)：在端口1引入理想電壓源，采用FDTD方法求解兩個端口負載 的電壓響應v_l1,v_l2和電流響應i_l1,i_l2：

通過FFT變換將v_l1,v_l2和i_l1,i_l2變換到頻域，得到其頻域形式和將入射波和反射波分離，令端口1的歸一化入射波和歸一化出射波分別為a₁,b₁，端口2的歸一化入射波和歸一化出射波分別為a₂,b₂，根據(jù)S參數(shù)的定義有如式(2)所示：