[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于等效場(chǎng)原理的線(xiàn)纜耦合分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711304171.3
• 申請(qǐng)日: 2017-12-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108037389B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王珺珺;葉昌陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01R31/00
• 分類(lèi)號(hào): G01R31/00
• 代理公司: 北京科迪生專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;鄧治平

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于等效場(chǎng)原理的線(xiàn)纜耦合分析方法，該方法包括：等效面電流、結(jié)構(gòu)剖分、基函數(shù)選取、模型推導(dǎo)和參數(shù)計(jì)算及模型求解的內(nèi)容。本發(fā)明對(duì)于不同布線(xiàn)形式的線(xiàn)纜，通過(guò)將線(xiàn)纜等效為相應(yīng)的電路模型，且該模型包含了線(xiàn)纜在傳輸信號(hào)頻率升高時(shí)會(huì)出現(xiàn)的趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)特性，以電路模型中的參量來(lái)描述線(xiàn)纜之間的耦合，從而能夠得到在一定輸入下線(xiàn)纜沿線(xiàn)的電壓電流分布，在不做復(fù)雜的測(cè)試情況下，分析線(xiàn)纜的布線(xiàn)是否合理，線(xiàn)纜之間耦合是否影響信號(hào)傳輸，由于布線(xiàn)形式多樣，該種方法減少了大量的測(cè)試所需的人力物力和時(shí)間，該方法涵蓋了線(xiàn)纜會(huì)出現(xiàn)的趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，所得結(jié)果更接近于實(shí)際情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)載線(xiàn)纜的耦合測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于等效場(chǎng)原理的線(xiàn)纜耦合分析方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代飛機(jī)裝備著大量復(fù)雜的電子系統(tǒng)，它們對(duì)電磁干擾十分敏感，容易出現(xiàn)系統(tǒng)的不精確性和誤動(dòng)作，甚至是系統(tǒng)的崩潰，導(dǎo)致重大安全事故，而線(xiàn)纜間的耦合是電磁干擾的主要來(lái)源，如圖1所示。需要對(duì)機(jī)載線(xiàn)纜進(jìn)行耦合分析和測(cè)試，保證不會(huì)影響電子系統(tǒng)性能。但是現(xiàn)有技術(shù)存在如下問(wèn)題。僅通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試考察線(xiàn)纜耦合情況，只能指示系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，無(wú)法全面反映系統(tǒng)在不同情形下的工作行為，加之由于系統(tǒng)設(shè)備的線(xiàn)纜布線(xiàn)難以完全固定和規(guī)范，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果往往具有很大的不確定性，且難以復(fù)現(xiàn)。傳統(tǒng)的分析方法則無(wú)法準(zhǔn)確分析小信號(hào)的耦合，且對(duì)于信號(hào)頻率的提升，效果變差。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于等效場(chǎng)原理的線(xiàn)纜耦合分析方法，已實(shí)現(xiàn)能夠?qū)θ我獠季值木€(xiàn)纜進(jìn)行線(xiàn)纜間的耦合分析，即能得到在已知輸入下線(xiàn)纜沿線(xiàn)的電壓電流分布。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，提供如下方案：一種基于等效場(chǎng)原理的線(xiàn)纜耦合分析方法，用于對(duì)機(jī)載線(xiàn)纜進(jìn)行耦合分析，包括如下步驟：

步驟1、通過(guò)場(chǎng)的等效原理，將圓柱型線(xiàn)纜橫截面的體電流分布等效為只在表面分布的面電流，并利用圓柱傳導(dǎo)模式電流分布將等效的面電流用一階修正貝塞爾函數(shù)和三角函數(shù)進(jìn)行表示；

步驟2、根據(jù)所需要分析的線(xiàn)纜的結(jié)構(gòu)以及傳輸信號(hào)的頻率范圍，確定對(duì)于線(xiàn)纜在柱坐標(biāo)系下的結(jié)構(gòu)剖分大小形狀，確定剖分的節(jié)點(diǎn)，根據(jù)電流單元和電荷單元與節(jié)點(diǎn)的關(guān)系劃分不同的單元；

步驟3、電流基函數(shù)的選取根據(jù)步驟1所得到的等效面電流分為三種基函數(shù)：趨膚效應(yīng)模式、鄰近效應(yīng)正弦模式、鄰近效應(yīng)余弦模式，對(duì)于不同的電流基函數(shù)會(huì)有不同的電流與電場(chǎng)的關(guān)系式。電荷基函數(shù)根據(jù)三角級(jí)數(shù)同樣分為三種：趨膚效應(yīng)模式、鄰近效應(yīng)正弦模式、鄰近效應(yīng)余弦模式；

步驟4、利用PEEC方法，得到等效的電路模型，將步驟3所得的基函數(shù)代入到電路參數(shù)的計(jì)算式中，將參數(shù)算出；

步驟5、對(duì)于按節(jié)點(diǎn)劃分的電路，用MNA法將電路方程組變?yōu)榫仃嚪匠蹋鶕?jù)步驟4計(jì)算的電路參數(shù)可解出節(jié)點(diǎn)上的電流電壓分布。

其中，該方法通過(guò)歸一化電流密度和電荷密度獲得基函數(shù)，基函數(shù)描述的是電流和電荷的分布情況，對(duì)于電流分布，采取將其除以其截面通過(guò)的電流，即面電流的環(huán)路積分進(jìn)行歸一化得到基函數(shù)；對(duì)于電荷分布，采用三角級(jí)數(shù)的形式表示，因三角函數(shù)的環(huán)路積分為零，故實(shí)際歸一化處理是電荷分布除以分布函數(shù)中對(duì)三角函數(shù)求絕對(duì)值的環(huán)路積分來(lái)得到不同模式下的電荷基函數(shù)，在得到基函數(shù)的同時(shí)，由于電流密度和電場(chǎng)強(qiáng)度不滿(mǎn)足比值為電導(dǎo)率這一關(guān)系，需要保留不同模式下電流與電場(chǎng)的關(guān)系。

其中，模型推導(dǎo)時(shí)，在電流密度和電場(chǎng)強(qiáng)度不滿(mǎn)足電導(dǎo)率關(guān)系，得到模型中將第一項(xiàng)當(dāng)成自阻抗處理，該第一項(xiàng)并非實(shí)數(shù)，在部分電感和電位系數(shù)計(jì)算中，由于基函數(shù)分布在導(dǎo)體表面，故其中的計(jì)算涉及四重積分，處理方法首先利用積分變換將其中兩個(gè)積分變量變?yōu)橐豁?xiàng)，再計(jì)算一項(xiàng)積分變量減少一重積分，兩重積分可利用積分恒等式進(jìn)行處理，其中會(huì)有一項(xiàng)是各參數(shù)的通用項(xiàng)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果為：