Разделы сайта

Выбор средств и описание метода для исследования электромагнитной обстановки в помещении

Для исследования задач электромагнитной совместимости (ЭМС) в настоящее время наибольшее распространение получили численные методы. Численные методы нацелены на непосредственное решение уравнений поля с граничными условиями, обусловленными геометрией задачи и самой задачей. Хотя они требуют большего объема вычислений, чем аналитические методы или экспертные системы, численные методы являются крайне мощным инструментом анализа ЭМИ. Численные методы осуществляют анализ всей геометрии исследуемой конфигурации полностью, используя уравнения Максвелла [1]:

, .

Рис. 2.1. Современные методы решения задач ЭМС

В свою очередь из численных методов наибольшее распространение получили три метода анализа ЭМИ во временной области: метод матрицы линии передачи (TLM), метод конечных интегралов (FIT) и метод конечных разностей во временной области (FDTD) (рис. 2.1) [29].

Метод матрицы линии передачи появился примерно в 1976 году и считается универсальным методом для решения задачи анализа распределения электромагнитного поля [21]. Данный метод основан на моделировании распространения электромагнитных волн с помощью ячеек линии передачи с периодом Δb (пространственной решетки). Гибридная TLM-ячейка определяет 6 компонент поля (рис. 2.2.) [1].

Рис. 2.2. Гибридная TLM-ячейка

Границы, соответствующие электрическим и магнитным стенкам, представляются короткозамкнутыми и разомкнутыми шунтирующими узлами на соответствующих границах. Наличие магнитных и диэлектрических материалов может быть смоделировано за счет подключения короткозамкнутых шлейфов длиной Δb/2 на последовательных узлах и разомкнутых шлейфов на параллельных узлах. Электрические и магнитные поля заменяются эквивалентными генераторами в линиях [1].

Численный расчет начинается с возбуждения решетки в определенных точках импульсами тока и напряжения. Распространение этих импульсов затем рассчитывается через дискретные временные интервалы. После нахождения решения во временной области частотный спектр может быть определен с помощью преобразования Фурье. Ввиду периодичности разбиения исследуемого пространства решение в частотной области имеет полосы пропускания и запирания [21].

Достоинством метода является гибкость, простота математической формулировки и программной реализации. Недостаток метода заключается в некоторых ограничениях, которые должны учитываться при моделировании. Из-за введения периодических решетчатых структур, появляется типичное явление пропускания и режекции в полосе частот. Для исключения данного явления частотный диапазон должен быть ниже границы частотного диапазона исследования, и ограничен размером ячейки.

Метод конечных разностей

во временной области (FDTD) является методом численного решения задач электродинамики, основанный на нестандартной дискретизации уравнений Максвелла во времени и пространстве. Метод работает во временной области, поэтому пригоден для решения задач в широком диапазоне частот.

Этот метод относится к общему классу сеточных методов решения уравнений Максвелла. Уравнения подвергаются дискретизации, используя центрально-разностную аппроксимацию по времени и пространственным координатам. Полученные конечно-разностные уравнения решаются программными или аппаратными средствами в каждый момент временной сетки, причем, как правило, рассчитанные электромагнитные поля разделены во времени половиной шага дискретизации. Расчёт электромагнитных полей в ячейках сетки повторяется до тех пор, пока не будет получено решение поставленной задачи в интересуемом промежутке времени [22].

На рис. 2.3 показан кубик пространства с компонентами напряженности электрического E и магнитного H поля на гранях, иллюстрирующая связь компонент поля в конечно-разностных уравнениях Максвелла. Отметим, что последние содержат обычные операции сложения, вычитания, умножения и деления, элементарно реализуемые на современной вычислительной технике. Для проведения расчетов требуется разбить область с объектом исследования на элементарные ячейки и установить начальные значения для всех компонент электромагнитных полей, которые определяются условиями возбуждения [23].

Перейти на страницу: 1 2 3 4

Самое читаемое:

Конструирование устройства для измерения углового перемещения
Измерения играют важную роль в жизнедеятельности человека. Измерение угловых перемещений весьма распространены, применяются в машиностроении, геодезии, в военном деле, космонавтике, астрономии и т.п. Широкое применение обусловлено тем, что наиболее используемые методы измерений основаны на промежуточном преобразовании этих величин в ...