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传输线端接复杂电路的电磁耦合时域分析方法

叶志红 苟丹 吴小林 周健健

叶志红, 苟丹, 吴小林, 周健健. 传输线端接复杂电路的电磁耦合时域分析方法[J]. 电子与信息学报, 2021, 43(1): 242-248. doi: 10.11999/JEIT191026
引用本文: 叶志红, 苟丹, 吴小林, 周健健. 传输线端接复杂电路的电磁耦合时域分析方法[J]. 电子与信息学报, 2021, 43(1): 242-248. doi: 10.11999/JEIT191026
Zhihong YE, Dan GOU, Xiaolin WU, Jianjian ZHOU. Time Domain Analysis Method for the Coupling Problem of Transmission Lines Terminated with Complex Circuits[J]. Journal of Electronics and Information Technology, 2021, 43(1): 242-248. doi: 10.11999/JEIT191026
Citation: Zhihong YE, Dan GOU, Xiaolin WU, Jianjian ZHOU. Time Domain Analysis Method for the Coupling Problem of Transmission Lines Terminated with Complex Circuits[J]. Journal of Electronics and Information Technology, 2021, 43(1): 242-248. doi: 10.11999/JEIT191026

传输线端接复杂电路的电磁耦合时域分析方法

doi: 10.11999/JEIT191026
基金项目: 国家自然科学基金(61701057),重庆市基础与前沿研究计划项目(cstc2017jcyjAX0345)
详细信息
    作者简介:

    叶志红:男,1988年生,副教授,研究方向为电磁兼容和计算电磁学等

    苟丹:女,1996年生,硕士生,研究方向为电磁兼容等

    吴小林:男,1983年生,讲师,研究方向为电力线通信、智能电网、统计与自适应信号处理和机器学习系统

    周健健:男,1995年生,硕士生,研究方向为电磁兼容等

    通讯作者:

    叶志红 yezh@cqupt.edu.cn

  • 中图分类号: O441

Time Domain Analysis Method for the Coupling Problem of Transmission Lines Terminated with Complex Circuits

Funds: The National Natural Science Foundation of China(61701057), The Chongqing Research Program of Basic Research and Frontier Technology(cstc2017jcyjAX0345)
  • 摘要: 该文基于时域有限差分(FDTD)方法和传输线方程,结合Ngspice软件,提出一种高效的时域混合算法,能够快速模拟空间电磁场作用传输线端接复杂电路的电磁耦合问题。该算法的优势在于实现了空间电磁场辐射与端接复杂电路瞬态响应的协同计算,且避免了对传输线和复杂电路结构的直接建模。首先,将复杂电路通过传输线的特性阻抗进行等效,采用FDTD方法结合传输线方程,求解得到特性阻抗上的入射电流响应。然后,在每个时间步上,将该电流引入复杂电路作为激励源,联合电路模型建立网表文件。最后,使用Ngspice软件读取网表文件,并仿真得到电路各元件上的瞬态响应。通过相应计算实例的数值模拟,与电磁场仿真软件CST的计算结果以及耗用内存和时间进行对比,验证了算法的正确性和高效性。
  • 图  1  时域混合算法的实施步骤

    图  2  导电板上多导线端接复杂电路的物理模型

    图  3  传输线的FDTD网格划分

    图  4  电路传导干扰的Ngspice仿真过程

    图  5  理想导电板上端接复杂集总电路的多导体传输线模型

    图  6  集总电路中电阻${R_{r2}}$的瞬态电压响应

    图  7  理想导电板上端接复杂非线性电路的多导体传输线模型

    图  8  非线性电路电阻${R_{l2}}$的瞬态电压响应

    图  9  屏蔽腔内端接复杂集总电路的多导体传输线模型

    图  10  屏蔽腔内集总电路电阻${R_{g2}}$的瞬态电压响应

    表  1  两种方法计算所需内存和时间的对比

    方法内存(MB)计算时间(s)
    CST125.8480
    时域混合算法25.5400
    下载: 导出CSV
  • [1] MEI Yicai, WU Xianliang, HUANG Zhixiang, et al. Simulation of nonlinear hybrid circuit by FDTD[C]. 2012 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology, Shenzhen, China, 2012: 1–3. doi: 10.1109/ICMMT.2012.6230408.
    [2] LI Fulin, HAN Jihong, and ZHANG Chang. Calculation of the electromagnetic pulse effect based on integral equation equivalent circuit and electromagnetic topology[C]. The 3rd IEEE Advanced Information Technology, Electronic and Automation Control Conference, Chongqing, China, 2018: 246–250. doi: 10.1109/IAEAC.2018.8577741.
    [3] 任丹, 杜平安, 陈珂, 等. 基于模式匹配及BLT方程的腔体内场线耦合计算方法研究[J]. 电子与信息学报, 2017, 39(8): 2014–2018. doi:  10.11999/JEIT161101

    REN Dan, DU Pingan, CHEN Ke, et al. Analytic method based on mode matching and BLT equation for field to wire coupling in an enclosure[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2017, 39(8): 2014–2018. doi:  10.11999/JEIT161101
    [4] 王怡, 张馨丹, 甄琦, 等. 平面波照射下贯通导线电磁干扰快速算法[J]. 电波科学学报, 2019, 34(4): 429–435. doi:  10.13443/j.cjors.2018111902

    WANG Yi, ZHANG Xindan, ZHEN Qi, et al. Fast algorithm of plane wave coupling to transmission lines penetrating through metallic enclosure[J]. Chinese Journal of Radio Science, 2019, 34(4): 429–435. doi:  10.13443/j.cjors.2018111902
    [5] YAN Liping, ZHANG Xindan, ZHAO Xiang, et al. A fast and efficient analytical modeling approach for external electromagnetic field coupling to transmission lines in a metallic enclosure[J]. IEEE Access, 2018, 6: 50272–50277. doi:  10.1109/ACCESS.2018.2867686
    [6] XIE Haiyan, WANG Jianguo, FAN Ruyu, et al. A hybrid FDTD-SPICE method for transmission lines excited by a nonuniform incident wave[J]. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2009, 51(3): 811–817. doi:  10.1109/TEMC.2009.2020913
    [7] XIE Haiyan, WANG Jianguo, FAN Ruyu, et al. SPICE models for prediction of disturbances induced by nonuniform fields on shielded cables[J]. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2011, 53(1): 185–192. doi:  10.1109/TEMC.2010.2045895
    [8] CHEN Hongcai, DU Yaping, YUAN Mengqing, et al. Lightning-induced voltages on a distribution line with surge arresters using a hybrid FDTD-SPICE method[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2018, 33(5): 2354–2363. doi:  10.1109/TPWRD.2017.2788046
    [9] FUJITA K and NAMIKI T. FDTD-SPICE direct linking simulation of transient fields caused by electrostatic discharge[C]. 2013 International Symposium on Electromagnetic Theory, Hiroshima, Japan, 2013: 112–115.
    [10] FUJITA K. Numerical modeling of ESD events including both charging and discharging processes with FDTD-SPICE direct linking solver[C]. 2014 International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Tokyo, Japan, 2014: 17–20.
    [11] YE Zhihong, ZHOU Jianjian, GOU Dan, et al. Coupling analysis of ambient wave to the shielded cavity with penetrated wire using a time domain hybrid method[J]. Microwave and Optical Technology Letters, 2019, 61(11): 2551–2556. doi:  10.1002/MOP.31918
    [12] YE Zhihong, LIAO Cheng, WANG Yang, et al. Notice of retraction: A hybrid method for the coupling analysis of unequal length MTLs with arbitrary heights based on FDTD-TL method[J]. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2019, 61(3): 954–961. doi:  10.1109/TEMC.2018.2836349
    [13] 叶志红, 周海京, 刘强. 屏蔽腔内任意高度线缆端接TVS管电路的电磁耦合时域分析[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(4): 1007–1011. doi:  10.11999/JEIT170615

    YE Zhihong, ZHOU Haijing, and LIU Qiang. Time domain coupling analysis for the arbitrary height cable terminated with TVS circuit in shield cavity[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2018, 40(4): 1007–1011. doi:  10.11999/JEIT170615
    [14] TESCHE F M. On the analysis of a transmission line with nonlinear terminations using the time-dependent BLT equation[J]. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2007, 49(2): 427–433. doi:  10.1109/TEMC.2007.897141
    [15] TESCHE F M. Development and use of the BLT equation in the time domain as applied to a coaxial cable[J]. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2007, 49(1): 3–11. doi:  10.1109/TEMC.2006.888184
    [16] MAI Huanxiao, CHEN Juan, and ZHANG Anxue. A hybrid algorithm based on FDTD and HIE-FDTD methods for simulating shielding enclosure[J]. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2018, 60(5): 1393–1399. doi:  10.1109/TEMC.2017.2771413
    [17] INOUE Y and ASAI H. Efficient electromagnetic simulation of PCB with SPICE elements by using HIE-FDTD method[C]. 2018 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility and 2018 IEEE Asia-Pacific Symposium on Electromagnetic Compatibility, Singapore, 2018: 893–896. doi: 10.1109/ISEMC.2018.8393910.
    [18] 许杰, 徐珂, 黄志祥. 一种新型的高阶时域有限差分方法[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(2): 425–429. doi:  10.11999/JEIT190050

    XU Jie, XU Ke, and HUANG Zhixiang. A new high order finite difference time domain method[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2020, 42(2): 425–429. doi:  10.11999/JEIT190050
  • [1] 叶志红, 周海京, 刘强.  屏蔽腔内任意高度线缆端接TVS管电路的电磁耦合时域分析, 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT170615
    [2] 汤文轩, 张浩驰, 崔铁军.  人工表面等离激元及其在微波频段的应用, 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT160692
    [3] 郁滨, 方哲, 周长林.  并行传输线共模泄漏的等效场-线耦合数值模型, 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT140210
    [4] 王为, 周东明, 刘培国, 覃宇建.  端接任意负载传输线的分步CN-FDTD分析方法, 电子与信息学报. doi: 10.3724/SP.J.1146.2012.00658
    [5] 闫旭, 李玉山, 高崧, 曲咏哲, 丁同浩.  基于特征线方法的无源传输线模型, 电子与信息学报. doi: 10.3724/SP.J.1146.2010.00685
    [6] 徐军, 吕英华.  多导体传输线电感矩阵的直接算法, 电子与信息学报. doi: 10.3724/SP.J.1146.2009.00739
    [7] 贺国权, 方广有.  地下目标瞬态谐振特性研究, 电子与信息学报. doi: 10.3724/SP.J.1146.2007.00591
    [8] 田方, 龚中麟.  混合方法模拟差模传输线的共模电磁泄漏, 电子与信息学报.
    [9] 袁伟良, 梁昌洪.  信号时域提取方法结合时域有限差分法分析传输线馈电的微波元件, 电子与信息学报.
    [10] 毛军发, 李征帆.  高速VLSI电路中传输线瞬态响应的灵敏度分析, 电子与信息学报.
    [11] 戚颂新, 丘水生.  高速集成传输线特性参量的快速提取, 电子与信息学报.
    [12] 任伟, 林为干.  特种截面传输线的分析, 电子与信息学报.
    [13] 蒲国胜, 廖承恩.  微带传输线特性的数值分析, 电子与信息学报.
    [14] 戎敖生, 李嗣范.  屏蔽平面传输线的色散特性分析, 电子与信息学报.
    [15] 吴晓东, 林为干.  微带传输线的特性研究, 电子与信息学报.
    [16] 周文表.  宽边侧边耦合四微带传输线的频率特性, 电子与信息学报.
    [17] 潘生根.  圆形外导体-复杂形状内导体同轴传输线特性阻抗的计算, 电子与信息学报.
    [18] 赵仲宏, 李悌兴, 夏能樵, 张奇, 郑宝鸿, 苏耀文, 吴萌, 汪青.  1 MV 6 Blumlein传输线的研究, 电子与信息学报.
    [19] 周文表.  用边界元法计算任意截面TEM波传输线的特性, 电子与信息学报.
    [20] 史长青, 张俊荣.  耦合微带传输线特性解析式, 电子与信息学报.
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    出版历程
    • 收稿日期:  2019-12-23
    • 修回日期:  2020-10-27
    • 网络出版日期:  2020-11-16
    • 刊出日期:  2021-01-15

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