FDTD算法分析电磁脉冲对太阳能供电系统的影响

发布时间：2021-01-06 22:46

　　从21世纪以来,我国的航空航天技术取得了飞速的发展,各大军事强国也加强了太空军事化。为了争夺太空资源,各大军事强国加大对太空武器的研发,其中电磁脉冲（EMP）武器作为电子战中重要的定向能武器之一,由于具有频带带宽较宽、作用范围广和损伤能力强等特点,使得各国政府不得不着重加强卫星等电子电气设备对电磁脉冲的防护工作。太阳能电池板是卫星重要的供电系统,给航空航天设备提供了持续稳定的电能。作为全波时域算法的时域有限差分法（FDTD）,以其易于实现、天然并行等优点,广泛的应用在各个领域中。然而由于传统时域有限差分法自身存在的缺陷,导致其计算的数值结果精度不足。为了解决这一难题,在高阶FDTD算法的基础上,本文改进了时谐场的近-远场外推技术,提高了该算法的计算精度。本文采用高阶FDTD算法,从不同方面分析了高功率电磁脉冲对太阳能供电系统的影响,并给出了对高功率电磁脉冲防护的一些可行性建议。首先,本文对传统FDTD算法的迭代方程进行了推导,并详细推导了完全匹配层（PML）中的电磁场分量的计算公式。采用pade近似,改进了PML介质层中的超越函数,统一了整个计算区域的迭代公式,简化了编程计算。其次,研... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：98 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

电磁脉冲武器

(2-6)电磁场分量在三维直角坐标系中的 Yee 元胞的排布形式如图 2.1 所示。图 2.1 FDTD 离散中的 Yee 元胞由上图 2.1 可知，在 Yee 元胞中电磁场分量交叉抽样放置。每一个电场 E(磁场 H)均有四个磁场H(电场E)围绕,而且在空间中电场E和磁场H相差半个离散空间网格步长。这种空间排布方式非常适合 Maxwell 方程组的差分计算，能充分展示出电磁场的传播特性。上述便是著名的蛙跳抽样方法。Yee 元胞中的电磁场各抽样节点随着时间步进的更新而逐渐更新，从而可逐步求得各时刻空间电磁场的分布。将式(2-6)代入到麦克斯韦方程组(2-3)和(2-4)中，整理可得到在直角坐标系中的FDTD 三维公式：

一维自由空间电磁波随时间变化图

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：2961388