随机耦合模型在多种场景下的应用研究

发布时间：2020-06-05 12:34

【摘要】：随着电磁环境的日益复杂,高功率微波(High Power Microwave,HPM)作为电磁干扰源已广泛存在于实际工程当中。为了给电子设备提供良好的电磁环境,电子设备外部通常加装有金属屏蔽腔体,以减少外部电磁波对电子设备的电磁干扰。为了方便走线、保持通风散热及节约材料,金属屏蔽腔体上通常开有孔缝。由于高功率微波具有功率高、频率高的特点,因此高功率微波极易透过孔缝,以“后门耦合”的方式进入到腔体内部,对里面电子设备的工作安全性和稳定性造成影响。近年来由于微电子技术的快速发展,电子设备的集成度越来越高、功能越来越复杂,对高功率微波的敏感度也越来越低,因此在实际应用中对金属屏蔽腔体的电磁耦合效应进行研究具有重要意义。在实际应用中金属屏蔽腔体的内部结构比较复杂,且对于高频电磁波属于电大尺寸,可视为波混沌有损的复杂腔体,因此本文将采用随机耦合模型(Random Coupling Model,RCM)对腔体的电磁耦合效应进行研究。首先,提出了一种级联的双腔体模型,将随机耦合模型与网络级联理论相结合,推导了双腔体内目标点处感应电压的计算方法,并搭建实验平台,利用实验数据进行计算,画出了由该方法得到的目标点处感应电压概率密度函数(Probability Density Function,PDF)与由其它方法得到的感应电压概率密度函数的对比图,证明了该方法的有效性。接着,利用随机耦合模型对复杂单腔体内电子电路的损伤概率进行了分析和预测,通过实验验证了平面波作用下随机耦合模型在复杂单腔体内电子电路损伤概率分析和预测中的适用性,并得出了平面波功率和高斯脉冲参数对电子电路损伤概率的影响;最后,提出了以变电站保护小间为物理原型的混响室模型,利用电磁仿真软件对所需要的物理量进行仿真,再利用随机耦合模型计算出目标点处感应电压,将其概率密度函数与仿真得到的感应电压概率密度函数进行对比,证明了随机耦合模型在变电站保护小间电磁耦合效应评估中的有效性。本文的结论可为大规模不规则电子系统中电磁兼容、电磁效应评估、电磁防护及电磁加固等工作提供指导。
【图文】：

均匀分布,腔体,混沌状态,可用

杂的不规则腔体内的电磁波射线轨迹与时间成指数关系，是“混沌”的，这种腔体被逡逑称为波混沌腔体。常见的波混沌腔体模型有席奈台球模型、蝴蝶结模型、运动场台逡逑球模型等，具体形状如图２－１所示所示。在实际工程中，将系统具有边界敏感性的逡逑状态称为混沌状态，即当腔体内部出现不规则边界时就可以产生波混沌现象，因此逡逑实际工程中所使用的腔体内部很容易产生波混沌现象。逡逑00邋ｎ逡逑（ａ）席奈台球模型逦（ｂ）蝴蝶结模型逦（ｃ）运动场台球模型逡逑图２－１常见的波混沌腔体逡逑腔体是否处于波混沌状态可用Ｄｙｓｏｎ圆系综来证明，该理论通过验证腔体归一逡逑化散射矩阵的本征值和本征相位是否具有独立统计性，且本征相位是否在（－７１，７１）范逡逑围内围绕１／２；！均匀分布，来判断腔体是否满足波混沌散射的条件。具体应用将在第逡逑３章、第４章和第５章中详细说明。逡逑２．２．２腔体损耗因子的确定逡逑随机耦合模型适用于单端口或多端口的２－Ｄ或３－Ｄ腔体模型，其中腔体的损耗逡逑因子《在随机耦合模型的应用中起着重要的作用。腔体损耗因子《的求解方式有很逡逑多种，依据腔体内是否出现重叠共振现象可以分为两类：出现重叠共振系统ａ的求逡逑解和未出现重叠共振系统《的求解。逡逑未出现重叠共振系统ｃｒ的求解比较简单，但在实际工程较少出现。很多文献都逡逑给出了邋２－Ｄ或３－Ｄ腔体模型损耗因子ａ的确定方法

流程图,损耗因子,腔体,流程

此处的腔体归一化阻抗矩阵由实验或仿真得到的腔体散射参数和辐射散射参数逡逑获得，具体求解方法将在第３章、第４章和第５章中详细介绍。逡逑本文采用对比法计算腔体的损耗因子《，流程图如图２－２所示。利用随机矩阵逡逑蒙特卡罗法产生大量不同损耗因子《下的腔体归一化阻抗矩阵，，将其任意一个特征逡逑值的实部和虚部分别与由腔体散射参数和辐射散射参数计算得到的腔体归一化阻逡逑抗矩阵的任意一个特征值的实部和虚部作对比，取误差最小的损耗因子ａ作为腔体逡逑的损耗因子。随机矩阵蒙特卡罗法模拟产生大量归一化阻抗矩阵的方法将在２．２．３逡逑节介绍。逡逑Ｖ逡逑获取实验逡逑■＂数据逡逑Ｉ逡逑ｖ逦？特长罗法逡逑Ｊ逦产＇ｋ的数据逡逑逦逦邋｜勺丈验数据ｘｊＴＥ￣逡逑ｒ￣邋￣Ｌｎ逦！：逦邋？逦＇邋Ｉ逡逑－？■；／逦＾ｌｔＰＩ）ｌＪ逦ＩＬ逡逑求解福此］？逦｜比Ｖｉ邋ｗ出｜逡逑Ｗ邋ｆ逦ｊ－邋ｒ￣逡逑￣１１：逦邋Ｉ逡逑ｖ逡逑〔邋触〕逡逑图２－２腔体损耗因子确定流程阍逡逑９逡逑
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN015;O441

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