计算电磁学在电磁兼容仿真中的应用

摘要：由于航空飞行器上用电设备电磁兼容问题频发及其复杂性，用电设备的电磁兼容设计就显得尤为重要。为此，提出了利用计算电磁学理论对用电设备的电磁兼容性进行分析，针对系统中不同电磁兼容问题以及不同数值计算方法的自身特点，选择适用的数值方法对问题进行仿真计算。最终实现在产品的设计初期，就能够对其电磁兼容性进行预测和评估，满足其电磁兼容性的要求。因此，采用计算电磁学进行仿真分析可为解决用电设备电磁兼容问题提供有效的手段和途径。关键词：航空飞行器；计算电磁学；电磁兼容；数值方法0 引言 随着电子技术的发展，电子、电气设备越来越广泛地应用于航空飞行器上，恶劣的电磁环境往往使电子或电气设备不能正常工作，导致航空通信、控制系统性能的降低。因此，电磁兼容性就成为工程设计中的一个重要课题。只有在整个系统的初期设计时，对系统的电磁兼容性进行预测，对不满足电磁兼容要求的部分进行优化处理，才能最终实现整个系统的高可靠性。 近年来，计算电磁学发展迅速，理论日趋成熟和完善，并广泛应用在电磁兼容领域。利用计算电磁学理论解决工程中电磁兼容问题，不仅提高了计算的准确性，而且降低了成本，为在研发初期掌握产品可能出现的电磁兼容问题提供了有效的手段和途径。因此，仿真计算对于那些利用实验和测试方法难以解决的电磁兼容问题是一种很好的解决方法。 本文介绍了几种常用的数值算法，并对各种算法进行了分析。针对航空用电设备常见的电磁兼容问题，利用计算电磁学理论进行分析和数值仿真，实现了对用电设备电磁兼容性有效的预测，为系统的初期电磁兼容性设计提供了理论依据。1 电磁场数值方法的介绍和比较 计算电磁学是现代电磁场理论、现代数学方法和现代计算机技术相结合而产生的一门新兴交叉学科。其主要任务是通过大型计算解决各相关领域中提出的各种极复杂的电磁场问题。 当前电磁学中使用较多的数值方法主要有两类，一类是以电磁场问题的微分方程为基础的数值方法，如有限元法(FEM)、时域有限差分法(FDTD)等；另一类是以电磁场问题的积分方程为基础的数值方法，如矩量法(MOM)、多层快速多极子法(MLFMM)等。1．1 有限元法 有限元方法是近似求解数理边值问题的一种数值技术，最早于20世纪40年代提出，在六七十年代被引进到电磁场问题的求解中。该方法的原理是用许多子域来代表整个连续区域，在子域中未知函数用带有未知系数的简单插值函数来表示，利用里兹变分法或伽略金方法得到一组代数方程，最后通过求解这组方程得到原边值问题的近似解。原边值问题可表示为： 有限元法可以方便地分析具有复杂几何结构和非均匀介质材料的电磁问题，因此，这种方法在各种复杂的静态场问题、导波问题、电磁辐射和散射问题中得到了广泛的应用。

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