千兆赫兹横电磁波室高压连接器_学位论文.doc

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1、毕业论文(设计)题目千兆赫兹横电磁波室高压连接器的设计学生姓名学号院系专业指导教师X年X月X日38目录摘要1关键词11引言12GTEM相关知识介绍22.1电磁兼容简介22.2电磁兼容测试的常用手法32.3GTEM传输室的基本原理42.4GTEM传输室的研究状况53小室接头段的分析73.1内节点三维FDTD格式73.1.1Maxwell方程和FDTD格式的Yee氏网格73.1.2内节点的三维FDTD迭代公式93.1.3由数值色散和数值稳定性条件确定空间和时间步长133.2GTEM接头段三维结构的边界近似163.2.1GTEM小室的接头段结构163.2.2结构边界的阶梯近似163.3激励源

2、平面的设置173.3.1激励源类型的选择173.3.2激励源的引入和激励源平面场值的求解183.4边界条件的设置19383.4.1吸收边界条件的选取193.4.2介质边界条件的选取193.5计算结果后处理与分析193.5.1正弦激励下的场分布193.5.2击穿电场的讨论203.5.3宽频带内驻波比的求解204用HFSS辅助设计GTEM小室高压接头及连接器的优化224.1有限元方法以及HFSS概述224.1.1有限元方法原理224.1.2分片插值与基函数的选取244.1.3Helmholtz方程的有限元解264.1.4电磁场有限元计算软件HFSS介绍294.2GTEM小室高压接头的设计2

3、94.2.1高压接头的初设计294.2.2用HFSS对结构尺寸优化294.3GTEM小室连接器的优化31致谢38ABSTRACT39Keywords3938千兆赫兹横电磁波室高压连接器的设计摘要：为了提高GTEM传输室的耐高压能力,并保证良好的传输特性,对其馈电接头进行了优化设计。采用三维时域有限差分法(FDTD)建模分析,计算并讨论了一种常规小室接头的场分布和击穿电压;加聚四氟乙烯绝缘护套以提高耐压;用电磁场计算软件HFSS扫频计算此接头的驻波比特性并对斧形块和电缆连接器的结构尺寸进行了参数优化。计算分析表明接头圆形同轴段的最大场强为方形同轴段的3倍以上;瞬态脉冲输入时,加聚四氟乙烯

4、绝缘护套后能承受的最大场强可提高到54kV/mm;接头的驻波比<1.3。在对连接器部分进行优化后,在宽频20MHZ到16GHZ的频率内,接头的驻波比都维持在一个很低的水平。关键词：千兆赫兹横电磁波室;连接器;电磁脉冲;模拟器;优化设计1引言有界波(guidedwave)模拟器通常采用由前过渡段、平行板段(传输线)、后过渡段、终端匹配器等组成的开放式结构作为场形成和照射装置,在试验期间对周围环境的辐射干扰严重,场值易受环境电平和干扰的影响,因此不仅需要采取特殊的防护措施,测试的正确性和可靠性也受到影响。采用封闭式结构的GHz横电磁波传输室(gigahertztransverseelect

5、romagneticcell,GTEMcell)可以克服上述缺点,但要求GTEM小室同时具有宽频带和耐高压的特性,因而小室馈电接头的结构设计至关重要。本文介绍了千兆赫兹横电磁波室的结构、原理、用途，以及高压电磁脉冲传输系统的设计方法，以及完成连接器的与仿真优化和具体结构设计随着电磁兼容研究应用的深入开展，随着我国3C认证制度的实施和我国加入WTO，电磁兼容试验的需要也越来越多。电磁兼容试验的三种常用场地为：开阔场地、电波暗室及TEM传输室[1]和GTEM传输室[2]。采用TEM传输室和GTEM传输室具有众多优点，尤其是非常适合我国的国情，它具有投资少、经济适用、易于推广应用的特点。随着

6、我国国民经济的快速发展及对电磁兼容重要性认识的提高，TEM传输室和GTEM传输室越来越多的应用于生产实践中。电磁兼容领域的数值模拟也成为热门和方向。本文就根据实际设计应用需要，主要采用三维时域有限差分法(FDTD)对小室各部分建模计算。FDTD法易于处理复杂的三维问题，并且求出的场强值是TEM模和高次模的合成场强，可直接求出电场分量和磁场分量，这为分析GTEM传输室的场均匀性及其它参数提供了极大的方便。另外，由于FDTD方法对于瞬态脉冲波形的适应性，这更加有利于其在电磁兼容领域的应用。由于实际工程应用的原因，需要对已有的GTEM小室的接头段的电性能进行计算，评估，设计出满足高频高压应用

7、的电性能指标优良的馈电接头。在设计高频高压接头过程中，也用到了基于有限元方法的三维电磁场计算软件HFSS的参数优化功能，因为GTEM小室要同时具有宽频带和耐高压的特性，因而小室馈电接头的结构优化至关重要382GTEM相关知识介绍2.1电磁兼容简介当不希望的电压和电流影响设备性能时，称之为存在电磁干扰（EMI），这些电压和电流可以通过传导或电磁场辐射对受害设备产生不期望的影响。随着电力，电子，无线电技术的应用发展，我们遇到的电磁干扰现象也越来越多